楊 波，王 寶

(玉溪市氣象局，云南 玉溪 653100)

0 引言

隨著云南省氣象現代化建設的飛速發(fā)展，特別是近年來云南省各地州的基層氣象臺站建成以來，其建(構)筑物和設備遭受雷擊危害的事故時有發(fā)生，這給氣象臺站的正常業(yè)務工作造成了極大的影響。為有效保障氣象現代化業(yè)務的順利開展，通過分析各基層臺站防雷設施的設置是否合理，淺析了對縣級新建臺站的防雷裝置設計安裝，供各基層臺站參考。

1 縣級氣象臺站易遭受的雷擊形式

通過對實地雷擊事故的調查及查詢云南省閃電定位系統數據，云南省氣象臺站雷擊形式可分為直擊雷和感應雷，其中以感應雷為主。如2013年元江縣氣象臺站遭雷擊，其業(yè)務樓網絡癱瘓、大氣電場儀損毀、觀測場設備不同程度受損，致使正常的氣象業(yè)務、氣象預報、氣象信息、大氣象電場數據不能正常傳輸。又如，2010華寧縣象局因遭受雷擊，其人影指揮系統處于癱瘓狀態(tài)，嚴重影響了華寧縣當日的人工防雹工作。根據雷災勘察鑒定結果，引起基層臺站雷災的原因主要有直擊雷擊和感應雷擊兩類型式[1,2]。

1.1 直擊雷擊

帶電的云層對大地上的某一點發(fā)生猛烈的放電現象，稱為直擊雷。直擊雷的破壞力十分巨大，若不能迅速將其泄放入大地，將導致放電通道內的物體、建筑物、設施、人畜遭受嚴重的破壞或損害——火災、建筑物損壞、電子電氣系統摧毀，甚至危及人畜的生命安全。由于觀測場周邊存在一定范圍的保護距離，觀測場相對于其它的建(構)筑物來說是“空曠、孤立”，因此極易引起直擊雷擊。

1.2 感應雷擊

在雷擊強電場的作用下，處在電場下的地表、建(構)筑物或進出建(構)筑物的金屬管、線因靜電感應而帶上與雷云極性相反的電荷，在短時間內形成局部感應高電壓，從而對電子、電器設備產生損壞。感應雷不僅會損壞電子、電器設備，而且如有易燃易爆物品存在，則極易造成火災或引起爆炸。

1.3 地電位反擊

如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設施，接地網的地電位會在數微秒之內被抬高數萬或數十萬伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分流向供電系統或各種網絡信號系統，或者擊穿大地絕緣而流向另一設施的供電系統或各種網絡信號系統，從而反擊破壞或損害電子設備。同時，在未實行等電位連接的導線回路中，可能誘發(fā)高電位而產生火花放電的危險。

2 進入縣級氣象臺站的雷擊途徑

根據幾次雷擊勘察結果綜合分析，縣級氣象臺站遭受雷擊的途徑主要有以下幾條。

2.1 直擊雷

由于雷擊的隨機性和偶然性，加之近年由于城市的不斷發(fā)展，很多縣級基層臺站在搬遷后相對的“孤立”，成為了雷電襲擊的首選目標。

2.2 進入氣象臺站的各類管、線及安裝于建(構)筑物頂端的天饋線

進入氣象臺站的各類金屬管如水管，屏蔽穿線管等金屬管，當附近產生雷擊，使其感應到雷電高電壓，如其接地不良，則會使其高電壓與處于低電位的電子設備之間存在電壓差，從而使電子設備損壞；進出氣象臺站的電源線、信號線等金屬架空線，當雷擊產生在它們附近時，在這些金屬導線上感應的雷電隨之進入到電子電器設備和用電設備上，造成用電設備和微電子設備的毀壞；處于建(構)筑物頂端的天饋線，在雷擊感應高電壓后，高電壓順其傳輸線進入接收器或發(fā)射器造成這些設備的損毀。

2.3 地電位反擊

地電位反擊的雷擊途徑在基層臺站建設過程中極易被忽視。由于建設過程中沒考慮地電位反擊的影響，當雷電流峰值極大時，雷電流通過接地裝置導入大地，其接地裝置上就會產生高達100KV以上的反擊電壓，從而擊穿大地絕緣而向低電位設備放電，致使低電位用電設備損壞。

3 縣級氣象臺站雷擊防護方法

通過以上分析，縣級氣象臺站雷擊防護主要考慮直擊雷防護和感應雷的防護[3-6]。

3.1 直擊雷防護

3.1.1 業(yè)務樓直擊雷防護

縣級氣象臺站業(yè)務樓在建設過程中，多采用框架結構主體，在建設過程中利用主體本身的基礎鋼筋作為防雷接地體，并預留水平接地體外接鋼筋，基礎施工完畢后經實測如不能達到規(guī)范要求則應加設人工接地體直至滿足規(guī)范要求；引下線采用柱內兩條對角主筋(鋼筋直徑≥16mm)，引下線間距須滿足規(guī)范要求，并與基礎鋼筋進行可靠電氣連接[1,7]；屋頂接閃器宜采用避雷帶，避雷帶與引下線進行可靠電氣連接；屋頂所有外露金屬物應與避雷帶可靠電氣連接[8]。

3.1.2 觀測場直擊雷防護

觀測場地勢較高，相對獨立，場內有風桿、觀測設備等儀器，因此，場內風桿、設備應做好接地處理。同時，由于風桿高度不能完全保護觀測場其它設備，還需安裝一座避雷塔(針)以完善觀測場整體直擊雷防護。為了防止跨步電壓對觀測人員產生傷害，觀測場內的所有金屬設施、設備均進行等電位連接，并保證接地電阻值達到規(guī)范要求[6-8]。

3.2 感應雷防護

縣級氣象臺站主要可靠的接地系統、屏蔽、等電位連接、過電壓保護、防地電位反擊幾方面來進行感應雷的防護[8]。

3.2.1 接地系統

為保證氣象觀測設備的正常運行，氣象臺站的接地電阻值在滿足小于規(guī)范要求的前提下，盡可能小于1Ω，同時做好防雷接地、交流工作接地、直流工作接地和安全保護接地[7]，并優(yōu)先考慮采用聯合接地[9,10]。

第一，防雷接地，將建(構)筑物的外露金屬全部進行可靠電氣連接以便雷電流第一時間進行泄放。

第二，交流工作接地，做好進入氣象臺站變壓器的中性接地、零線接地和重復接地工作，確保對用電設備的保護和供電線路的保護。

第三，直流工作接地，對于用電設備，要做好設備的直流電工作接地，以防漏電產生的危險。

第四，安全保護接地，進出氣象臺站的電纜金屬外皮、穿線金屬管道、用電設備的金屬外殼等均要有良好接地，以防設備與大地之間產生電位差，保護使用人員和用電設備的安全。

對以上4個接地進行聯合接地處理，共用同一個接地網，有利于各接地間的電位差接進于零，防止地電位反擊。由于各設備的性質不同，相互間會因高頻干擾使設備不能正常運行，對有特殊要求的設備還應采取獨立接地，獨立接地與其它接地網之間的距離應大于5m，且越大越好。

3.2.2 屏蔽

為預防雷電感應電磁脈沖和電磁干擾，最有效的方法就是屏蔽[8]。縣級基層臺站，可將建(構)筑物的結構鋼筋和外露金屬(避雷針、天饋線等)進行可靠電氣連接，將結構鋼筋做好接地，使建(構)筑物自身成為第一層屏蔽體，防止雷電電磁脈沖和電磁干擾的影響；再將建(構)筑物內的金屬管道及金屬門窗進行接地，同時，進出臺站的電纜金屬外皮及設備金屬外殼也要進行可靠接地，作為臺站用電設備內電子器件的又一層屏蔽[6,11]。

3.2.3 等電位連接

等電位連接分外部等電位連接和內部等電位連接。氣象臺站外露的避雷針(帶)、風桿、衛(wèi)星接收機等一切金屬物進行可靠的電氣連接為外部等電位連接；臺站內部的用電設備、電纜金屬外皮、防靜電地板、SPD等進行等電位連接為內部等電位連接[11]。進行等電位連接的目的是降低電位差，使各用電設備和金屬物電位接近或相等，防止地電位反擊，保護設備免受雷擊[8]。

3.2.4 過電壓保護

過電壓保護分信號線過壓保護和電源系統過壓保護兩類[3,9,10,12]。

3.2.4.1 信號線過壓保護

在進入臺站交換機處的信號輸入線上安裝一級信號SPD；在信號線進入設備處安裝二級SPD。綜合多年工作經驗，信號SPD選用時應注意其插入損耗≤0.3dB，傳輸速率要高于設備要求最低速率，啟動電壓為信號電壓峰值的1.5倍。

3.2.4.2 電源系統過壓保護

通過多年來云南省縣級氣象臺站遭受雷擊實例分析，對于縣級氣象臺站的雷電過電壓保護應安裝3級SPD保護設備(見圖1)。

圖1 3級SPD保護設備示意圖

Fig.1Three-levelSPDprotectequipmentdiagram

在進行電源SPD設計、安裝時應注意以下問題：

第一，SPD的選型及3級SPD間的參數要相互配合。第二，為有效保護氣象觀測設備的正常運行，SPD的通流量(I)必須滿足：IⅠ≤IⅡ≤IⅢ≤IⅣ；啟動電壓(U)必須滿足：UI≤UⅡ=UⅢ=UⅣ；殘壓(V)必須滿足VⅠ≤VⅡ≤VⅢ≤IⅣ。第三，SPD的安裝要嚴格按照規(guī)范施工、驗收，各級SPD間的間距應不小于10m，以達到分級泄流的目的，SPD的連接線不宜過長，最好在0.5m以內，以便分流。

3.2.5 地電位反擊

通過多年來的雷災調查統計，地電位反擊也是造成基層臺站雷災的重要因素之一[13]。結合氣象臺站的特點，可通過以下幾個方法來防止雷電地電位反擊：一是將進出臺站的電纜金屬外皮接電線、電源線、信號線及天饋線SPD的接地線與接地體相連接，以減小金屬導線與防雷接地線之間的電壓差；二是將防雷接地、交流工作接地、直流工作接地及安全保護接地相互連接，形成聯合接地，降低或消除接地網間的電壓差；三是臺站內如存在兩個以上獨立接地網時，獨立接地網間的距離要大于10m以上，以減小雷電反擊電壓。

4 結語

縣級基層氣象臺站的雷電防護是一項綜合性的專業(yè)防雷工程。在進行臺站雷電防護工程的設計、施工時，要充分考慮臺站附近的雷電活動特點、所處地理位置及環(huán)境、土壤電阻及氣候要素等因素，并查詢臺站的氣象歷史資料，統計出年平均雷暴日數，根據實際情況進行可靠的雷電防護工程設計，并采用質量過硬的防雷產品進行施工，施工完畢后要進行嚴格的驗收備檔，避免因雷擊導致氣象裝備受損，造成不必要的經濟損失，影響氣象業(yè)務的正常運行。

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