觀測站雷擊案例分析

李明強+吳福杰+王鵬

摘 要 近幾年來，隨著氣象觀測設備靈敏度的不斷提高，觀測站因雷擊電磁脈沖造成的損壞逐漸增多。原有觀測站在設備更新后，由于某些因素，相應的防雷措施往往不能做到同步到位，從而給觀測場站留下了防雷隱患。本文通過對本地區某國家基本站的一次雷擊事故進行分析、探討觀測站的綜合防雷。

關鍵詞 等電位;屏蔽;接地

中圖分類號：P4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0188-02

為了更全面的獲取實時信息，提高天氣預報的質量，自動站的數量越來越多。一些老的觀測站在經過改造后繼續使用。由于施工現場條件的限制和人員對防雷知識掌握的不夠全面，改造結束后常會出現一些細微的防雷隱患。

氣象觀測站的場地要求遠離建筑物或樹木，一般選在周圍比較空曠、平坦的地方，這種環境決定它容易遭受到直擊雷的影響;另外觀測場站內的傳感器等設備靈敏度高也較容易受感應雷的影響。2008年，本地區某基本站遭受雷擊，引起觀測場內數據采集器損壞，影響低溫數據無法按時上傳。依據本次雷擊事故，淺談觀測站的綜合防雷措施。

1 地理位置及周邊環境

該基本站位于城鎮邊緣。觀測場與值班室相距200米以上，觀測場周圍無高大樹木及建筑物;值班室位于三樓（總樓層為3層），兩座風向塔、一座監控塔置于在三樓樓頂，溫度，濕度等傳感器等置于觀測場內。

2 現場勘察

該觀測站建站較早，建站時僅采取了一些防直擊雷的措施。隨著氣象觀測設備的更新，經過了幾次改造，基本沿用以前的防雷措施，其它的防雷措施沒有得到較為全面、系統的改造。在過去的幾年里，發生雷雨天氣時，設備常會遭受到不同程度的影響。最近一次事故發生在2010年，本次雷擊事故共造成地溫采集器內四個防雷管及轉接盒內4067芯片受損。

經過對觀測場及值班室內的防雷設施檢查后發現，主要存在以下隱患：1）電源線路僅設置一級電涌保護器，值班室內部分傳輸線路無防雷電波侵入措施;2）因線路老化，后期更換的傳輸線路等未采取穿金屬管屏蔽、接地措施;3）地溫采集器位于觀測場內，采用單獨接地，與場站內其他設備、風桿接地系統的安全距離不足3米;4）用于給地溫采集器做屏蔽保護的金屬罩接地端懸浮。

3 事故原因分析

以下從綜合防雷的角度，結合以上防雷隱患對事故造成的原因進行分析，并結合本地區其他基本站采用的實際防雷措施，重點討論觀測場設備接地的共地及單獨接地帶來的影響。

1）直擊雷分析。該觀測站為有人職守的基本站，根據當時值班人員回憶，在設備損壞的前段時間內，并未聽到非常大的雷聲。在經過對周邊其他樹木的檢查后，也并未發現遭受過直擊雷的痕跡。在此次雷擊之前，發生雷雨天氣過程中，常會伴隨設備工作不正常的現象。由此可排除此次事故為直擊雷和雷擊建筑物附近的其他設施對該觀測站造成的影響。

2）感應雷分析。事故后，調查人員對觀測場內接閃桿，設備等的接地電阻進行了測試，發現觀測場內除地溫采集器接地電阻值偏大、其金屬罩未接地外，其他設備的接地電阻值均在允許范圍之內，并與地網形成等電位連接;接閃桿采用獨立接地，與設備地網距離在3米以上;對值班室內的防雷措施檢查中發現，現場電源線路、數據傳輸線路所采用的防雷電波侵入措施不能滿足相關規范的要求。

①地溫采集器的數據傳輸線是從觀測場埋地一直到值班室樓下，從一樓到三樓段未采取屏蔽措施。因為所有的傳輸線路地上部分都沒有采取金屬管屏蔽措施，在機房內也沒有加裝相應的信號浪涌保護器，而此次雷擊僅對地溫采集器造成了損壞，考慮到設備靈敏度問題，暫時不能排除此次雷擊由該段線路感應引起的可能。而地溫采集器內防雷管遭受損壞，機房內設備未受到影響這點來看，此次雷擊與該段未穿屏蔽接地的金屬管無關。

②地溫采集器的接地端單獨接地。據了解改造現場的工作人員講，在改造過程中，只要地溫采集器接地端與地網連接，就會出現設備不能正常工作的狀況，所以最后不得不采用單獨接地的方式。由國家現行防雷規范知，如果要單獨接地，兩個接地裝置之間應該保持足夠的安全距離。而觀測場空間有限，很難滿足安全距離的需求。安全距離不夠，在雷電擊中觀測場內接閃針時，會使場地內地電位抬高，雷電流從主接地體回流至該低溫采集器接地，進而引起設備的損壞。

③地溫采集器的金屬罩未做接地處理，起不到屏蔽的作用。由電磁場理論知，只有在屏蔽體完全封閉的時候，屏蔽體內部的外電場無論是否接地才是零。實際的空間屏蔽導體不可能是完全封閉的理想屏蔽體，所以如果屏蔽體不接地，就會造成雷電流通過直接或間接耦合，造成對電力線的入侵。同時，在雷云經過時，由于雷云的作用在該屏蔽體上產生與雷云相反的電荷，雷云放電后，屏蔽體上的電荷不能得到迅速釋放，在屏蔽體附近產生高電位，進而可能對地溫采集器內的設備產生損壞。

由此判斷，此次雷擊事故是由云閃放電引起的閃電靜電感應引起的，地溫采集器的單獨接地不能達到安全距離的要求，及未將金屬罩接地是造成此次事故的主要原因。雖然該觀測站的地溫采集器內的設置了防雷管，但在此次事故中沒有起到應有的保護作用，不但未能保護到設備，連自身也受到了損壞。可見，不能只依靠設備自帶的一些防雷器件達到完美預防雷擊損害的目的。只有采取了系統全面的防雷措施，才能最大限度的保護到觀測站內設備不受損壞。

4 改進措施

對應現場發現的隱患，對該觀測站提出以下整改。

1）業務樓加裝I級試驗的電涌保護器，值班室電源線路中安裝2級電涌保護器進行防護，由于空間有限，兩級SPD均放置于機房總配電箱內，在兩級SPD之間加裝退耦裝置。具體參數按照現行技術規范選擇。調制解調器、計算機以及設備的前端分別加裝適配的信號SPD。

2）更換后的風向等數據傳輸線很難再沿金屬風桿內原有的屏蔽管內敷設。為了減少過電壓的損害，將傳輸線的屏蔽層首尾兩端可靠接地，另穿金屬管敷設，且金屬管兩端做好接地，并將金屬管固定。

3）為達到均壓、等電位以減少各設備之間、不同系統之間的電位差，觀測場內風桿接地、各種金屬設備外殼接地、屏蔽接地、保護接地等均接至觀測場共用地網，形成共用接地系統。另更換地溫采集器內的防雷管，并對金屬罩接地。如果地溫采集器在調試后，仍出現問題，采用等電位連接器解決不能共地的問題。

5 結束語

本地區屬于多雷區，對觀測站的一些防雷措施要求沒有像雷電高發區要求的嚴格。而因為這點，造成對觀測站的防雷不夠重視，進而引起雷擊事故。就近五年的情況來看，本地區觀測站遭受雷擊不止兩、三次，有必要采取像雷電高發區一樣的防雷措施來維護觀測工作正常運行。

參考文獻

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