地面气象观测站防雷常见问题及其对策侯
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摘 要 雷电灾害是世界最严重的十大自然灾害之一，减少和避免雷电灾害带来的损失，已成为社会关注的热点问题。气象观测站对数据的及时性和设备的可靠性要求极高，更加突出了观测站防雷安全的特殊性及重要性。基于此，以地面气象观测站防雷保护措施为研究对象，分析了观测站防雷装置检测过程中存在的问题，并提出了相应的解决对策。
关键词 雷电;防雷装置;地面气象观测站
中图分类号：P415.12 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.09.085
雷电是一种常见的自然现象，是雷雨云内部之间或雷雨云与地面之间由于所带电荷性质不同而产生的强烈放电现象。目前，云对地的雷电对人类的危害大、破坏性强，一些高大空旷的建筑物和设施易遭受雷击。气象观测站大多建在野外空旷地带，存在着较高的雷击风险，部分站点的电源、信号线路架空引入室内，加上户外的观测设备绝大多数为微电子设备，长期暴露在户外，抗雷电电磁干扰能力差。近几年，因雷击造成观测站的线路及设备损坏的事故屡有发生，严重影响了观测数据的传输质量[1-4]。基于此，针对地面气象观测站防雷中机房的选址、防闪电电涌侵入措施、综合布线、屏蔽措施、等电位连接措施、电涌保护器设置等存在的问题进行分析，并提出了解决的对策，供防雷技术人员参考。
1 地面气象观测站防雷中常见的问题
1.1 机房的选址不合理
观测值班室地面一般要求与地面观测场在同一个水平面上，日照等观测设备对周边物体有限高的要求，观测值班室高度也有一定限制。因此，绝大多数的值班室为建筑物的顶层，机房多数就设置在建筑物的顶层且靠建筑物的内墙侧，不符合《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）[5]中机房位置的选择要求。
1.2 防闪电电涌侵入措施不完整
1）地面气象观测站选址大多为山边或山上，电源、信号线路多数为直接架空引入，线路布设不规范。2）主采集器、降水现象仪、电信、联通等光纤线路入户的加强筋未做等电位连接。
1.3 综合布线不合理、屏蔽措施不全面
1）電源线路与信号线路布设不规范，安全距离达不到规范要求，风传感器信号线路、雪深传感器信号线路等均未做屏蔽，有部分做了屏蔽，但金属屏蔽层有些未接地，部分屏蔽层仅一端做等电位连接，这样做仅能防止静电感应，无法防止磁场强度变化所产生的感应电压，所以无法保证电子信号的稳定通畅。2）建筑物未采取空间屏蔽措施，建筑物内的金属门窗等均未采取屏蔽及接地措施。3）站内的局域网线路暴露户外只套PVC管，未套金属屏蔽管。
1.4 等电位连接措施不规范
1）观测场内新增的观测仪器，如负氧离子、PM2.5等设备未采取等电位连接措施。2）机房设备多为数字线路采用S型等电位连接，机柜只采用一根等电位连接线，且长度大于0.5 m。
1.5 电涌保护器的设置不合理
1）第一级电涌保护器的参数选择不符合《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）的要求。2）计算机设备末端未设置电涌保护器，或电涌保护器参数不符合规范要求。
1.6 防雷装置定期维护不到位
观测站屋顶接闪带焊接处、场地内的设备接地部位连接处有生锈，局部地方有脱焊、松动的情况，室内外防雷设施和金属外壳有存在连接处松动或断路。
2 地面气象观测站防雷常见问题的解决对策
2.1 站点合理规划与机房合理布局
地面气象观测站在选址时应进行可行性论证，应依据当地的地理、地质、气候、环境等因素和雷电活动规律，对雷电历史数据进行分析，避开雷电高发区域。计算机机房应在Vs空间内，电子信息系统设备应尽量安放在建筑物中心位置，与建筑物保持一定的距离。
2.2 防闪电电涌侵入和安装电涌保持器
低压配电系统线路应埋地并套金属管，入户端采取等电位连接并接地。低压电源线路引入总配电箱处应安装Ⅰ级试验的电涌保护器，冲击电流Iimp≥12.5 kA，电压保护水平≤2.5 kV;分配电箱上安装标称放电电流In≥15 kA，电压保护水平应≤1.5 kV的Ⅱ级试验电涌保护器;计算机设备末端应增设插座型的电涌保护器;各级电涌保护器之间做好级间配合。
2.3 合理布线、屏蔽及等电位连接措施
2.3.1 合理布线空间屏蔽及等电位措施
电源线路与信号线路分开设置，保持安全距离，线路应套金属管两端做好接地。电子信息系统机房可利用金属物、金属框架或钢筋混凝土等自然构件构成建筑物或房间的格栅形大空间屏蔽，或机房单独设置铜网做屏蔽，所有穿入大空间屏蔽的导电金属物就近与其做等电位连接。机柜、桥架、门窗等金属物应采取等电位连接措施，每台设备的等电位连接线的长度不宜大于0.5 m，并宜设两根等电位连接线安装于设备的对角处，其长度相差宜为20%。
2.3.2 室外设备屏蔽及等电位措施
1）室外风向、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;当数据传输线无法敷设在金属风杆内或采用金属塔作为支撑物时，应将数据传输线穿金属管垂直敷设，传输线的外屏蔽层和金属管均应在首尾两端与风杆或金属塔作电气连接，金属管首尾应电气贯通。
2）雪深传感器等室外观测设备信号线路均应采用屏蔽管两端接地。3）主采集器、降水现象仪、电信、联通等光纤线路入户的加强筋应采取等电位连接措施，所有户外金属设备均应采取等电位连接措施。
2.4 防雷装置定期维护
防雷装置应定期维护，每年的雷雨季节前进行一次全面检测，及时检查外部防雷装置的电气连续性，若发现有脱焊、松动和锈蚀等，应进行相应的处理，并采取有效措施进行整改;检查接闪带、接地装置的腐蚀情况，锈蚀部位超过截面1/3时应更换。
3 结语
地面观测站环境相对复杂、恶劣，防雷措施细节不忽视，只有全面系统的采取综合防雷保护措施，才能有效地防止或减少雷击造成的财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行，才能做到安全可靠，确保观测设备正常运行。
参考文献：
[1] 周圣军，陈成国，刘长海，等.自动气象站观测场防雷常见问题与防护措施[J].海洋气象学报，2010，30（1）：54-57.
[2] 邹玮玉，胡燕辉.自动气象观测站防雷技术探讨[J].安防科技，2010（9）：39-41.
[3] 廖必军.山区自动气象观测站防雷设计[J].气象科技，2007，35（s1）：75-78.
[4] 施亮.浅析气象观测场防雷中的问题和解决方法[J].科技创新导报，2014（32）：72.
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.
（责任编辑：刘昀）
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