新型自动站雷电灾害的原因分析及安全防护

【摘 要】新型自动气象站的投入使用，可对天气进行准确预测。因安装位置和自身构造的作用，遭受雷击的概率较大，严重影响着地面气象观测工作。基于此，本文在探讨自动气象站雷电侵入途径的同时，分析了新型自动气象站雷电灾害的原因，并给出了几点雷电安全防护对策，以降低雷电灾害的出现。

【关键词】新型自动站;雷电灾害;原因;安全防护

引言

新林区地处大兴安岭东部，伊勒呼里山的北坡，地理坐标为东经123°41′至125°25′，北纬51°20′至52°10′，南北长108千米，东西宽103千米，全区总面积8702.94平方公里。新林区东与呼玛县接壤，南与松岭区毗邻，西靠呼中区，北与塔河县毗邻。新林区为寒冷湿润气候区，气温年较差和日较差都很大，年平均积温不足1600℃，属于寒温带大陆性气候，境内山陵连绵起伏、河流纵横、森林密布、海拔相对较高，有明显的山地气候特点。冬季寒冷而漫长，春、秋两季日较差大，且风力较大。新林区年平均气温为-2.3℃，年降水量为530.1mm，且分布不均，主要降水多集中在7-8月份。每年的5～10月是强对流天气多发季节，导致该地区雷电灾害多发。新型自动气象站作为一种能够自动观测与存储气象观测数据的气象设备，自新林区气象局引进投入使用以来，大气探测自动化水平得到了快速增强。新型自动气象站由供电系统、计算机、采集器、传感器、传输线缆等多个部分组成，而且大部分气象观测站都安置在山顶或空旷开阔地带，因此导致雷电发生频率较高。因此，本文以新型自动气象站为例，通过分析新型自动气象站雷电灾害原因，并提出了新型自动气象站雷电防护措施，以促进地面气象测报工作可以顺利开展。

1、新型自动气象站雷电灾害原因分析

1.1 室内采集器、计算机安装问题

实际上，新型自动气象站室内的电子设备遭受雷击的概率较大。其主要原因是这些设备在运行过程中需要连接电源线，雷电中的雷电流可以借助于电源线进入到室内，即使台站内设置了接地系统，不同电子设备在遭受雷击后会产生较大的高压差，影响室内电子设备安全。若雷电击中室内的采集器，会使其遭受损害，影响新型自动气象站的正常运行。

1.2电缆屏蔽层单层接地

新型自动气象站观测场中的电子设备外壳大都是金属材质，极易出现雷电电磁干扰，因此台站内的线路大都是选择屏蔽电缆线，之后穿过金属管道直接埋地敷设，在防雷区交界处应做好电缆屏蔽层两端的等电位连接。在对电缆屏蔽层进行接地的过程中，若是工作人员操作不按照规范要求进行，会造成电缆屏蔽层出现单点接地或不接地的情况。只有屏蔽层其中一端进行了等电位连接，而另一端的磁场强度则发生了显著变化，之后则有感应电压出现，是造成新型自动气象站雷电灾害的主要原因之一。

1.3 混合安装风传感器铁塔与避雷针

为了保证气象观测工作的顺利开展，新型自动气象站的仪器大都在观测场内安装，且观测场周围不能有高大建筑物存在，需保证四周十分开阔。无疑风塔则成为了观测场内的最高点，其作用是在承载风向风速传感器的同时，还要确保避雷接闪器的作用发挥到最大。通过对防雷规范的相关要求进行分析，不难看出接地装置、电缆线对独立避雷针造成不同程度的影响，应确保这些物体之间的距离在3m以上。与此同时，还要保证避雷针与风塔之间的距离适宜，避免其遭受雷击，进而引发雷电灾害。若是避雷针与横臂间出现瞬间电位差和雷电流时间差，将会损坏风传感器的正常使用。

1.4电源、部分通讯系统缺少避雷器

避雷器可以有效放大雷击中产生的雷电流，并在断路器开始动作之前将雷电流快速泄放出去，以达到保护电路和用电设备安全。一旦新型自动气象站遭受雷击，其出现雷电灾害的概率随之增加。若新型自动气象站中的电源和部分通讯系统没有安装避雷器，在遭受雷击后，会被台站内的电路直接承受，极易引发雷电灾害。

2 新型自动站防雷措施

2.1设置避雷针

结合新型自动气象防雷案例和实践经验，虽然将风塔作为避雷针使用会有支撑作用，但却有引雷的作用，将会使新型自动气象站遭受雷击的概率大幅度增加，该方法不适合使用。为了避免新型自动气象站遭受雷击，可以设置独立的避雷针，同时还要与周边建筑物保持适当的距离。这种设置不仅可以降低避雷接闪，还能有效防御雷电流，降低其对周围设备的危害。在避雷针安装中，应保证观测场内的设备均在其保护范围内，若场地边缘不在其有效保护范围内，应单独增加避雷针，确保观测场所有设备免受雷击。还可以结合新型自动气象站保护等级，对避雷针安装位置和保护范围进行分析，进而判断出安装避雷针的合适高度。

2.2屏蔽、等电位与综合布线

对于观测场内的所有的金属设备，应根据就近原则与最近的地网电气进行连接;选择带屏蔽层的电缆作为观测设备数据传输线路，将其进行穿金属管后直接埋地敷设，在进入电缆沟、外传接盒处应将金属管与数据传输线外屏蔽层就近进行接地。应保证金属管收尾之间的电气贯通，若该金属管长度比规范要求还要高，可新增接地点数量。若是数据传输线不能埋地，应将其穿过金属管或金属桥架进行屏蔽敷设，将其与地网进行连接。对于不同性质的线缆和接地线，应借助于金属走线槽对其进行分开敷设。通过分析电磁兼容原理，全面掌握各个线缆的电流方向，并对线缆距离和地线走向进行合理布置。

2.3做接地处理

做好接地处理是做好雷电灾害防护工作的一项基础工程，接地网好坏将会对防雷效果产生直接影响。在对接地网进行设计时，为保证接地电阻值与设备要求相符合，必须综合考虑地网面积、材料规格及所在地土壤电阻率等多种因素。新型自动气象站的值班室接地系统与观测场均属于接地系统。为有效防止两地网之间出现电位差，由此引发地电位反击进而对气象观测设备构成一定程度的损坏，应当对其进行联合接地，即将值班室防雷地网与观测场相互连接，而且还应当确保其接地电阻值在4Ω以下。

2.4建设独立的风传感器的接闪装置

根据防雷设计规范，尽可能地降低直击雷对风传感器的雷击破坏，在距离风传感器铁塔3m的位置，应安装高于风传感器的独立接闪杆，同时连接可靠的雷电流引下线、做好符合接地电阻的要求接地，使风传感器位于独立接闪杆的直击雷防护区域内，可使直击雷度对风传感器造成的雷击事故有效降低。

2.5做好等电位连接

应将金属管与避雷针的等电位连接做好，拆除固定避雷针的U型螺杆与金属管之间的绝缘材料，确保两者之间的电气相同，此时就形成了等电位连接，可防止避雷针接闪的雷电流进入到风传感器内，进而引发雷电灾害事故。

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作者简介：

孙向滨（1970-），男，汉族，黑龙江省呼兰人，大专学历，工程师，从事研究方向或职业：气象测报、预报。

（作者单位：黑龙江省大兴安岭地区新林区气象局）