【摘 要】新型自動(dòng)氣象站的投入使用，可對(duì)天氣進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。因安裝位置和自身構(gòu)造的作用，遭受雷擊的概率較大，嚴(yán)重影響著地面氣象觀測(cè)工作?；诖耍疚脑谔接懽詣?dòng)氣象站雷電侵入途徑的同時(shí)，分析了新型自動(dòng)氣象站雷電災(zāi)害的原因，并給出了幾點(diǎn)雷電安全防護(hù)對(duì)策，以降低雷電災(zāi)害的出現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】新型自動(dòng)站;雷電災(zāi)害;原因;安全防護(hù)

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(zhǎng)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(rùn)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(duì)較高，有明顯的山地氣候特點(diǎn)。冬季寒冷而漫長(zhǎng)，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(qiáng)對(duì)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(dòng)氣象站作為一種能夠自動(dòng)觀測(cè)與存儲(chǔ)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的氣象設(shè)備，自新林區(qū)氣象局引進(jìn)投入使用以來(lái)，大氣探測(cè)自動(dòng)化水平得到了快速增強(qiáng)。新型自動(dòng)氣象站由供電系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、采集器、傳感器、傳輸線纜等多個(gè)部分組成，而且大部分氣象觀測(cè)站都安置在山頂或空曠開(kāi)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(dòng)氣象站為例，通過(guò)分析新型自動(dòng)氣象站雷電災(zāi)害原因，并提出了新型自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)措施，以促進(jìn)地面氣象測(cè)報(bào)工作可以順利開(kāi)展。

1、新型自動(dòng)氣象站雷電災(zāi)害原因分析

1.1 室內(nèi)采集器、計(jì)算機(jī)安裝問(wèn)題

實(shí)際上，新型自動(dòng)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(yùn)行過(guò)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(jìn)入到室內(nèi)，即使臺(tái)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(huì)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(huì)使其遭受損害，影響新型自動(dòng)氣象站的正常運(yùn)行。

1.2電纜屏蔽層單層接地

新型自動(dòng)氣象站觀測(cè)場(chǎng)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(tái)站內(nèi)的線路大都是選擇屏蔽電纜線，之后穿過(guò)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(duì)電纜屏蔽層進(jìn)行接地的過(guò)程中，若是工作人員操作不按照規(guī)范要求進(jìn)行，會(huì)造成電纜屏蔽層出現(xiàn)單點(diǎn)接地或不接地的情況。只有屏蔽層其中一端進(jìn)行了等電位連接，而另一端的磁場(chǎng)強(qiáng)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(dòng)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(cè)工作的順利開(kāi)展，新型自動(dòng)氣象站的儀器大都在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)安裝，且觀測(cè)場(chǎng)周圍不能有高大建筑物存在，需保證四周十分開(kāi)闊。無(wú)疑風(fēng)塔則成為了觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的最高點(diǎn)，其作用是在承載風(fēng)向風(fēng)速傳感器的同時(shí)，還要確保避雷接閃器的作用發(fā)揮到最大。通過(guò)對(duì)防雷規(guī)范的相關(guān)要求進(jìn)行分析，不難看出接地裝置、電纜線對(duì)獨(dú)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(shí)，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(jìn)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(shí)間差，將會(huì)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(kāi)始動(dòng)作之前將雷電流快速泄放出去，以達(dá)到保護(hù)電路和用電設(shè)備安全。一旦新型自動(dòng)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(dòng)氣象站中的電源和部分通訊系統(tǒng)沒(méi)有安裝避雷器，在遭受雷擊后，會(huì)被臺(tái)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(dòng)站防雷措施

2.1設(shè)置避雷針

結(jié)合新型自動(dòng)氣象防雷案例和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，雖然將風(fēng)塔作為避雷針使用會(huì)有支撐作用，但卻有引雷的作用，將會(huì)使新型自動(dòng)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(dòng)氣象站遭受雷擊，可以設(shè)置獨(dú)立的避雷針，同時(shí)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(duì)周圍設(shè)備的危害。在避雷針安裝中，應(yīng)保證觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的設(shè)備均在其保護(hù)范圍內(nèi)，若場(chǎng)地邊緣不在其有效保護(hù)范圍內(nèi)，應(yīng)單獨(dú)增加避雷針，確保觀測(cè)場(chǎng)所有設(shè)備免受雷擊。還可以結(jié)合新型自動(dòng)氣象站保護(hù)等級(jí)，對(duì)避雷針安裝位置和保護(hù)范圍進(jìn)行分析，進(jìn)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(duì)于觀測(cè)場(chǎng)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(jìn)行連接;選擇帶屏蔽層的電纜作為觀測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸線路，將其進(jìn)行穿金屬管后直接埋地敷設(shè)，在進(jìn)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(jìn)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(zhǎng)度比規(guī)范要求還要高，可新增接地點(diǎn)數(shù)量。若是數(shù)據(jù)傳輸線不能埋地，應(yīng)將其穿過(guò)金屬管或金屬橋架進(jìn)行屏蔽敷設(shè)，將其與地網(wǎng)進(jìn)行連接。對(duì)于不同性質(zhì)的線纜和接地線，應(yīng)借助于金屬走線槽對(duì)其進(jìn)行分開(kāi)敷設(shè)。通過(guò)分析電磁兼容原理，全面掌握各個(gè)線纜的電流方向，并對(duì)線纜距離和地線走向進(jìn)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(hù)工作的一項(xiàng)基礎(chǔ)工程，接地網(wǎng)好壞將會(huì)對(duì)防雷效果產(chǎn)生直接影響。在對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)氣象站的值班室接地系統(tǒng)與觀測(cè)場(chǎng)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(jìn)而對(duì)氣象觀測(cè)設(shè)備構(gòu)成一定程度的損壞，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合接地，即將值班室防雷地網(wǎng)與觀測(cè)場(chǎng)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(dú)立的風(fēng)傳感器的接閃裝置

根據(jù)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，盡可能地降低直擊雷對(duì)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(dú)立接閃桿，同時(shí)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(dú)立接閃桿的直擊雷防護(hù)區(qū)域內(nèi)，可使直擊雷度對(duì)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(shí)就形成了等電位連接，可防止避雷針接閃的雷電流進(jìn)入到風(fēng)傳感器內(nèi)，進(jìn)而引發(fā)雷電災(zāi)害事故。

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作者簡(jiǎn)介：

孫向?yàn)I（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(cè)報(bào)、預(yù)報(bào)。

（作者單位：黑龍江省大興安嶺地區(qū)新林區(qū)氣象局）