郭彬

摘 要 緊緊圍繞自動氣象站的雷電防御，首先對自動站進(jìn)行簡要介紹，并從室內(nèi)與室外設(shè)備兩個角度分析自動氣象站存在的雷擊隱患，結(jié)合實(shí)際狀況針對自動站雷電防御工作中存在的問題進(jìn)行探討，提出做好自動氣象站雷電防御工作的幾點(diǎn)對策，以確保自動站的安全、正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 自動氣象站；雷電隱患；雷電防御

中圖分類號：P425.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）30--02

在雷雨多發(fā)的季節(jié)，做好自動氣象站的雷電防御工作成為重中之重。目前，自動站的主要雷電災(zāi)害包括有直擊雷與雷擊電磁脈沖等，盡管在多數(shù)氣象站都設(shè)置有避雷帶（針）等直擊雷的防御措施，能夠?qū)ㄖ锛白詣诱緝?nèi)部工作人員的人身安全起到有效的保護(hù)作用，但是對于溫濕度傳感器、地溫傳感器等而言，現(xiàn)有的防雷措施根本不能對雷擊電磁脈沖起到有效的阻止[1]。一旦遭受雷電襲擊，傳感器、計(jì)算機(jī)等都可能會遭到損壞，使正常運(yùn)行的業(yè)務(wù)中斷。然而數(shù)據(jù)的采集、處理與上傳等一系列操作都必須確保自動站的安全、連續(xù)運(yùn)行。但是，雷電災(zāi)害的發(fā)生嚴(yán)重威脅了其安全、正常運(yùn)行，因此做好自動氣象站雷電防御工作極為迫切[2]。

1 自動氣象站介紹及存在的雷擊隱患

1.1 自動氣象站介紹

自動氣象站包含有使用計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)自動采集、數(shù)據(jù)儲存、傳輸與通信等多種技術(shù)，是一種具有較強(qiáng)綜合性的電子電氣設(shè)備系統(tǒng)。通常情況下，完整的自動站包含有計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器與溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、地溫和雨量等氣象要素傳感器等主要部分。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集器多安裝在室內(nèi)，而傳感器多在室外相對空曠的位置處安裝。

1.2 室內(nèi)設(shè)備的雷擊隱患

自動站的室內(nèi)設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器與氣壓感應(yīng)器等幾部分組成。與室外設(shè)備相比，以上室內(nèi)設(shè)備更容易受到電磁脈沖的影響而遭到損壞。雷電電磁脈沖往往通過采集器的傳感線路對室內(nèi)設(shè)備造成一定程度的損壞，有時也會通過電源線路對電子設(shè)備造成損壞，嚴(yán)重情況下還會導(dǎo)致整個系統(tǒng)陷入癱瘓。若接地系統(tǒng)不能夠規(guī)范的接地也會使電子設(shè)備之間存在電位差，進(jìn)而對其造成損壞。

1.3 室外設(shè)備的雷擊隱患

室外設(shè)備主要包括有溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、地溫等各種各樣的氣象要素傳感器，由于傳感器多分布于特殊的環(huán)境條件下，再加上其本身對于電磁干擾的敏感性，導(dǎo)致傳感器遭受雷擊的可能性大大增加。室外設(shè)備存在的安全隱患主要包括以下幾點(diǎn)。①受到氣象觀測條件的制約，室外設(shè)備都在觀測場內(nèi)安裝，但觀測場都處于開闊區(qū)域，周圍不能有高大的建筑物。另外，由于氣象要素傳感器感知?dú)庀笠氐男枰筋^都是由金屬制成，且具有極高的敏感性，導(dǎo)致傳感器遭受雷擊的概率大大增加。②在各種氣象要素傳感器中，風(fēng)向風(fēng)速傳感器遭受雷擊概率最高，自動站通過將避雷針安裝在風(fēng)桿上，或者將風(fēng)向風(fēng)速傳感器安裝在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)等措施對其進(jìn)行保護(hù)，一旦雷電襲擊感應(yīng)器上的風(fēng)桿，雷電產(chǎn)生的雷電波將會沿著風(fēng)桿快速傳往室內(nèi)采集器的傳輸電纜線，進(jìn)而對室內(nèi)設(shè)備造成一定的損壞。③雷電在襲擊觀測場避雷針的瞬間會有局部高電位與較強(qiáng)的電磁場產(chǎn)生，經(jīng)過在室外安裝的感應(yīng)器的信號電纜電磁場會耦合到設(shè)備，進(jìn)而損壞設(shè)備；局部的高電位導(dǎo)致感應(yīng)器的金屬探頭由于受到電位反擊而被損壞。

由雷電產(chǎn)生的電磁干擾主要通過輻射耦合與傳導(dǎo)耦合2種方式傳輸?shù)阶詣诱荆瑢?dǎo)致其遭受損壞，進(jìn)而無法正常運(yùn)行。通常雷電除了通過阻性耦合影響的反擊電壓對自動站入侵之外，還能夠通過電源線、網(wǎng)絡(luò)通信線路、主控微機(jī)與采集器之間的通道等入侵自動站。通常雷電入侵自動站的方式有2種：一是通過供電線路侵入自動站，二是通過通信線路造成入侵。

2 自動氣象站雷電防御工作存在的問題

2.1 觀測場地避雷針的保護(hù)范圍不合格

在觀測場地安裝雷電防御設(shè)備時，必須要邀請專業(yè)人員對避雷針的有效保護(hù)范圍進(jìn)行計(jì)算與研究，以確保觀測設(shè)備能夠位于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。但實(shí)際上，觀測場地避雷針的保護(hù)范圍往往出現(xiàn)與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)不相符合的現(xiàn)象，部分設(shè)備并未處于避雷針的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，導(dǎo)致設(shè)備遭受雷擊的概率有所增加。

2.2 避雷網(wǎng)、避雷帶的不合理安裝

安裝避雷帶能夠有效防止自動氣象站受到直擊雷的入侵，但只有正確地對避雷帶進(jìn)行敷設(shè)才能最大程度的發(fā)揮避雷針的功效。在敷設(shè)避雷帶的過程中通常會出現(xiàn)沒有以防雷等級為依據(jù)選擇規(guī)格較為適宜的避雷網(wǎng)格，進(jìn)而導(dǎo)致防雷達(dá)不到預(yù)期的效果。

2.3 通訊系統(tǒng)沒有設(shè)置避雷裝置

避雷器能夠?qū)⒗讚舢a(chǎn)生的雷電流有效放大，并在斷路器采取動作之前快速泄調(diào)經(jīng)過的雷電流，進(jìn)而對電路及后端用電設(shè)備起到一定的保護(hù)作用。自動氣象站中的電路設(shè)備一旦遭受雷擊將會導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生概率大大增加。因此，通訊系統(tǒng)未設(shè)置有效的避雷裝置將會對自動站的安全性造成嚴(yán)重威脅。

2.4 風(fēng)桿上避雷針、引下線與風(fēng)向風(fēng)速信號線的布設(shè)不夠規(guī)范

一些自動氣象站為了追求信號線的外觀布設(shè)美觀，在風(fēng)桿金屬管內(nèi)將風(fēng)桿避雷針引下線與風(fēng)向風(fēng)速信號線并行引下，這一做法與相關(guān)的規(guī)范要求不相符合，由于風(fēng)向風(fēng)速信號線使用的電纜通常都帶有屏蔽層，導(dǎo)致避雷針在接閃之后將會屏蔽由雷擊產(chǎn)生的全部電磁脈沖，采集器不能忍受信號線上感應(yīng)出的高壓而無法正常運(yùn)行，甚至還會損壞采集器。

3 做好自動氣象站雷電防御工作的對策

3.1 單獨(dú)安裝避雷針

設(shè)計(jì)單獨(dú)避雷針能夠很大程度防止接閃雷擊對傳輸線與風(fēng)傳感器產(chǎn)生一定程度的影響。在對防雷器進(jìn)行整改之后可以單獨(dú)在其上方設(shè)置避雷針，通常高度設(shè)為16 m最為適宜。為了確保金屬管與避雷針在做好等電位連接之后能夠在觀測場地共同存在，往往使用滾球法對避雷針的有效保護(hù)范圍進(jìn)行計(jì)算，以保證觀測場地內(nèi)的所有設(shè)備都處于避雷針的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。

3.2 合理的設(shè)置信號線與引下線

就傳感器的信號線纜而言，需要選擇帶有接地裝置的金屬管，并且其內(nèi)外皮都必須有金屬屏蔽層的PVC套管。此外，必須安裝好接閃器，在安裝避雷針引下線、電源線與信號線時必須分管穿行，禁止并管引入，以避免引下線上產(chǎn)生的雷電流對電源線或信號線產(chǎn)生一定的反擊作用。

3.3 做好接地防護(hù)

良好的接地能夠?qū)χ睋衾着c感應(yīng)雷等進(jìn)行有效防護(hù)，通過接地能夠?qū)⒗讚舢a(chǎn)生的雷電流泄放入大地。以自動氣象站中弱電子設(shè)備具備的特性為依據(jù)，制定較高的防雷標(biāo)準(zhǔn)，通常接地電阻值要以低于4 Ω為最為適宜。以自動氣象站管線布線的實(shí)際情況為依據(jù)，使地網(wǎng)圍繞觀測場地一周，并順著管道對接地體進(jìn)行安裝，并預(yù)留出充足的接地端子。如果降低電阻不能夠降至小于4 Ω，則需要采取有效的降阻措施，之后再將自動氣象站內(nèi)部全部防雷裝置做共用接地連接處理，以起到良好的雷電防御作用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉春明.自動氣象站的雷電防護(hù)措施解析[J].城市建設(shè)理論研究，2013（41）.

[2]劉春蘭，徐長芹，柴德美.自動氣象站雷電防御工作的探討[J].科技與生活，2011（10）.

（責(zé)任編輯：劉昀）