浅谈地面气象观测场的防雷措施

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[摘 要]地面气象观测场都有防雷设施，但遭雷击的事件时有发生，雷击对气象观测设备的影响也越来越大，采取有效的地面气象观测场雷电安全防护措施，对于提高整个自动气象站观测系统的可靠性具有十分重要的意义。本文全面分析地面气象观测场设备防雷性能，探讨了地面气象观测场雷电安全防护和管理措施。

[关键词]地面气象观测场；防雷；措施

中图分类号：P411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0267-01

一、观测场设备防雷性能介绍

地面气象观测场雷电防护重点是对采集器的防护。从图1可以看出，为保障观测场内数据采集系统免遭雷电灾害侵袭，生产厂家主要在采集器内部采取了如下雷电安全防护措施。

1.1 电源部分

为防护沿电源通道侵入采集器内的雷电波和其它瞬间过压对设备的损害，设备生产厂家在采集器电源部分提供了三段保护：A段为输入端具有过流保护及大电流浪涌放电器（电涌保护器）；B段为中继和RF过滤；C段为精细箝位保护。基于以上防护措施，设备厂家称其防雷性能达到如下技术指标：雷击感应电压小于5kV，雷击感应电流小于1700A，响应时间小于10-6秒。

1.2 信号通道防雷板

为避免自动站由于过长的信号传输电缆所带来的干扰和损坏，各路传感器的信号经近50个通道的防雷板，再进入数据采集核心。厂家提供的材料表明其每个通道都具有防雷电感应的功能，其性能指标达到CCITT有关电话线防雷标准。

二、57216南江县气象站雷击事故

2011年6月，57216南江县气象站遭受雷击，造成计算机无法正常工作，在排除其他因素后，判断为采集器故障，立即更换了采集器，采集器正常工作。但1分钟后观测场再次出现雷击，计算机仍未正常工作，初步判断为更换的采集器没有正常工作，再更换采集器后计算机仍不正常工作，说明更换后的采集器未损害；接着从采集器到室内计算机逐步排查，包括计算机、串口、采集器线、采集器电池等，最终判断为采集器防雷板损坏，更换防雷板后采集器正常工作，计算机恢复工作。此次雷击事故接连损坏采集器、防雷板，造成资料缺失5个小时，在工作上造成了很大的被动。

三、风杆常见问题

3.1 布线不规范

部分自动气象站风向、风速信号线在不单独穿金属管保护的情况下，与风杆上避雷针引下线在风杆金属管内并行引下。这相当于将风向、风速信号电缆敷设在避雷针引下线上，即使风向、风速信号线采用带屏蔽层的电缆，由于其屏蔽层无法将避雷针接闪后的雷击电磁脉冲全部屏蔽、风速信号线上会感应出远远高于采集器电子元件所能承受的电涌电压，致使采集器无法正常工作。

3.2 观测场地网接地点间距不符合要求

由于防雷工程设计和施工人员对等电位联结和共用接地的错误理解，在施工过程中不考虑以上几种接地在观测场地网上接地点之间的距离，甚至将共用接地理解为将各种接地可以直接接在一起，给观测场设备防雷安全带来了隐患，为避免风杆上避雷针接闪通过地网泄放雷电流时，对附近接地设备产生干扰，按照要求风杆上避雷针引下线接地与其它接地在观测场地网上接地点之间的距离应大于10m。

3.3 电缆屏蔽层单点接地

屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。为减少电磁干扰的感应效应，自动气象站观测场内设备采取了以下基本屏蔽措施：观测场电子设备采用金属外壳，各种传输线路采用屏蔽电缆并穿金属管埋地敷设。电缆屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接，屏蔽层仅一端做等电位连接和另一端悬浮时，它只能防静电感应，防不了磁场强度变化所感应的电压[1]。

3.4 改进措施

在风向标支撑杆距离杆顶200mm～300mm处设置了避雷针，避雷针通过一根500mm绝缘棒与风向标支撑杆隔离固定在风标杆上。对风标杆的拉线也做了绝缘改造，即在拉线的上端，加装了绝缘等级为35kV（1.2/50μs）的拉线绝缘子，使之与风杆绝缘，避雷针引下线采用50mm2多股铜线沿风杆绝缘拉线入地，在引下线入地点附近打入一根40×4的镀锌角铁，并与观测场地网作了可靠电气连接（如图2所示）。

四、自动气象站观测场雷电安全防护措施：

4.1 直击雷防护

观测场为边长25m的正方形，其最高物体为观测场北侧东西两根高度各11m的风杆[3]。为充分利用现有条件，其直击雷防护主要通过安装在风杆上的避雷针来实现。观测场风杆多采用金属管作支撑体，在距风杆顶端200mm～300mm处设置避雷针，避雷针通过绝缘杆固定于风杆上，避雷针选用直径不小于16mm的圆钢，其长度不小于1500mm，水平绝缘距离不应小于500mm。其单根避雷针在距观测场地面0.5m高度处的保护半径rx，

根据公式

4.2 观测场设备防雷性能介绍

由图1可以看出，为保障观测场内数据采集系统免遭雷电灾害侵袭，生产厂家主要在采集器内部采取了如下雷电安全防护措施：

当观测场内的两根风杆上全部安装上避雷针后，考虑到仪器距观测场边缘护栏不小于3m的布置要求[3]，整个观测场内的所有仪器均处于风杆上避雷针有效保护范围内。避雷针引下线沿风杆上端拉线入地，该拉线应通过绝缘等级为35kV（1.2/50μs）的拉线绝缘子与风杆绝缘，引下线需采用屏蔽电缆，其芯线为多股铜线的截面积不应小于50mm2。若风杆无拉线，引下线可沿风杆外表固定入地。引下线入地点附近应设置不少于一根垂直接地体，并与观测场地网作可靠电气连接，连接点与其它设备在观测场地网接地点之间的距离宜大于10m。

4.3 雷击电磁脉冲防护

通过风杆上避雷针对观测场内设备实施直击雷保护措施后，气象站观测场内的所有设备均处于LPZ0B雷电防护区，由于本区内的电磁场强度没有得到衰减，为防止观测场及附近地闪出现时，雷电产生的脉冲电磁场从空中直接辐射入观测场电子设备，所以还需采取雷击电磁脉冲防护措施。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施[1]，因此风向、风速数据传输线应采用带屏蔽层的电缆经金属风杆内敷设，传输线的外屏蔽层首尾两端与风杆做电气连接，风杆与观测场地网作可靠电气连接。

总结

地面气象观测场内设备易遭受雷击损坏，必须采取有效的措施进行必要的雷电防护，但可能由于多方面的原因，许多气象观测场的防雷措施存在着不完善的地方，加上地形的因素，就为雷灾事故埋下了隐患。在此呼吁各级气象主管部门重视气象观测场的雷电防护问题，如果发现问题，认真分析，及时整改，以减少雷灾事故的发生。

参考文献

[1] GB50343-2004，建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].中华人民共和国建设部、国家质量监督检疫总局.北京：中国建筑工业出版社，2004：72.

[2] 地面气象观测规范[S].中国气象局.北京：气象出版社，2003：5～6.

[3] 肖稳安，张小青.雷电与防护技术基础[M].北京：气象出版社，2006：157.