浅谈气象观测站的防雷设计

浅谈气象观测站的防雷设计

吴泽覃春霞韦亮忠

来宾市气象局广西来宾546100

摘要：气象观测站是获得气象探测数据的重要场所,多位于市效空旷的地方或小山坡上。由于气象探测仪器自动化程度高，精密脆弱，耐压水平低，极易受雷击损坏而影响气象业务的正常运行。本文根据气象观测站的结构特点以及气象行业标准，对气象观测站雷电防护提出具体的解决方案。

关键词：气象站；防雷；设计

随着气象现代化不断提高，气象信息为我们的生活和防灾减灾提供了极大的便利和帮助。但是，气象观测站的仪器设备都具有敏感的集成电路元器件，很容易受到雷电侵害和干扰。为了确保气象观测站的安全和可靠运行，本文就如何做好气象观测站的防雷工作提出技术设计方案。

1气象观测站构成

气象观测站一般由长宽都为25米的观测场和值班室组成。观测场通过地下电缆沟实现与值班室的电源及信号的连通。观测场内有高低不等的众多探测仪器，值班室是整个观测站的探测数据的处理中枢，通过电线或光纤与外界联系。

2气象观测站防雷设计依据

（1）《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）；

（2）《地面气象观测场（室）防雷技术规范》（GB/T31162-2014）；

（3）《自动气象站场室防雷技术规范》（QX30-2004）；

3气象观测场防雷设计

根据气象观测站的重要性和有关技术标准，应按照二类防雷建筑物进行设计安装。

3.1观测场接闪器设计

观测场防直击雷设计原则主要考虑保护场内所有仪器设备免受雷击。观测场内的仪器呈分散分布，高低不一，最高的设备为风塔。主要考虑采用双针等高避雷针进行设防。

(1)根据国家气象行业的规范标准,为避免或减少对气象探测数据的影响，独立避雷针应设置于观测场东西两侧，与观测场围栏之间的距离大于4米，原则上两根独立接闪杆与风塔应在同一纬度上。

(2)根据《GB50057-2010》滚球法,推算出两根独立接闪杆的高度和位置，确保场内所有气象仪器设施均在其保护范围内。

(3)独立接闪杆采用金属钢管或铁塔，均要热镀锌处理。

3.2观测场地网设计

图1观测场及独立接闪杆地网布局示意图

（1）根据《自动气象站场室防雷技术规范》〈QX30－2004〉规定，观测场内地网接地电阻应≦4Ω;《建筑物防雷设计规范》（GB50057－2010）规定，观测场外的独立接闪杆接地电阻应≦10Ω。为避免两个地网之间的相互干扰，独立接闪杆地网、观测场地网应独立设置，地网之间的距离应大于4m。观测场地网为闭合网格状，独立接闪杆地网铺设走向应远离观测场,并尽量向远离观测场的方向延伸,如图1所示。

（2）观测场地网由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体采用–50×5mm的热镀锌扁钢，垂直接地体采用∠50×50×5mm热镀锌角钢，长度为2～2.5m。为防止跨步电压，接地体埋设深度为1m。

（3）由于观测站多位于山坡上，表土层浅，一般土壤电阻率ρ＞1000Ω?m，采用常规地网施工时，接地电阻值将无法满足建设要求时，可以考虑加装降阻装置或机械开钻深井（约50m深）填充电离子铜棒（Φ50*1500mm）相结合施工。

3.3观测场等电位连接

（1）观测场内所有仪器设备基础预埋件均应与观测场地网进行电气连接。每个设备的基础预埋件设置独立接地引下线和接地铜排，如图2所示。设备至接地铜排的连接线采用不小于6mm2多股铜芯线。

图2观测场预留铜排示意图

（2）若观测场围栏为金属围栏，则需要通过接地引下线将金属围栏与观测场地网做等电位连接，每间隔18m进行电气连接1次。

3.4电源系统防雷设计

气象观测站供电系统防雷采用三级分置防护。

(1)第一级设置在值班楼总配电柜处，安装I级试验电源SPD（10/350波形）。当电源进线为架空时，SPD参数Iimp≥15kA,Up≤2.5kV；当电源进线为埋地时，SPD参数Iimp≥12.5kA,Up≤2.5kV。

(2)第二级设置在值班室电源配电箱处，可安装II级试验电源SPD，In(8/20us)≥60kA,Up≤2.0kV。

(3)第三级设置在UPS的输出端和气象探测仪器的前端，采用II级试验电源SPD，In(8/20us)≥20kA,Up≤1.5kV。

(4)两级电源SPD的距离要求：限流型与限压型的SPD距离应≥10m，限压型与限压型SPD的距离应≥5m。距离不足的需要在两级SPD之间增加退耦线圈。

(5)各电源SPD接地线、相线的连接线宜短、直，长度应≤0.5m，均为多股铜芯线。第一级电源SPD接地线应使用≥16mm2多股铜芯线，第二、第三级电源SPD接地线应使用≥6mm2多股铜芯线。

3.4信号系统防雷设计

（1）观测场内所有线缆必须敷设在金属线槽内。信号线与电源线应分开穿金属管或金属槽敷设，金属管或金属槽应全程电气连通，两端可靠接地。

（2）使用光纤做为数据传输线路时，将光纤两端的加强筋和铠装层进行可靠接地。金属通讯线需要有屏蔽防护措施，屏蔽层在两端进行可靠接地。

（3）金属通讯线在仪器前端和值班室机房端安装信号SPD，应采用D1类高能量试验类型的SPD（Iimp≥1.5kA或In≥10kA），并满足工作频率、功率、工作电压、传输速率、带宽、插入损耗、驻波比、接口形式、特性阻抗等要求。信号SPD的接地线应使用≥1.5mm2多股铜芯线。

4值班室防雷措施

(1)值班室防直击雷应符合第二类防雷建筑物要求,本文不做详细介绍。

(2)设置值班室接地汇流排

从值班楼地网引出的两条接地干线（φ12mm圆钢或–40×4扁钢或50mm2多股铜芯线）从两个不同方向引入机房。在值班室内墙周围设置一圈固定在墙上的等电位连接铜排，铜排规格为–30×3mm，高度离地面150mm。值班室内所有的插座均要求有PE线，所用设备金属外壳通过6mm2多股铜芯线与汇流铜排连接,较大件的设备（如机柜、操作台、金属门窗等）应采用两条接地线对称两端分别与等电位连接铜排连接。

5结语

气象观测站防雷设计，需要考虑到防直击雷和防感应雷的侵害，要充分利用接闪，泄流，接地，均压，屏蔽等措施进行综合设防。同时又要兼顾到气象行业的特殊性，使我们的设计方案达到科学，经济，合理，有效的基本原则。

参考文献

[1]中国机械工业联.建筑物防雷设计规范GB50057-2010[M].北京:中国计划出版社,2011:8.

[2]中华人民共和国气象行业标准.气象台(站)防雷设计规范2000[M].北京:中国标准出版社,2000:8.

作者简介

吴泽（1979-）男，壮族，广西来宾市人，本科，工程师，从事防雷检测管理工作。