常保強 扈英磊 姬社英 嚴(yán)玉彬

摘要針對氣象辦公系統(tǒng)設(shè)備普遍存在著絕緣度低、工作電壓低、抵御雷電危害能力弱等特點,簡單地介紹了氣象信息辦公網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的防雷設(shè)計。

關(guān)鍵詞自動氣象站;傳感器;數(shù)據(jù)通信電纜;采集器;主機;防雷設(shè)計

中圖分類號 TP393;TU895 文獻標(biāo)識碼B文章編號 1007-5739(2009)09-0292-01

近年來,自動氣象站遭雷擊的概率呈上升趨勢,雷擊不僅造成設(shè)備的損壞,影響氣象預(yù)報及研究工作,還導(dǎo)致氣象信息數(shù)據(jù)的缺失,甚至造成無法挽回的損失。遭受雷擊的原因雖然是多方面的,但是可以通過相關(guān)措施預(yù)防和減少此類損害。自動氣象站系統(tǒng)由兩大部分組成,即室外部分和室內(nèi)部分。室外部分主要是各種傳感器和數(shù)據(jù)電纜,室內(nèi)部分由采集器和主機組成?，F(xiàn)就氣象站系統(tǒng)設(shè)備的防雷設(shè)計要求作一簡單地分析。

1氣象站室外部分防雷設(shè)計

氣象站室外設(shè)備主要是各種傳感器與數(shù)據(jù)通信電纜,直接暴露在室外,容易遭受雷電的危害。傳感器一般體積較小,但結(jié)構(gòu)精密,在安裝過程中既要注意把傳感器安裝在合適的位置上,以便能正確地檢測數(shù)據(jù),又要注意對傳感器的防雷保護。選型的時候在滿足工作要求的基礎(chǔ)上應(yīng)該盡量采用防雷式傳感器,以提高其自身防雷能力。在傳感器周邊安裝防雷設(shè)備,對于有接地要求的傳感器,要提供良好的接地系統(tǒng),接地電阻要小。

傳感器檢測到的信息數(shù)據(jù)通過通信電纜傳輸回主機,而通信電纜遭受雷擊的可能性大,因此要做好通信電纜的防雷。一是在電纜上安裝SPD(電涌保護器),阻斷過電壓及雷電波的入侵。二是對電纜進行屏蔽,屏蔽能對雷擊電磁脈沖進行有效地衰減,是信息系統(tǒng)防護不可或缺的第1級保護,只安裝信號SPD而不采取線路屏蔽措施是不完備的信息系統(tǒng)防雷。對于室外的線路屏蔽最好的方式是穿鐵管埋地進入室內(nèi),不能埋地進入的,應(yīng)至少在線路的首、末兩端接地,或者采用屏蔽線纜。如因2點或多點接地對系統(tǒng)產(chǎn)生低頻干擾,可將電纜穿入金屬管,將外屏蔽層的金屬管的兩端或多端接地,金屬管內(nèi)的電纜可采用單點接地,這樣既可保證有效的防雷,又有利于抑制低頻干擾。另外,信號線路應(yīng)盡量采用雙絞線,因為雙絞線具有較強的抗磁場干擾能力。線路采取了有效的屏蔽措施以后,還應(yīng)當(dāng)在信息系統(tǒng)設(shè)備前加裝SPD。由于信號線路轉(zhuǎn)移阻抗的存在,當(dāng)雷電流流過屏蔽層時,使得芯線與外皮間產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。上述的信號線路采取屏蔽措施后仍會擊壞設(shè)備,就是因為加裝的SPD不合適。對于一些要求過高、安全等級高的氣象系統(tǒng),應(yīng)該優(yōu)先采用光纖通信方式,因為光纖的物理屬性能有效防止雷擊,使系統(tǒng)更安全穩(wěn)定地運行。

2氣象站室內(nèi)部分防雷設(shè)計

氣象站室內(nèi)部分由采集器和主機組成,它們都是由大規(guī)模集成電路構(gòu)成,對雷電電磁波特別敏感,抗過壓能力低。氣象站室內(nèi)部分的防雷應(yīng)該從外做起,即首先應(yīng)該做好采集器及主機所在建筑物的防雷。建筑物的防雷主要是應(yīng)用防雷器件,如避雷針等。防雷器件首先起到對雷電流的吸收和泄放作用,同時也是一種等電位連接器。所有防雷器件的防護原理均是在雷擊發(fā)生的瞬間,迅速啟動響應(yīng),保證設(shè)備、大地、建筑物及其附屬設(shè)備搭接構(gòu)成一等電位體,從而避免過電壓的損壞,實現(xiàn)均壓等電位的關(guān)鍵就是整個建筑所在的地線系統(tǒng)。理想的建筑物避雷系統(tǒng)的接地裝置,包括接閃器及引下線的理想狀態(tài)最好是無任何電阻,一旦雷擊發(fā)生,應(yīng)使接地裝置上任何一點對大地的電勢差為零,因此接地的阻值應(yīng)盡可能的小。IEC1024標(biāo)準(zhǔn)機房交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等4種接地宜共用一組接地裝置。但是由于某些電子設(shè)備的工作狀態(tài)不同、接地系統(tǒng)共地很難實現(xiàn)時,可以采用等電位理論達到瞬間等電位方式、常態(tài)獨立接地方式。在做好氣象站建筑物防雷的基礎(chǔ)上,應(yīng)該考慮內(nèi)部電子設(shè)備的防雷問題。采集器與外部電纜相連,必須在接口處添加SPD防雷裝置。采集器、主機等工作時必須要使用電源,室內(nèi)電源系統(tǒng)是室內(nèi)防雷的重點。對于電源線系統(tǒng),雷電產(chǎn)生的強大過電壓、過電流無法一次性在瞬間完成泄流或者降壓,所以電源系統(tǒng)必須采取多級防雷措施。對于此點,我國現(xiàn)行的通信系統(tǒng)防雷技術(shù)要求有著明確的規(guī)定,即電源系統(tǒng)應(yīng)該采取多級SPD雷電防護:一是總低壓配電室的總配電柜電源輸出端配置三相箱式電源避雷器1臺,作為第1級防雷保護。標(biāo)稱放電電流選用50～100KA,預(yù)防直擊雷。二是氣象設(shè)備所在建筑樓層總配電箱電源引入端配置箱式電源避雷器,作為第2級防雷保護。配置三相箱式避雷器,標(biāo)稱放電電流選用40KA,預(yù)防感應(yīng)雷擊或操作過電壓。三是氣象設(shè)備機房配電箱電源引入端配置電源避雷器,作為第3級防雷保護。配置單相箱式避雷器,標(biāo)稱放電電流選用20KA,預(yù)防感應(yīng)雷擊或操作過電壓。四是重要網(wǎng)絡(luò)機柜或設(shè)備端采用模塊式電源避雷器,作為第4級防雷保護。標(biāo)稱放電電流選用5KA,預(yù)防感應(yīng)雷擊或操作過電壓。

3參考文獻

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[2] 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.