观测站雷击案例分析

李明强+吴福杰+王鹏

摘 要 近几年来，随着气象观测设备灵敏度的不断提高，观测站因雷击电磁脉冲造成的损坏逐渐增多。原有观测站在设备更新后，由于某些因素，相应的防雷措施往往不能做到同步到位，从而给观测场站留下了防雷隐患。本文通过对本地区某国家基本站的一次雷击事故进行分析、探讨观测站的综合防雷。

关键词 等电位;屏蔽;接地

中图分类号：P4 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0188-02

为了更全面的获取实时信息，提高天气预报的质量，自动站的数量越来越多。一些老的观测站在经过改造后继续使用。由于施工现场条件的限制和人员对防雷知识掌握的不够全面，改造结束后常会出现一些细微的防雷隐患。

气象观测站的场地要求远离建筑物或树木，一般选在周围比较空旷、平坦的地方，这种环境决定它容易遭受到直击雷的影响;另外观测场站内的传感器等设备灵敏度高也较容易受感应雷的影响。2008年，本地区某基本站遭受雷击，引起观测场内数据采集器损坏，影响低温数据无法按时上传。依据本次雷击事故，浅谈观测站的综合防雷措施。

1 地理位置及周边环境

该基本站位于城镇边缘。观测场与值班室相距200米以上，观测场周围无高大树木及建筑物;值班室位于三楼（总楼层为3层），两座风向塔、一座监控塔置于在三楼楼顶，温度，湿度等传感器等置于观测场内。

2 现场勘察

该观测站建站较早，建站时仅采取了一些防直击雷的措施。随着气象观测设备的更新，经过了几次改造，基本沿用以前的防雷措施，其它的防雷措施没有得到较为全面、系统的改造。在过去的几年里，发生雷雨天气时，设备常会遭受到不同程度的影响。最近一次事故发生在2010年，本次雷击事故共造成地温采集器内四个防雷管及转接盒内4067芯片受损。

经过对观测场及值班室内的防雷设施检查后发现，主要存在以下隐患：1）电源线路仅设置一级电涌保护器，值班室内部分传输线路无防雷电波侵入措施;2）因线路老化，后期更换的传输线路等未采取穿金属管屏蔽、接地措施;3）地温采集器位于观测场内，采用单独接地，与场站内其他设备、风杆接地系统的安全距离不足3米;4）用于给地温采集器做屏蔽保护的金属罩接地端悬浮。

3 事故原因分析

以下从综合防雷的角度，结合以上防雷隐患对事故造成的原因进行分析，并结合本地区其他基本站采用的实际防雷措施，重点讨论观测场设备接地的共地及单独接地带来的影响。

1）直击雷分析。该观测站为有人职守的基本站，根据当时值班人员回忆，在设备损坏的前段时间内，并未听到非常大的雷声。在经过对周边其他树木的检查后，也并未发现遭受过直击雷的痕迹。在此次雷击之前，发生雷雨天气过程中，常会伴随设备工作不正常的现象。由此可排除此次事故为直击雷和雷击建筑物附近的其他设施对该观测站造成的影响。

2）感应雷分析。事故后，调查人员对观测场内接闪杆，设备等的接地电阻进行了测试，发现观测场内除地温采集器接地电阻值偏大、其金属罩未接地外，其他设备的接地电阻值均在允许范围之内，并与地网形成等电位连接;接闪杆采用独立接地，与设备地网距离在3米以上;对值班室内的防雷措施检查中发现，现场电源线路、数据传输线路所采用的防雷电波侵入措施不能满足相关规范的要求。

①地温采集器的数据传输线是从观测场埋地一直到值班室楼下，从一楼到三楼段未采取屏蔽措施。因为所有的传输线路地上部分都没有采取金属管屏蔽措施，在机房内也没有加装相应的信号浪涌保护器，而此次雷击仅对地温采集器造成了损坏，考虑到设备灵敏度问题，暂时不能排除此次雷击由该段线路感应引起的可能。而地温采集器内防雷管遭受损坏，机房内设备未受到影响这点来看，此次雷击与该段未穿屏蔽接地的金属管无关。

②地温采集器的接地端单独接地。据了解改造现场的工作人员讲，在改造过程中，只要地温采集器接地端与地网连接，就会出现设备不能正常工作的状况，所以最后不得不采用单独接地的方式。由国家现行防雷规范知，如果要单独接地，两个接地装置之间应该保持足够的安全距离。而观测场空间有限，很难满足安全距离的需求。安全距离不够，在雷电击中观测场内接闪针时，会使场地内地电位抬高，雷电流从主接地体回流至该低温采集器接地，进而引起设备的损坏。

③地温采集器的金属罩未做接地处理，起不到屏蔽的作用。由电磁场理论知，只有在屏蔽体完全封闭的时候，屏蔽体内部的外电场无论是否接地才是零。实际的空间屏蔽导体不可能是完全封闭的理想屏蔽体，所以如果屏蔽体不接地，就会造成雷电流通过直接或间接耦合，造成对电力线的入侵。同时，在雷云经过时，由于雷云的作用在该屏蔽体上产生与雷云相反的电荷，雷云放电后，屏蔽体上的电荷不能得到迅速释放，在屏蔽体附近产生高电位，进而可能对地温采集器内的设备产生损坏。

由此判断，此次雷击事故是由云闪放电引起的闪电静电感应引起的，地温采集器的单独接地不能达到安全距离的要求，及未将金属罩接地是造成此次事故的主要原因。虽然该观测站的地温采集器内的设置了防雷管，但在此次事故中没有起到应有的保护作用，不但未能保护到设备，连自身也受到了损坏。可见，不能只依靠设备自带的一些防雷器件达到完美预防雷击损害的目的。只有采取了系统全面的防雷措施，才能最大限度的保护到观测站内设备不受损坏。

4 改进措施

对应现场发现的隐患，对该观测站提出以下整改。

1）业务楼加装I级试验的电涌保护器，值班室电源线路中安装2级电涌保护器进行防护，由于空间有限，两级SPD均放置于机房总配电箱内，在两级SPD之间加装退耦装置。具体参数按照现行技术规范选择。调制解调器、计算机以及设备的前端分别加装适配的信号SPD。

2）更换后的风向等数据传输线很难再沿金属风杆内原有的屏蔽管内敷设。为了减少过电压的损害，将传输线的屏蔽层首尾两端可靠接地，另穿金属管敷设，且金属管两端做好接地，并将金属管固定。

3）为达到均压、等电位以减少各设备之间、不同系统之间的电位差，观测场内风杆接地、各种金属设备外壳接地、屏蔽接地、保护接地等均接至观测场共用地网，形成共用接地系统。另更换地温采集器内的防雷管，并对金属罩接地。如果地温采集器在调试后，仍出现问题，采用等电位连接器解决不能共地的问题。

5 结束语

本地区属于多雷区，对观测站的一些防雷措施要求没有像雷电高发区要求的严格。而因为这点，造成对观测站的防雷不够重视，进而引起雷击事故。就近五年的情况来看，本地区观测站遭受雷击不止两、三次，有必要采取像雷电高发区一样的防雷措施来维护观测工作正常运行。

参考文献

[1]GB50343-2010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、国家质量监督检验检疫总局联合发布.

[2]GB50057-2010建筑物防雷设计规范[S].国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布.

[3]杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M].人民邮电出版社，2004.endprint