氣象觀測場雷擊事故分析及整改措施探討

吳曉偉 徐金美 魯海洋

摘 要 為便于對氣象要素信號的采集，氣象觀測場地理位置多選擇在空曠的市郊、無遮擋的山頂，客觀上增加了其遭受雷擊的概率。通過對義烏氣象觀測場雷擊事故分析，提出氣象觀測場的防雷應(yīng)綜合考慮氣象條件、場站特點、施工方法等各方面因素，制定科學(xué)合理、安全有效的防雷設(shè)計和實施方案。

關(guān)鍵詞 氣象觀測場;雷擊事故;防雷整改

1雷擊事故概況

2011年08月08日義烏市氣象局觀測場附近有強雷暴天氣過程，根據(jù)閃電定位儀記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)日19時02分，觀測場附近發(fā)生過兩次負地閃，強度分別為-42.38kA和-63.51kA。雷擊造成值班樓電源中斷，值班機房UPS電源損壞、數(shù)據(jù)采集器信號端口、計算機COM端口、大氣電場儀信號端口損壞;室外測場的能見度自動觀測儀、可視監(jiān)控攝像機等電子設(shè)備損壞，直接經(jīng)濟損失十余萬元，部分損壞儀器見圖1[1]。

2雷擊事故分析

2.1 風(fēng)儀塔引雷

根據(jù)雷擊現(xiàn)象和現(xiàn)場調(diào)查，雷擊事故的發(fā)生可能情況之一是直擊雷擊中觀測場風(fēng)儀塔，雷電流在周圍線路產(chǎn)生感應(yīng)電壓或過電流竄入所致。現(xiàn)場檢測風(fēng)儀塔的剩磁為6.3mT，強度極強，分析判定為風(fēng)儀塔作為接閃器。雷電直接擊中風(fēng)儀塔，雷電流通過接地裝置向大地釋放，雷電波侵入數(shù)據(jù)信號傳輸線，并與其之間形成瞬間電位差，感應(yīng)過電流通過傳輸線導(dǎo)入觀測站的電子設(shè)備，致使電子設(shè)備損壞。氣象觀測場儀器分布位置如圖2所示。

風(fēng)儀塔是整個觀測場最高的構(gòu)筑物，風(fēng)儀塔接閃雷電瞬間，如果風(fēng)儀塔和附近設(shè)備存在電位差，高電位足以造成其附近電子設(shè)備擊穿。由此判斷，導(dǎo)致觀測場附近設(shè)備雷擊損壞的直接原因是安裝風(fēng)向風(fēng)速儀的直接接閃，且距離觀測場內(nèi)其他電子設(shè)備距離太近。

2.2 地電位反擊

通過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，觀測場與觀測辦公樓未設(shè)合理的共用接地系統(tǒng)，易引起觀測辦公樓的設(shè)備因地電位不均衡發(fā)生反擊，引起觀測場辦公樓設(shè)備損壞。

2.3 雷電波侵入

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，觀測場用電線路部分明敷，未采取穿金屬管屏蔽，電源線路未安裝電涌保護器。雷電放電過程中，雷電波沿這些金屬線路侵入室內(nèi)，易造成與線路相連的設(shè)備擊穿損壞。

2.4 機房未實施地電位接地

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，值班機房內(nèi)儀器設(shè)備部分隨意擺放在辦公桌上，無專用保護接地。機房未設(shè)置專用地電位匯集排。因設(shè)備多未接地，或接地點不處于同一水平電位上，當(dāng)某一線路上電位升高時，其與其他設(shè)備的線路就會產(chǎn)生電位差，電位差高達一定數(shù)值就會造成設(shè)備擊穿損壞[2]。

3整改措施

3.1 接閃器整改措施

氣象臺站在進行防雷設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮和評估其所處地域的氣象條件、場站特點，并從臺站建設(shè)和使用的實際出發(fā)，進行全面規(guī)劃，綜合防治。義烏市氣象觀測站屬于國家二級站，按照《氣象臺站防雷技術(shù)規(guī)范》QX4—2015規(guī)定，該觀測場應(yīng)按第三類防雷建筑進行設(shè)計。

接閃器是承接首次雷電能量的載體，接閃器的位置、接地電阻大小決定了雷電接閃能量的泄放對附近設(shè)備設(shè)施的影響程度。根據(jù)本次現(xiàn)場雷擊情況分析，雷擊點位于觀測場內(nèi)風(fēng)儀塔頂部避雷針上，風(fēng)儀塔距離觀測場內(nèi)設(shè)備非常近，近距離的磁場耦合和電磁感應(yīng)對設(shè)備設(shè)施造成二次雷擊危害。

基于上述標(biāo)準(zhǔn)要求和現(xiàn)場實際，設(shè)計在觀測場圍墻外東、西、南側(cè)各加裝獨立一根避雷針，避雷針高度依據(jù)GB50057-2010滾球法計算，避雷針保護范圍應(yīng)能覆蓋觀測場內(nèi)所有設(shè)備和構(gòu)筑物。這樣做的優(yōu)點一是避雷針處于觀測場圍墻外，接閃點遠離了場內(nèi)儀器設(shè)備;優(yōu)點二是實現(xiàn)場內(nèi)儀器設(shè)備的直擊雷全覆蓋保護，安全性更高。

3.2 防雷電感應(yīng)整改措施

觀測場配電系統(tǒng)重新進行電源電涌保護器設(shè)計。按照GB50343-2012規(guī)范要求，對觀測場配電系統(tǒng)按B級設(shè)計三級電涌保護器。

對觀測場所有已安裝的電源電涌保護器按GB50343-2012計算要求，重新計算雷電流分布特征，確保已安裝電涌保護器起到阻截雷電流的良好作用，對不符使用要求的電涌保護器進行更換，未安裝的補充安裝。對觀測場內(nèi)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集等信號線路安裝適配的信號電涌保護器。

所有機房、值班室插排應(yīng)換成帶防雷模塊的PDU，對竄入末級的雷電流起到終端防護作用。

3.3 防雷電波侵入整改措施

為降低雷電波沿線路侵入室內(nèi)設(shè)備的風(fēng)險，觀測辦公樓與觀測場外露線路重新布設(shè)于金屬橋架內(nèi)，應(yīng)保證金屬橋架各段之間的電氣連通。線路入戶端金屬橋架就近與等電位端子排可靠電氣連接。

3.4 接地等電位整改措施

設(shè)計對氣象觀測場與觀測辦公樓接地采用共用接地系統(tǒng)。為保證各接地系統(tǒng)可靠性，觀測辦公樓與觀測場橋架應(yīng)保證電氣連通，且應(yīng)多點重復(fù)接地。觀測辦公樓內(nèi)所有電子設(shè)備均應(yīng)采取接地和等電位連接措施，所有信號線、網(wǎng)絡(luò)線均應(yīng)采取沿金屬橋架敷設(shè)或其他屏蔽措施，金屬橋架應(yīng)采取跨接處理，從觀測場到辦公樓金屬屏蔽橋架每隔25米左右做一次接地，兩端接地，末端設(shè)備所有走線應(yīng)穿金屬管敷設(shè)，金屬管應(yīng)與橋架電氣連通[3]。

4結(jié)束語

該氣象站實施防雷整改后，多年未發(fā)生雷擊事故。實踐驗證了防雷措施的可靠性、有效性。隨著我國氣象科技水平的不斷提高，氣象觀測設(shè)備日趨先進，各類自動站投入使用，這些自動站內(nèi)的設(shè)備集成化越來越高，同時其電子設(shè)備耐壓也相對較低，觀測設(shè)備對電磁環(huán)境越來越敏感。觀測場雷電防護的好壞直接影響到觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精度。氣象臺（站）的防雷應(yīng)首先重規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從設(shè)計布置就要規(guī)范合理;其次是必須結(jié)合場地地質(zhì)地理環(huán)境和雷電環(huán)境，采取針對性的綜合防雷措施;最后是做好規(guī)范施工和驗收，良好的接地，從細節(jié)上完善現(xiàn)場各種接地處理。

參考文獻

[1] 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范：GB50057-2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[2] 氣象臺站防雷技術(shù)規(guī)范：QX4-2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[3] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范：GB50343-2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

作者簡介

吳曉偉（1981-），女，黑龍江齊齊哈爾;學(xué)歷：本科，職稱：工程師，現(xiàn)就職單位：杭州天鴻通信工程有限公司，研究方向：雷電防護。