九仙山自动气象站雷击的途径和防护

赖建梁

摘要分析了九仙山气象自动站雷击的途径。在此基础上提出了直击雷、感应雷、雷电波入侵等途径雷击事件的防护对策和整改措施，实现了对自动站的保护，以期为自动站防雷设施设计规划提供参考。

关键词自动气象站；雷击；逢径；防护；福建九仙山

中图分类号P415.12

文献标识码B

文章编号1007－5739(2009)16－0237－01

自动气象站是一种能自动观测和存储气象观测数据的设备。主要由传感器、采集器、通讯接口、系统电源等组成。具有怕高压，对电磁脉冲特别敏感，抗雷电过电压的能力脆弱的特点。雷电可经过各种途经进入自动气象站，轻者影响其正常工作，导致系统紊乱或失常；重者可使设备局部损坏或整体报废。故此，防雷工作在自动气象站的建设和日常维护中显的尤为重要。

九仙山气象站位于福建省德化县境内，属于国家850hPa基本站、指标站，对闽南台风暴雨等灾害性天气具有重要的监测作用。由于九仙山的特殊地貌环境，又属偏高多雷区，因此各种雷击经常发生，造成人员伤亡、气象设备严重破坏、严重影响了气象台站的正常运行和人们生命财产的安全。经过整改，自动站等气象设备没有再遭受雷击。现对福建省九仙山气象站雷击的途径和保护措施加以介绍，以供气象站工作人员参考。

1霄击的途径

1.1直击霄

直击雷是带电云层(雷云)与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象。并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。主要危害建筑物、建筑物内的电子设备和人。直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几万至几十万安培，其破坏性很强，是由于瞬间功率巨大造成的。

1.2感应雷

感应雷是直击雷放电过程中。强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象。主要危害建筑物内电子设备。是闪电放电瞬间在附近导体产生的静电感应和电磁感应现象。

1.3雷电侵入波

是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波，其传播速度为324m／s。雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘。使高压窜入低压，造成严重的触电事故。

2原因分析

九仙山气象发生的多起雷电事故均是由以上几种雷击途径而造成的，主要是由于台站位置特殊，防雷设施不规范而引起。具体原因为：设计未按照一级防雷的标准设计，接闪器不规范，无避雷网，电涌保护器(SPD)安装不正确，特殊的地质环境，没有具体按照各种雷击途径设计避雷设施等。

3防护对策和整改措施

九仙山年平均雷暴日为77.4d，雷暴日最早为1月26日，雷暴终日为12月30日，依据中华人民共和国气象行业标准QX4-2000《气象台(站)防雷技术规范》的第6款第6.2条规定，九仙山气象站应属于一级防雷气象站，要严格按照一级防雷的标准设计。

3.1直击雷的防护

严格按照GB／T21431-2008建筑物防雷装置检测技术规范要求，避雷针滚球半径(m)取30，谜雷网网格尺寸(m×m)取≤5×5或6×4，重新设计接闪器和避雷网。再通过良好的接地装置迅速而安全将其送回大地。尤其是自动站的风向、风速数据传输线应采用带屏蔽层的线缆经金属风杆内敷设，传输线的外屏蔽层首尾两端与风杆应电气连接。

3.2感应雷、雷电侵入波的防护

在雷电波入侵的各个通道入口处装设参数符合规定要求的电涌保护器(SPD)，并采用屏蔽和等电位连接防护措施。在配电房总配电柜安装limp为40kA、波形为10／350us的SPD。在楼层配电开关处安装通流量为40kA(8／20us)的SPD，在值班室及终端设备和家用电器前端安装20kA(8／20us)的SPD。供电系统采用TN-S型，地网引入低压配电房，布设均压环，并与各金属构件，配电柜可靠等电位连接。宽带网路由器I／O两端安装RJ45接口SPD。在计算机前端的网络信号线上安装接口型式为RJ45的信号SPD。自动气象站接人计算机的接口(COM)前安装9针串口的SPD；自动站的地温集线盒，其金属屏蔽层应就近接人观测场接地网的预留接地点。为防止干扰，供电线路、信号线路、地线等应分开敷设于不同的线槽中。并将这些线缆穿于金属管内。以实现可靠的屏蔽。在值班室内设铜板汇流排(500mm×50mm×5mm铜板)，进行等电位连接。

3.3接地装置

接地是避雷技术最重要的环节。不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷，最终都是把雷电流送入大地。因此，若没有合理而良好的接地装置就不可能进行可靠地避雷。对于自动站的接地电阻要求≤4Ω。并且采取等电位接地的方法将避雷接地。九仙山气象站实测表面土壤电阻率3015Ω·m，属于高土壤电阻率地区。接地电阻要达到10Ω(依据《气象台(站)防雷技术规范》第7条第6款：在高山、海岛等岩石地面土壤电阻率大于1000Ω·m的气象台(站)，接地体阻值可适当放宽之规定，地网工频接地电阻值争取小于10Ω)以下，技术难度大，在充分考虑到人身安全的前提下，应使接触电压和跨步电压达到能满足要求的允许接地电阻值。在尽量降低电阻的同时。通过建造人工接地坑(观测场悬崖周围深挖深1.5m左右、孔径2m的深网8个，用圆柱形降阻接地棒)的技术措施。将雷电流及时畅通泄放到大地。