觀測站雷擊案例分析

李明強(qiáng)+吳福杰+王鵬

摘 要 近幾年來，隨著氣象觀測設(shè)備靈敏度的不斷提高，觀測站因雷擊電磁脈沖造成的損壞逐漸增多。原有觀測站在設(shè)備更新后，由于某些因素，相應(yīng)的防雷措施往往不能做到同步到位，從而給觀測場站留下了防雷隱患。本文通過對本地區(qū)某國家基本站的一次雷擊事故進(jìn)行分析、探討觀測站的綜合防雷。

關(guān)鍵詞 等電位;屏蔽;接地

中圖分類號：P4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0188-02

為了更全面的獲取實(shí)時(shí)信息，提高天氣預(yù)報(bào)的質(zhì)量，自動站的數(shù)量越來越多。一些老的觀測站在經(jīng)過改造后繼續(xù)使用。由于施工現(xiàn)場條件的限制和人員對防雷知識掌握的不夠全面，改造結(jié)束后常會出現(xiàn)一些細(xì)微的防雷隱患。

氣象觀測站的場地要求遠(yuǎn)離建筑物或樹木，一般選在周圍比較空曠、平坦的地方，這種環(huán)境決定它容易遭受到直擊雷的影響;另外觀測場站內(nèi)的傳感器等設(shè)備靈敏度高也較容易受感應(yīng)雷的影響。2008年，本地區(qū)某基本站遭受雷擊，引起觀測場內(nèi)數(shù)據(jù)采集器損壞，影響低溫?cái)?shù)據(jù)無法按時(shí)上傳。依據(jù)本次雷擊事故，淺談觀測站的綜合防雷措施。

1 地理位置及周邊環(huán)境

該基本站位于城鎮(zhèn)邊緣。觀測場與值班室相距200米以上，觀測場周圍無高大樹木及建筑物;值班室位于三樓（總樓層為3層），兩座風(fēng)向塔、一座監(jiān)控塔置于在三樓樓頂，溫度，濕度等傳感器等置于觀測場內(nèi)。

2 現(xiàn)場勘察

該觀測站建站較早，建站時(shí)僅采取了一些防直擊雷的措施。隨著氣象觀測設(shè)備的更新，經(jīng)過了幾次改造，基本沿用以前的防雷措施，其它的防雷措施沒有得到較為全面、系統(tǒng)的改造。在過去的幾年里，發(fā)生雷雨天氣時(shí)，設(shè)備常會遭受到不同程度的影響。最近一次事故發(fā)生在2010年，本次雷擊事故共造成地溫采集器內(nèi)四個防雷管及轉(zhuǎn)接盒內(nèi)4067芯片受損。

經(jīng)過對觀測場及值班室內(nèi)的防雷設(shè)施檢查后發(fā)現(xiàn)，主要存在以下隱患：1）電源線路僅設(shè)置一級電涌保護(hù)器，值班室內(nèi)部分傳輸線路無防雷電波侵入措施;2）因線路老化，后期更換的傳輸線路等未采取穿金屬管屏蔽、接地措施;3）地溫采集器位于觀測場內(nèi)，采用單獨(dú)接地，與場站內(nèi)其他設(shè)備、風(fēng)桿接地系統(tǒng)的安全距離不足3米;4）用于給地溫采集器做屏蔽保護(hù)的金屬罩接地端懸浮。

3 事故原因分析

以下從綜合防雷的角度，結(jié)合以上防雷隱患對事故造成的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合本地區(qū)其他基本站采用的實(shí)際防雷措施，重點(diǎn)討論觀測場設(shè)備接地的共地及單獨(dú)接地帶來的影響。

1）直擊雷分析。該觀測站為有人職守的基本站，根據(jù)當(dāng)時(shí)值班人員回憶，在設(shè)備損壞的前段時(shí)間內(nèi)，并未聽到非常大的雷聲。在經(jīng)過對周邊其他樹木的檢查后，也并未發(fā)現(xiàn)遭受過直擊雷的痕跡。在此次雷擊之前，發(fā)生雷雨天氣過程中，常會伴隨設(shè)備工作不正常的現(xiàn)象。由此可排除此次事故為直擊雷和雷擊建筑物附近的其他設(shè)施對該觀測站造成的影響。

2）感應(yīng)雷分析。事故后，調(diào)查人員對觀測場內(nèi)接閃桿，設(shè)備等的接地電阻進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)觀測場內(nèi)除地溫采集器接地電阻值偏大、其金屬罩未接地外，其他設(shè)備的接地電阻值均在允許范圍之內(nèi)，并與地網(wǎng)形成等電位連接;接閃桿采用獨(dú)立接地，與設(shè)備地網(wǎng)距離在3米以上;對值班室內(nèi)的防雷措施檢查中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場電源線路、數(shù)據(jù)傳輸線路所采用的防雷電波侵入措施不能滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

①地溫采集器的數(shù)據(jù)傳輸線是從觀測場埋地一直到值班室樓下，從一樓到三樓段未采取屏蔽措施。因?yàn)樗械膫鬏斁€路地上部分都沒有采取金屬管屏蔽措施，在機(jī)房內(nèi)也沒有加裝相應(yīng)的信號浪涌保護(hù)器，而此次雷擊僅對地溫采集器造成了損壞，考慮到設(shè)備靈敏度問題，暫時(shí)不能排除此次雷擊由該段線路感應(yīng)引起的可能。而地溫采集器內(nèi)防雷管遭受損壞，機(jī)房內(nèi)設(shè)備未受到影響這點(diǎn)來看，此次雷擊與該段未穿屏蔽接地的金屬管無關(guān)。

②地溫采集器的接地端單獨(dú)接地。據(jù)了解改造現(xiàn)場的工作人員講，在改造過程中，只要地溫采集器接地端與地網(wǎng)連接，就會出現(xiàn)設(shè)備不能正常工作的狀況，所以最后不得不采用單獨(dú)接地的方式。由國家現(xiàn)行防雷規(guī)范知，如果要單獨(dú)接地，兩個接地裝置之間應(yīng)該保持足夠的安全距離。而觀測場空間有限，很難滿足安全距離的需求。安全距離不夠，在雷電擊中觀測場內(nèi)接閃針時(shí)，會使場地內(nèi)地電位抬高，雷電流從主接地體回流至該低溫采集器接地，進(jìn)而引起設(shè)備的損壞。

③地溫采集器的金屬罩未做接地處理，起不到屏蔽的作用。由電磁場理論知，只有在屏蔽體完全封閉的時(shí)候，屏蔽體內(nèi)部的外電場無論是否接地才是零。實(shí)際的空間屏蔽導(dǎo)體不可能是完全封閉的理想屏蔽體，所以如果屏蔽體不接地，就會造成雷電流通過直接或間接耦合，造成對電力線的入侵。同時(shí)，在雷云經(jīng)過時(shí)，由于雷云的作用在該屏蔽體上產(chǎn)生與雷云相反的電荷，雷云放電后，屏蔽體上的電荷不能得到迅速釋放，在屏蔽體附近產(chǎn)生高電位，進(jìn)而可能對地溫采集器內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生損壞。

由此判斷，此次雷擊事故是由云閃放電引起的閃電靜電感應(yīng)引起的，地溫采集器的單獨(dú)接地不能達(dá)到安全距離的要求，及未將金屬罩接地是造成此次事故的主要原因。雖然該觀測站的地溫采集器內(nèi)的設(shè)置了防雷管，但在此次事故中沒有起到應(yīng)有的保護(hù)作用，不但未能保護(hù)到設(shè)備，連自身也受到了損壞?？梢?，不能只依靠設(shè)備自帶的一些防雷器件達(dá)到完美預(yù)防雷擊損害的目的。只有采取了系統(tǒng)全面的防雷措施，才能最大限度的保護(hù)到觀測站內(nèi)設(shè)備不受損壞。

4 改進(jìn)措施

對應(yīng)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的隱患，對該觀測站提出以下整改。

1）業(yè)務(wù)樓加裝I級試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，值班室電源線路中安裝2級電涌保護(hù)器進(jìn)行防護(hù)，由于空間有限，兩級SPD均放置于機(jī)房總配電箱內(nèi)，在兩級SPD之間加裝退耦裝置。具體參數(shù)按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范選擇。調(diào)制解調(diào)器、計(jì)算機(jī)以及設(shè)備的前端分別加裝適配的信號SPD。

2）更換后的風(fēng)向等數(shù)據(jù)傳輸線很難再沿金屬風(fēng)桿內(nèi)原有的屏蔽管內(nèi)敷設(shè)。為了減少過電壓的損害，將傳輸線的屏蔽層首尾兩端可靠接地，另穿金屬管敷設(shè)，且金屬管兩端做好接地，并將金屬管固定。

3）為達(dá)到均壓、等電位以減少各設(shè)備之間、不同系統(tǒng)之間的電位差，觀測場內(nèi)風(fēng)桿接地、各種金屬設(shè)備外殼接地、屏蔽接地、保護(hù)接地等均接至觀測場共用地網(wǎng)，形成共用接地系統(tǒng)。另更換地溫采集器內(nèi)的防雷管，并對金屬罩接地。如果地溫采集器在調(diào)試后，仍出現(xiàn)問題，采用等電位連接器解決不能共地的問題。

5 結(jié)束語

本地區(qū)屬于多雷區(qū)，對觀測站的一些防雷措施要求沒有像雷電高發(fā)區(qū)要求的嚴(yán)格。而因?yàn)檫@點(diǎn)，造成對觀測站的防雷不夠重視，進(jìn)而引起雷擊事故。就近五年的情況來看，本地區(qū)觀測站遭受雷擊不止兩、三次，有必要采取像雷電高發(fā)區(qū)一樣的防雷措施來維護(hù)觀測工作正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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