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        新型自動站雷電災(zāi)害的原因分析及安全防護(hù)

        2019-09-10 07:22:44孫向濱
        關(guān)鍵詞:雷電災(zāi)害安全防護(hù)

        【摘 要】新型自動氣象站的投入使用,可對天氣進(jìn)行準(zhǔn)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(yán)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(hù)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(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(jìn)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(jī)、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(hù)措施,以促進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jìn)行接地的過程中,若是工作人員操作不按照規(guī)范要求進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(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(dá)到保護(hù)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(hù)范圍內(nèi),若場地邊緣不在其有效保護(hù)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(hù)等級,對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(jìn)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(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(jìn)行屏蔽敷設(shè),將其與地網(wǎng)進(jìn)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(jìn)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(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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)入到風(fēng)傳感器內(nèi),進(jìn)而引發(fā)雷電災(zāi)害事故。

        參考文獻(xiàn):

        [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(hù)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)

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