气象观测场雷击事故分析与整改措施

　　0　引言

　　气象观测是气象工作和大气科学发展的基础。良好的观测环境是获得准确可靠的气象资料的前提和保证[1]。随着气象科技水平的不断提升,气象观测手段和设备日趋先进,观测设备对电磁环境的要求越来越高,雷电对气象观测环境的影响也越来越明显。因此,观测场雷电防护的好坏直接影响到观测数据的准确性和代表性。气象台(站)的防雷应采用接闪、分流、屏蔽、等电位连接、共用接地系统、合理布线、电涌保护、隔离等措施进行综合防护。安装有气象自动设备的观测场对电磁场环境的要求应该是:稳定的供电系统、规范的接地系统、合理的布线、良好的屏蔽和最小的雷电感应。

　　1　雷击事故概况

　　兴宁市气象台提供的资料表明, 2008-05-23T15: 00—16: 00和2008-05-26T17: 00—18:00,兴宁市气象局观测场附近均有强雷暴天气过程。强雷暴天气过程直接引起的后果是:2008-05-23T15:00—16:00兴宁市气象局观测场设备风感应器故障,设备维护人员迅速更换了风感应器,然而,2008-05-26T17:00—18:00,又出现了风感应器故障。通过故障排查发现,两次感应器故障均由于雷击而引起的。

　　2　雷击事故分析

　　如图1所示,风向感应器安装在风塔上,而风塔处于观测场最高的位置,风塔除了承载风向风速设备外,另外一个重要的作用是充当观测场直击雷接闪器,也就是相当于一条避雷针。在《建筑物防雷设计规范》(GB/T 50057-2000)里,第3.2.1条5款强调独立避雷针的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离应符合(1)式和(2)式,但不得小于3 m[2]。

式中:Sal为地上的空间距离(m);Sel为地中距离(m);Ri为冲击接地电阻(Ω);hx为被保护物或计算点的高度(m)。虽然这个条款是针对第一类防雷建筑物而言,仍具有普遍性,说明独立避雷针接闪时危害大,应尽可能远离。以安装在观测场的避雷针为例,接闪后的避雷针系统并没有其它明显的目标物承载了雷电流,避雷针的引下线几乎接受了全部的雷电流。兴宁市气象局观测场内避雷针的高度是12 m,接地电阻为2Ω,风感应器的高度10 m,与避雷针的水平距离是0.45 m,显然不符合Sal≥0.1(Ri+hx)=1.2 m的要求。尽管风塔与避雷针是接同一接地系统,但雷电瞬间还是存在电位差:比如,10/350波形的雷电流到达避雷针尖,10μs时间里达到幅值,风感应器要与避雷针达到等电位,存在雷电流通过避雷针和横臂的时间差,等电位过程中的细微时间差足以使风感应器损坏。由此可见,导致2次风感应器遭雷击的直接原因就是承载风感应器的铁塔与避雷针组合安装,且距离太近。