新型自動站雷電災(zāi)害的原因分析及安全防護

【摘 要】新型自動氣象站的投入使用，可對天氣進行準確預(yù)測。因安裝位置和自身構(gòu)造的作用，遭受雷擊的概率較大，嚴重影響著地面氣象觀測工作?；诖?，本文在探討自動氣象站雷電侵入途徑的同時，分析了新型自動氣象站雷電災(zāi)害的原因，并給出了幾點雷電安全防護對策，以降低雷電災(zāi)害的出現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】新型自動站;雷電災(zāi)害;原因;安全防護

引言

新林區(qū)地處大興安嶺東部，伊勒呼里山的北坡，地理坐標(biāo)為東經(jīng)123°41′至125°25′，北緯51°20′至52°10′，南北長108千米，東西寬103千米，全區(qū)總面積8702.94平方公里。新林區(qū)東與呼瑪縣接壤，南與松嶺區(qū)毗鄰，西靠呼中區(qū)，北與塔河縣毗鄰。新林區(qū)為寒冷濕潤氣候區(qū)，氣溫年較差和日較差都很大，年平均積溫不足1600℃，屬于寒溫帶大陸性氣候，境內(nèi)山陵連綿起伏、河流縱橫、森林密布、海拔相對較高，有明顯的山地氣候特點。冬季寒冷而漫長，春、秋兩季日較差大，且風(fēng)力較大。新林區(qū)年平均氣溫為-2.3℃，年降水量為530.1mm，且分布不均，主要降水多集中在7-8月份。每年的5～10月是強對流天氣多發(fā)季節(jié)，導(dǎo)致該地區(qū)雷電災(zāi)害多發(fā)。新型自動氣象站作為一種能夠自動觀測與存儲氣象觀測數(shù)據(jù)的氣象設(shè)備，自新林區(qū)氣象局引進投入使用以來，大氣探測自動化水平得到了快速增強。新型自動氣象站由供電系統(tǒng)、計算機、采集器、傳感器、傳輸線纜等多個部分組成，而且大部分氣象觀測站都安置在山頂或空曠開闊地帶，因此導(dǎo)致雷電發(fā)生頻率較高。因此，本文以新型自動氣象站為例，通過分析新型自動氣象站雷電災(zāi)害原因，并提出了新型自動氣象站雷電防護措施，以促進地面氣象測報工作可以順利開展。

1、新型自動氣象站雷電災(zāi)害原因分析

1.1 室內(nèi)采集器、計算機安裝問題

實際上，新型自動氣象站室內(nèi)的電子設(shè)備遭受雷擊的概率較大。其主要原因是這些設(shè)備在運行過程中需要連接電源線，雷電中的雷電流可以借助于電源線進入到室內(nèi)，即使臺站內(nèi)設(shè)置了接地系統(tǒng)，不同電子設(shè)備在遭受雷擊后會產(chǎn)生較大的高壓差，影響室內(nèi)電子設(shè)備安全。若雷電擊中室內(nèi)的采集器，會使其遭受損害，影響新型自動氣象站的正常運行。

1.2電纜屏蔽層單層接地

新型自動氣象站觀測場中的電子設(shè)備外殼大都是金屬材質(zhì)，極易出現(xiàn)雷電電磁干擾，因此臺站內(nèi)的線路大都是選擇屏蔽電纜線，之后穿過金屬管道直接埋地敷設(shè)，在防雷區(qū)交界處應(yīng)做好電纜屏蔽層兩端的等電位連接。在對電纜屏蔽層進行接地的過程中，若是工作人員操作不按照規(guī)范要求進行，會造成電纜屏蔽層出現(xiàn)單點接地或不接地的情況。只有屏蔽層其中一端進行了等電位連接，而另一端的磁場強度則發(fā)生了顯著變化，之后則有感應(yīng)電壓出現(xiàn)，是造成新型自動氣象站雷電災(zāi)害的主要原因之一。

1.3 混合安裝風(fēng)傳感器鐵塔與避雷針

為了保證氣象觀測工作的順利開展，新型自動氣象站的儀器大都在觀測場內(nèi)安裝，且觀測場周圍不能有高大建筑物存在，需保證四周十分開闊。無疑風(fēng)塔則成為了觀測場內(nèi)的最高點，其作用是在承載風(fēng)向風(fēng)速傳感器的同時，還要確保避雷接閃器的作用發(fā)揮到最大。通過對防雷規(guī)范的相關(guān)要求進行分析，不難看出接地裝置、電纜線對獨立避雷針造成不同程度的影響，應(yīng)確保這些物體之間的距離在3m以上。與此同時，還要保證避雷針與風(fēng)塔之間的距離適宜，避免其遭受雷擊，進而引發(fā)雷電災(zāi)害。若是避雷針與橫臂間出現(xiàn)瞬間電位差和雷電流時間差，將會損壞風(fēng)傳感器的正常使用。

1.4電源、部分通訊系統(tǒng)缺少避雷器

避雷器可以有效放大雷擊中產(chǎn)生的雷電流，并在斷路器開始動作之前將雷電流快速泄放出去，以達到保護電路和用電設(shè)備安全。一旦新型自動氣象站遭受雷擊，其出現(xiàn)雷電災(zāi)害的概率隨之增加。若新型自動氣象站中的電源和部分通訊系統(tǒng)沒有安裝避雷器，在遭受雷擊后，會被臺站內(nèi)的電路直接承受，極易引發(fā)雷電災(zāi)害。

2 新型自動站防雷措施

2.1設(shè)置避雷針

結(jié)合新型自動氣象防雷案例和實踐經(jīng)驗，雖然將風(fēng)塔作為避雷針使用會有支撐作用，但卻有引雷的作用，將會使新型自動氣象站遭受雷擊的概率大幅度增加，該方法不適合使用。為了避免新型自動氣象站遭受雷擊，可以設(shè)置獨立的避雷針，同時還要與周邊建筑物保持適當(dāng)?shù)木嚯x。這種設(shè)置不僅可以降低避雷接閃，還能有效防御雷電流，降低其對周圍設(shè)備的危害。在避雷針安裝中，應(yīng)保證觀測場內(nèi)的設(shè)備均在其保護范圍內(nèi)，若場地邊緣不在其有效保護范圍內(nèi)，應(yīng)單獨增加避雷針，確保觀測場所有設(shè)備免受雷擊。還可以結(jié)合新型自動氣象站保護等級，對避雷針安裝位置和保護范圍進行分析，進而判斷出安裝避雷針的合適高度。

2.2屏蔽、等電位與綜合布線

對于觀測場內(nèi)的所有的金屬設(shè)備，應(yīng)根據(jù)就近原則與最近的地網(wǎng)電氣進行連接;選擇帶屏蔽層的電纜作為觀測設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸線路，將其進行穿金屬管后直接埋地敷設(shè)，在進入電纜溝、外傳接盒處應(yīng)將金屬管與數(shù)據(jù)傳輸線外屏蔽層就近進行接地。應(yīng)保證金屬管收尾之間的電氣貫通，若該金屬管長度比規(guī)范要求還要高，可新增接地點數(shù)量。若是數(shù)據(jù)傳輸線不能埋地，應(yīng)將其穿過金屬管或金屬橋架進行屏蔽敷設(shè)，將其與地網(wǎng)進行連接。對于不同性質(zhì)的線纜和接地線，應(yīng)借助于金屬走線槽對其進行分開敷設(shè)。通過分析電磁兼容原理，全面掌握各個線纜的電流方向，并對線纜距離和地線走向進行合理布置。

2.3做接地處理

做好接地處理是做好雷電災(zāi)害防護工作的一項基礎(chǔ)工程，接地網(wǎng)好壞將會對防雷效果產(chǎn)生直接影響。在對接地網(wǎng)進行設(shè)計時，為保證接地電阻值與設(shè)備要求相符合，必須綜合考慮地網(wǎng)面積、材料規(guī)格及所在地土壤電阻率等多種因素。新型自動氣象站的值班室接地系統(tǒng)與觀測場均屬于接地系統(tǒng)。為有效防止兩地網(wǎng)之間出現(xiàn)電位差，由此引發(fā)地電位反擊進而對氣象觀測設(shè)備構(gòu)成一定程度的損壞，應(yīng)當(dāng)對其進行聯(lián)合接地，即將值班室防雷地網(wǎng)與觀測場相互連接，而且還應(yīng)當(dāng)確保其接地電阻值在4Ω以下。

2.4建設(shè)獨立的風(fēng)傳感器的接閃裝置

根據(jù)防雷設(shè)計規(guī)范，盡可能地降低直擊雷對風(fēng)傳感器的雷擊破壞，在距離風(fēng)傳感器鐵塔3m的位置，應(yīng)安裝高于風(fēng)傳感器的獨立接閃桿，同時連接可靠的雷電流引下線、做好符合接地電阻的要求接地，使風(fēng)傳感器位于獨立接閃桿的直擊雷防護區(qū)域內(nèi)，可使直擊雷度對風(fēng)傳感器造成的雷擊事故有效降低。

2.5做好等電位連接

應(yīng)將金屬管與避雷針的等電位連接做好，拆除固定避雷針的U型螺桿與金屬管之間的絕緣材料，確保兩者之間的電氣相同，此時就形成了等電位連接，可防止避雷針接閃的雷電流進入到風(fēng)傳感器內(nèi)，進而引發(fā)雷電災(zāi)害事故。

參考文獻：

[1]仇健，梁偉宜，陳惜茂，梁偉漢.自動氣象站連續(xù)遭雷擊的原因分析及解決辦法[J].廣東氣象，2015，37（02）：69-71.

[2]韋文彬，潘佐廣.自動氣象站多次雷擊原因分析及防雷對策[J].氣象研究與應(yīng)用，2015（A01）：219-220.

[3]杜俊雁，王文娟，張宗智，等.自動氣象站防雷工作中的問題及應(yīng)對措施[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2012，（9）.

[4]鄧豐年，瞿優(yōu)超，闕堂響.自動氣象站防雷工作中的常見問題及防護對策[J].大科技，2015（15）.

作者簡介：

孫向濱（1970-），男，漢族，黑龍江省呼蘭人，大專學(xué)歷，工程師，從事研究方向或職業(yè)：氣象測報、預(yù)報。

（作者單位：黑龍江省大興安嶺地區(qū)新林區(qū)氣象局）