九仙山自動氣象站雷擊的途徑和防護

賴建梁

摘要分析了九仙山氣象自動站雷擊的途徑。在此基礎(chǔ)上提出了直擊雷、感應雷、雷電波入侵等途徑雷擊事件的防護對策和整改措施，實現(xiàn)了對自動站的保護，以期為自動站防雷設施設計規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞自動氣象站；雷擊；逢徑；防護；福建九仙山

中圖分類號P415.12

文獻標識碼B

文章編號1007－5739(2009)16－0237－01

自動氣象站是一種能自動觀測和存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的設備。主要由傳感器、采集器、通訊接口、系統(tǒng)電源等組成。具有怕高壓，對電磁脈沖特別敏感，抗雷電過電壓的能力脆弱的特點。雷電可經(jīng)過各種途經(jīng)進入自動氣象站，輕者影響其正常工作，導致系統(tǒng)紊亂或失常；重者可使設備局部損壞或整體報廢。故此，防雷工作在自動氣象站的建設和日常維護中顯的尤為重要。

九仙山氣象站位于福建省德化縣境內(nèi)，屬于國家850hPa基本站、指標站，對閩南臺風暴雨等災害性天氣具有重要的監(jiān)測作用。由于九仙山的特殊地貌環(huán)境，又屬偏高多雷區(qū)，因此各種雷擊經(jīng)常發(fā)生，造成人員傷亡、氣象設備嚴重破壞、嚴重影響了氣象臺站的正常運行和人們生命財產(chǎn)的安全。經(jīng)過整改，自動站等氣象設備沒有再遭受雷擊?，F(xiàn)對福建省九仙山氣象站雷擊的途徑和保護措施加以介紹，以供氣象站工作人員參考。

1霄擊的途徑

1.1直擊霄

直擊雷是帶電云層(雷云)與建筑物、其它物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象。并由此伴隨而產(chǎn)生的電效應、熱效應或機械力等一系列的破壞作用。主要危害建筑物、建筑物內(nèi)的電子設備和人。直擊雷的電壓峰值通常可達幾萬伏甚至幾百萬伏，電流峰值可達幾萬至幾十萬安培，其破壞性很強，是由于瞬間功率巨大造成的。

1.2感應雷

感應雷是直擊雷放電過程中。強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產(chǎn)生電磁感應發(fā)生高電壓以及發(fā)生閃擊的現(xiàn)象。主要危害建筑物內(nèi)電子設備。是閃電放電瞬間在附近導體產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應現(xiàn)象。

1.3雷電侵入波

是由于雷擊而在架空線路上或空中金屬管道上產(chǎn)生的沖擊電壓沿線或管道迅速傳播的雷電波，其傳播速度為324m／s。雷電侵入波可毀壞電氣設備的絕緣。使高壓竄入低壓，造成嚴重的觸電事故。

2原因分析

九仙山氣象發(fā)生的多起雷電事故均是由以上幾種雷擊途徑而造成的，主要是由于臺站位置特殊，防雷設施不規(guī)范而引起。具體原因為：設計未按照一級防雷的標準設計，接閃器不規(guī)范，無避雷網(wǎng)，電涌保護器(SPD)安裝不正確，特殊的地質(zhì)環(huán)境，沒有具體按照各種雷擊途徑設計避雷設施等。

3防護對策和整改措施

九仙山年平均雷暴日為77.4d，雷暴日最早為1月26日，雷暴終日為12月30日，依據(jù)中華人民共和國氣象行業(yè)標準QX4-2000《氣象臺(站)防雷技術(shù)規(guī)范》的第6款第6.2條規(guī)定，九仙山氣象站應屬于一級防雷氣象站，要嚴格按照一級防雷的標準設計。

3.1直擊雷的防護

嚴格按照GB／T21431-2008建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范要求，避雷針滾球半徑(m)取30，謎雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸(m×m)取≤5×5或6×4，重新設計接閃器和避雷網(wǎng)。再通過良好的接地裝置迅速而安全將其送回大地。尤其是自動站的風向、風速數(shù)據(jù)傳輸線應采用帶屏蔽層的線纜經(jīng)金屬風桿內(nèi)敷設，傳輸線的外屏蔽層首尾兩端與風桿應電氣連接。

3.2感應雷、雷電侵入波的防護

在雷電波入侵的各個通道入口處裝設參數(shù)符合規(guī)定要求的電涌保護器(SPD)，并采用屏蔽和等電位連接防護措施。在配電房總配電柜安裝limp為40kA、波形為10／350us的SPD。在樓層配電開關(guān)處安裝通流量為40kA(8／20us)的SPD，在值班室及終端設備和家用電器前端安裝20kA(8／20us)的SPD。供電系統(tǒng)采用TN-S型，地網(wǎng)引入低壓配電房，布設均壓環(huán)，并與各金屬構(gòu)件，配電柜可靠等電位連接。寬帶網(wǎng)路由器I／O兩端安裝RJ45接口SPD。在計算機前端的網(wǎng)絡信號線上安裝接口型式為RJ45的信號SPD。自動氣象站接人計算機的接口(COM)前安裝9針串口的SPD；自動站的地溫集線盒，其金屬屏蔽層應就近接人觀測場接地網(wǎng)的預留接地點。為防止干擾，供電線路、信號線路、地線等應分開敷設于不同的線槽中。并將這些線纜穿于金屬管內(nèi)。以實現(xiàn)可靠的屏蔽。在值班室內(nèi)設銅板匯流排(500mm×50mm×5mm銅板)，進行等電位連接。

3.3接地裝置

接地是避雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)。不管是直擊雷、感應雷、或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。因此，若沒有合理而良好的接地裝置就不可能進行可靠地避雷。對于自動站的接地電阻要求≤4Ω。并且采取等電位接地的方法將避雷接地。九仙山氣象站實測表面土壤電阻率3015Ω·m，屬于高土壤電阻率地區(qū)。接地電阻要達到10Ω(依據(jù)《氣象臺(站)防雷技術(shù)規(guī)范》第7條第6款：在高山、海島等巖石地面土壤電阻率大于1000Ω·m的氣象臺(站)，接地體阻值可適當放寬之規(guī)定，地網(wǎng)工頻接地電阻值爭取小于10Ω)以下，技術(shù)難度大，在充分考慮到人身安全的前提下，應使接觸電壓和跨步電壓達到能滿足要求的允許接地電阻值。在盡量降低電阻的同時。通過建造人工接地坑(觀測場懸崖周圍深挖深1.5m左右、孔徑2m的深網(wǎng)8個，用圓柱形降阻接地棒)的技術(shù)措施。將雷電流及時暢通泄放到大地。