双流县观测场雷电活动特征及防护措施

摘要：利用四川省闪电定位系统2010~2011年的闪电监测数据，对双流县观测场5公里半径的雷电活动特征进行研究。结果表明：该区域雷电活动比较频繁，年平均雷暴日为35.0d，年平均落雷密度5.776次/km2.a，负闪占总闪的98.01%，雷电流强度小于20KA的占93.59%，5、7、8月为地闪高发月，5、19时未地闪活动最为强烈。根据雷电动特征，针对性的提出了雷电防护措施。

关键词：观测场 雷电活动规律防护措施

中图分类号：S761文献标识码： A

1引言

由于雷电灾害具有很强的随机性和瞬时性，很难反映某一地区的雷电基本情况，雷害的普遍存在和地理位置、气候背景、环境条件和被保护物的使用性质等存在着相关性[1]，所以利用综合的雷电监测数据资料，对雷电活动规律进行预测分析，才能为雷电防护措施的设计施工提供有针对性的意见，这方面的研究也有较为成功的应用效果，罗思泽[2]等对广西某花岗岩矿场的雷电环境因素及广西雷电活动天气规律进行分析，分别对监控系统、办公区、爆炸危险区进行防直击雷和防雷电电磁脉冲等雷电灾害的综合防护设计；江国振等[3]利用江西省2005~2010的雷电数据进行分析，给出了彭泽水产养殖接地的雷电风险评估和雷电防护措施。四川省闪电监测网系统自2004年底开始建设，监测网由20个子站和1个中心站构成，监测网络覆盖整个四川地区[2]。该网实现了对闪电时间、位置(经度、纬度)、雷电流峰值和极性的自动监测。本文采用的闪电定位资料取自四川省闪电监测网2010~2011年的雷电数据，以双流县观测场的地理参数为基准点，以5km为半径(如图1)，提取3年（2010.1～2011.12）地闪资料进行统计分析。

2雷电活动规律

2.1闪电总体特征分析

资料表明,2010年1月~2011年12月统计了共70个闪电日(指至少纪录到1次闪电的天数)，1358次地闪。其中负闪1331次，占闪电总数的98.01%；正闪27次，占闪电总数的1.99%（见表1）。主要原因是大多数积雨云上部带正电荷，云体下部带负电荷，因此，云层与地面之间的放电绝大多数为负闪电，尤其雨过程负闪占绝对优势[3-4]。正闪的平均强度为26.63KA，负闪的平均强度为10.61KA，正闪的平均强度高于负闪，其原因可能与正地闪产生的物理机制有关，因为正地闪是云中正电荷对地面的放电，而对流云体中的主正电荷区通常在主负电荷区之上，即主正电荷区高度比较高，要产生放电需要的电场强度要大，因此，放电时电流强度也较大[5]。小于20KA的雷电流占93.59%，20~50KA的雷电流占4.64%，50-100KA的雷电流占1.62%，大于100KA的雷电流占0.01%（见表2）。

表1 2009-2010年成都地区闪电总体特征

闪电 次数/次 百分率/% 平均强度/KA

负闪

正闪 1331

27 98.01%

1.99% 10.61

26.63

表2 2009-2010年成都地区闪电强度分布

强度 ＜20KA 20~50KA 50~100KA ＞100KA

次数/次

百分比/% 1271

93.59% 63

4.64% 22

1.62% 2

0.01%

2.1地闪密度分布

地闪密度（每平方公里年平均落雷次数）是表征雷云对地放电的频繁程度的量，是计算建筑物年预计雷击次数时重要的参数，用Ng表示，单位为：次/km2.a。根据图1可得到地闪密度约为：Ng=5.776次/km2.a。

图1 地闪密度等级范围图图2 建筑所在地雷电活动玫瑰图

2.2雷电主次导方向

图2可知本项目雷电的主导方向为西北，次主导方向为西，在建设该项目时，须考虑防止以上两个方向来的雷击，加强防护。

2.3地闪月变化特征

从图3中可得出地闪月均活动规律：该地域地闪主要活动期为4、5、6、7、8、9月，其中7、8、9月为地闪高发期，79.75%以上的地闪都发生在这三个月份，1、2、11、12月基本没有地闪发生。

图3地闪月变化规律图4地闪时变化规律

2.4地闪时变化特征

从图3得出地闪时均活动规律：该地域地闪主要活跃在2、3、4、5、7、14、19、23时，2、3、4、5、19时为地闪高发时段，47.37%以上的地闪都发生在这些时段，其中5、19时雷电活动最为强烈。

3防雷装置改进措施

3.1安装电源避雷器

由于雷电的强度主要集中在小于20KA，所以在机房配电柜和设备前段加装电源避雷器，其中第一级安装在总配电柜上，每条相线和中性线上选用冲击电流limp不小于20 KA ，电压保护水平不大于2.5KV的SPD；第二级安装在分配电盘上，每条相线和中性线上选用标称放电电流ln不小于15KA ，电压保护水平不大于,1.5KV的SPD；第三级安装在设备前端，每条相线和中性线上选用标称放电电流ln不小于5KA，电压保护水平不大干0.9KV的SPD。使用直流电源供电的新型自动气象站设备，应在直流电源线路上安装与设备额定电压等级相同的直流电源SPD。

3.2加强北方向的雷电防护

由于雷电的主导方向为北，次主导方向为东南，在整改时，须考虑防止以上两个方向来的雷击，加强雷电防护，在雷电多发季节要加强防雷装置的维护。

3.3建立统一的接地网系统

为了充分发挥金属屏蔽管的屏蔽效能，需要建设一个良好的接地系统，使雷电流在地中均匀耗散，不会形成过大的电位梯度，防止造成接地系统和信号线缆之间的反击，同时也可以降低对信号线的电磁耦合干扰程度，根据《自动气象站场室防雷技术规范》（QX30-2004）[6]要求。应在观测场内敷设M型的地网，水平接地体可选用40*4mm的镀锌扁钢，垂直接地体可选用50*50*5mm的镀锌角钢，接地体的埋设深度需大于0.5m，连接部位保证焊接良好并有防腐措施。值班室接地应与观测场地网相互连接以形成统一的共用接地系统。

4结论

就雷暴日作为地区防雷设计等级的主要依据而言，有较多的局限性。应全面分析气候，环境，当地雷电活动规律以及自身特点来设计雷电防护措施。

参考文献

[1]梁文光.浅析防雷环境评价、雷击风险评估对防雷减灾工作的积极作用[J].中国高新技术企业2008（10）：141.

[2]靳小兵，卜俊伟，陆茂等.四川省雷电探测网探测效率评估和改进方法研究[J].高原山地气象研究.Vol.31 No.4 Der.2011.

[3]江国振，马中元，辜晓青.彭泽水产养殖基地雷电活动特征与风险评估[J].气象水文海洋仪器.No.3 Sep.2012.

[3]冯桂力，王俊，牟容等.一次中尺度系统异常前后资料的对比分析及其t检测[J].气象，2010,36（4）：68-74.

[4]陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社，2003:95-96.

[5]宫翠凤，姜中民，周丹等.威海市雷暴特征分析[J].气象与环境科学，2010,33（3）：48-51.

[6]重庆市气象局，中国气象局监测网络司，黑龙江省气象局，等．Q X 30 -2004自动气象站场室防雷技术规范[S].北京：中国标准出版社，2005.