陳強(qiáng) 周俊淼 劉丁維

摘 要：隨著氣象事業(yè)自動(dòng)化水平的逐漸提高，自動(dòng)氣象站也得到了廣泛的普及和應(yīng)用，在一定程度上提高了我國(guó)天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和觀測(cè)質(zhì)量。但是在對(duì)天氣感應(yīng)的過(guò)程中，可能會(huì)由于安裝位置受到雷擊，使自動(dòng)氣象站遭到破壞。因此本文從雷電對(duì)自動(dòng)氣象站的影響著手，分析了其破壞形式，以及自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)的參數(shù)，并基于自動(dòng)氣象站防雷工作的現(xiàn)狀提出了相應(yīng)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站；防雷工作；防護(hù)參數(shù)

自動(dòng)氣象站是融合了傳感器、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)通信等綜合技術(shù)的氣象觀測(cè)電子設(shè)備，通過(guò)感應(yīng)外界的氣候變化產(chǎn)生傳感器中的電量變化，隨后這種變化會(huì)以數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)在信息系統(tǒng)當(dāng)中，然后傳輸?shù)接^測(cè)部門，最后工作人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析得到當(dāng)?shù)氐臍庀蟾艣r，為各氣象要素的觀測(cè)提供技術(shù)設(shè)備支撐。

1 雷電對(duì)自動(dòng)氣象站的破壞形式

1.1 直擊雷

主要是指雷電直接擊中氣象站使設(shè)備系統(tǒng)損害，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使設(shè)備停止運(yùn)行。目前自動(dòng)氣象站都安裝了接閃桿等裝置，可以避免直擊雷的現(xiàn)象。

1.2 高壓電脈沖

這種破壞方式是來(lái)源于靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)，當(dāng)這兩種感應(yīng)同時(shí)在電線中反應(yīng)時(shí)會(huì)造成高達(dá)十幾千伏的電壓，從而破壞氣象站的感應(yīng)裝置，特別是位置較高的氣象裝置會(huì)率先受到?jīng)_擊。

1.3 電位升高

電位升高也是由于直擊雷現(xiàn)象引起的，雷電是通過(guò)接地線傳入導(dǎo)線中的，這樣和導(dǎo)線相連接的設(shè)備可能會(huì)受到間接的雷電沖擊損害。

1.4 交流電線路入侵

自動(dòng)氣象站在自動(dòng)工作時(shí)的用電是由低壓輸電產(chǎn)生的，如果此裝置被雷電擊中，產(chǎn)生的電沖就會(huì)經(jīng)導(dǎo)線進(jìn)入自動(dòng)氣象站的其他裝置中，使設(shè)備失靈，特別電源板是比較容易發(fā)生故障的裝置，更應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)維護(hù)。

2 自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)參數(shù)

自動(dòng)氣象站系統(tǒng)主要是由室外設(shè)施、室內(nèi)設(shè)施以及通訊數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成，室外設(shè)施是感應(yīng)部件，室內(nèi)設(shè)施是資料處理和顯示部門。要根據(jù)以上對(duì)雷擊方式的分析，做好自動(dòng)站防雷的等級(jí)劃分，并以此為基礎(chǔ)確定雷電防護(hù)的基本參數(shù)。

2.1 防雷等級(jí)劃分

一般情況下，根據(jù)自動(dòng)氣象站的屬性、地理位置、地質(zhì)環(huán)境、雷電活動(dòng)頻率和雷擊破壞后果將氣象站劃分為3個(gè)等級(jí)：國(guó)家基準(zhǔn)氣候站、大氣本底站，平均雷暴日大于（含）30天/年的國(guó)家基準(zhǔn)氣象站和平均雷暴日大于（含）80天/年的一般氣象站及其他場(chǎng)所為一級(jí)站；平均雷暴日小于30天/年的國(guó)家基準(zhǔn)氣象站和平均雷暴日介于80天/年和（含）40天/年之間的一般氣象站及其他場(chǎng)所為二級(jí)站；除上述情況以外的氣象站為三級(jí)站。

2.2 防雷基本參數(shù)

感應(yīng)雷一般是通過(guò)電源系統(tǒng)、天饋、通信網(wǎng)絡(luò)等途徑引入，其中電源系統(tǒng)被侵入的概率最大，因此，首先要知道感應(yīng)雷侵入自動(dòng)氣象站之后各個(gè)通道的過(guò)電壓和過(guò)電流值來(lái)進(jìn)行感應(yīng)雷的防雷設(shè)計(jì)，其參數(shù)的確定可以一句防雷裝置本身和其他資料。經(jīng)研究，一般感應(yīng)雷的雷電壓在5kV左右，雷電流可以達(dá)到百安培的量級(jí)，其引起的過(guò)電流在3kA左右，過(guò)電壓在6kV以下。因?yàn)榉览籽b置的不同，其中的核心組成器件也都不相同，因此峰值耐電壓的表現(xiàn)也會(huì)不同。我國(guó)的通信部門有相關(guān)規(guī)定，交流220V的系統(tǒng)直流48V系統(tǒng)以及電信交換用戶終點(diǎn)的元器件或部件的沖擊耐電壓值分別為1500V、330V、1000V。

3 自動(dòng)氣象站防雷工作現(xiàn)狀及對(duì)策

3.1 自動(dòng)氣象站防雷工作現(xiàn)狀

3.1.1 觀測(cè)場(chǎng)防雷裝置不合格

有的氣象站觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)向和風(fēng)速信號(hào)線只考慮了布線美觀改變了風(fēng)速測(cè)線的方向，不僅不單獨(dú)外套金屬管進(jìn)行保護(hù)，還和風(fēng)桿上接閃桿引下線在風(fēng)桿的金屬管內(nèi)并行引下，直接將風(fēng)速信號(hào)的電纜敷設(shè)在接閃桿引下線上，嚴(yán)重違反了防雷裝置規(guī)范，一旦發(fā)生這種情況，風(fēng)向電纜自身的屏蔽層無(wú)法抵擋雷電沖擊的脈沖，接閃桿會(huì)承受雷閃后會(huì)損壞，且由于風(fēng)向感應(yīng)導(dǎo)線無(wú)法承受過(guò)高的電壓使采集器受損，從而無(wú)法保障自動(dòng)氣象站的防雷安全。

3.1.2 電纜和防雷接線設(shè)置缺陷

自動(dòng)氣象站的觀測(cè)場(chǎng)為了屏蔽電磁干擾而讓觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的電子設(shè)備使用金屬外殼，傳輸線路使用屏蔽電纜并穿金屬管埋地敷設(shè)。由于工作人員可能沒(méi)有按照要求進(jìn)行敷設(shè)，或是屏蔽層面該接地的設(shè)置沒(méi)有接地，造成電纜在接地過(guò)程中屏蔽層一側(cè)和相同電位的導(dǎo)線相連接時(shí)在另一側(cè)發(fā)生電位懸浮，這樣屏蔽層沒(méi)有辦法有效防護(hù)由于磁場(chǎng)變化引起的電流變化。

3.2 防雷防護(hù)措施

3.2.1 合理安裝避雷針

根據(jù)歷史許多自動(dòng)氣象站遭雷擊的案例可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)塔作為避雷針會(huì)加重受雷擊損壞程度的同時(shí)，增加了遭受雷擊入侵的概率，因此應(yīng)當(dāng)改變這種方式確保避雷針在接閃時(shí)能夠單獨(dú)抵抗雷電流而不影響到周邊設(shè)備。在進(jìn)行直擊雷防護(hù)時(shí)，可以采取獨(dú)立避雷針來(lái)和周圍的設(shè)備隔開(kāi)距離，但是都在保護(hù)范圍以內(nèi)，位于場(chǎng)地邊緣的設(shè)備若無(wú)法處于保護(hù)范圍內(nèi)可以另設(shè)避雷針。

3.2.2 合理設(shè)置信號(hào)線

為了做好接閃器的設(shè)置，對(duì)于傳感器中的信號(hào)電纜要進(jìn)行合理的設(shè)置，使其可以及時(shí)放置在已經(jīng)接地的金屬管內(nèi)活著帶金屬管的PVC套管中。對(duì)避雷針設(shè)置上引下線和信號(hào)線，電源管要分管穿行，這樣可以有效的放置線上雷電反擊信號(hào)線，而且也不會(huì)影響到電源線和信號(hào)線。

3.2.3 科學(xué)規(guī)劃接地網(wǎng)

要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行合理科學(xué)的規(guī)劃和制作，按照工程的有關(guān)要求下，根據(jù)自動(dòng)氣象站的布局狀況和管道走向，將地網(wǎng)環(huán)繞整個(gè)觀測(cè)場(chǎng)一圈，并沿管道走向安裝接地體，使自動(dòng)氣象站內(nèi)的觀測(cè)設(shè)備、金屬管都能夠就近接地，并使信息采集箱上的靜電線也能接入接地網(wǎng)中。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在自動(dòng)氣象站中針對(duì)目前存在的諸多防雷問(wèn)題而采取相應(yīng)的防護(hù)措施，可以提升防雷的防護(hù)效果，對(duì)已經(jīng)投入使用的防護(hù)設(shè)備進(jìn)行規(guī)范整改，確保自動(dòng)氣象站可以安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2]林苗青，翁武坤，周如梅，等.自動(dòng)氣象站防雷工作中的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施[J].氣象水文海洋儀器，2011，（3）：110-113.

（作者單位：1.廣東省信宜市氣象局；2.廣東省茂名市氣象局）