羅周霞

摘要：本文主要對雷電對自動氣象站的破壞方式及防治對策進行分析與探討，以供同仁參考。

關鍵字：自動氣象站；雷電破壞； 防雷對策

一、前言

自動氣象站，是一套自動化程度高、數(shù)據(jù)采集精度高的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)從各種數(shù)據(jù)的采集到合成運算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳速，大量運用了微電子技術。由于設備電路的精密集成度高，且工作于室外，甚至工作于惡劣的環(huán)境條件下。而近年來氣候環(huán)境惡化、天氣變化反復無常、雷電災害也呈逐年上升趨勢。從而造成我國自動氣象站每年因雷擊、雷電電磁脈沖入侵、操作過電壓等因素的影響造成故障頻發(fā)，嚴重影響了各種氣象要素的正常采集。由于感應雷電及雷電電磁脈沖的入侵易損壞相應的電子設施，加之設備自身電纜饋線的裸露，感應雷擊的危害明顯增加，僅靠避雷針已遠不能滿足自動氣象站的防雷實際需求。因此，需做好系統(tǒng)接地工作和對臺站設備實施綜合防雷工程。本文主要對雷電對自動氣象站的破壞方式及防治對策進行分析與探討，以供同仁參考。

二、雷電對自動氣象站的破壞方式

自動氣象站有室內和室外兩部分組成，室外為感應部件，室內為資料處理和顯示部分，室內室外加上數(shù)據(jù)傳輸設備構成一個完整的自動氣象觀測站系統(tǒng)。雷擊造成自動氣象站損壞的主要方式有三種：一是直擊雷直接擊中室外的傳感器、數(shù)據(jù)采集器等。其中風桿是最容易直接遭受雷擊損壞的；二是雷電擊中與自動氣象站相連的電源線、信號線上，雷電波通過傳導藕合的方式引入；或雷擊放電發(fā)生在自動氣象站附近，其周圍產生強大的變化電磁場，使處在這個變化電磁場中的自動站的電源線、信號線等導體上感應出強大的電動勢，并沿著導體傳到設備，造成設備因雷電波人侵和雷電感應而損壞；三是自動氣象站防雷地網(wǎng)不符合要求，接地電阻過大，造成雷電流無法迅速地泄人大地。發(fā)生雷擊時，電荷在地極周圍堆積，電位向上浮動，形成很高的電壓，這個高電壓會沿著設備的接地線加到設備上，對設備進行反擊，造成設備的損壞。

三、自動氣象站的防雷對策

（1）值班室和觀測場的直擊雷防護。常規(guī)的建筑物防直擊雷一般是在建筑物中安裝避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶或者將它們混合組成接閃器，把建筑物頂部的板筋和內部的柱子內的主鋼筋作為引下線，建筑物底部的基礎鋼筋作為接地體，實現(xiàn)將雷電流安全的排放到大地中。還有就是避雷針的針體高度要保證觀測場的風速風向傳感器位于其保護范圍內，同時針體可以耐受150kA的雷電流沖擊。在觀測場中，風向和風速傳感器是安裝在11.0米高的風桿上的，對雷擊十分敏感，因此需要在它們頂端設置避雷針，避雷針以及避雷針的引下線均不能直接與風桿相連，必須用絕緣桿與風桿固定，避雷針的引下線入地點附近要設置垂直接地體，接地體也要與觀測場地網(wǎng)進行可靠的電氣連接。一般自動氣象站的避雷針是利用直徑≥16毫米、長度≥1500毫米的圓鋼制成的，水平絕緣距離≥500米。防雷接地裝置接地電阻小于4Ω。該避雷針可保護自動氣象站內的所有儀器設備，免受直擊雷的侵害。

（2）計算機機房內部防雷系統(tǒng)。自動氣象站的大部分室內設備都是安裝在計算機機房內部，傳感器和采集器獲得的數(shù)據(jù)都要在這里進行處理和存儲，計算機機房可以算的上是一個自動氣象站的心臟。計算機機房的設備包括氣象站的服務器、路由器、交換機、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、UPS等等。在計算機機房中要進行等電位連接，等電位連接配設在計算機機房的配電箱中，一般采用S型星型結構。

（3）自動站電源防雷。自動氣象站設備用220V±10%、50Hz交流電，從配電盤接專線供電，不能與其他用電混用，對自動站電源線防雷可采用三級防雷保護措施。在配電房市電進線總開關處安裝一個380V、通流量為60kA（8/20μs）電涌保護器SPD1作為感應雷防護的第一級，在值班室總配電開關處安裝一個380V，通流量為40kA（8/20μs）的電涌保護器SPD2作為感應雷防護的第二級。配電房進入值班室的電源線應穿金屬管并沿電纜溝埋地敷設，金屬管首端與配電房保護地接地屏蔽，尾端入室處與值班室工作地接地屏蔽。在自動站UPS前端安裝一個220V，通流量為20kA（8/20μs）的電涌保護器SPD3作為感應雷防護的末級。自動站UPS輸出分兩路，一路給微機及打印機供電，另一路給自動站供電器供電，供電器輸出也分兩路，一路給室內采集器供12V直流專用，一路給室外風傳感器供220V±5%交流電，這路交流供電線路也要具備感應雷防護措施。就是對風傳感器電源線穿金屬管屏蔽，金屬管沿自動站線纜地溝敷設，其首尾兩端應分別接地屏蔽。

（4）自動站通信線路防雷。為了將氣象報表及時上傳，自動站微機的通信MODEN接口一般配置專用通信線，此通信線應穿金屬線槽并沿自動站線纜地溝埋地引入值班室，金屬線槽首尾兩端接地屏蔽。同時在通信線接入MODEN接口的前端安裝一個信號電涌保護器，以防感應雷從通信線路侵入，損壞設備。對它們的防護可選擇標稱放電電流為5kA（80/20？s、漏電流≤20？A、插入損耗≤0.3dB的信號SPD；SPD的接地線要盡量短，一般

（5）自動站遙測信號線防雷。自動氣象站的溫度、濕度、雨量、地溫、風向、風速傳感器采集的氣象要素變化信號經各個信號傳輸線匯集于室外專用信號箱（信號箱一般安裝在觀測場內）的信號1和信號2兩條專用傳輸線，這六種氣象信號經此兩條專線接入采集器的接口電路，由于采集器接口電路內置防感應雷擊功能，避免系統(tǒng)由于長的信號線纜所帶來的雷電干擾和損壞。所以遙測信號線纜的入室處不用加裝信號電涌保護器。但信號箱應與觀測場的地網(wǎng)牢固連接，使信號箱接地良好，且信號箱輸出線（即信號1和信號2傳輸線）要用金屬線槽屏蔽?？蛇x用100×50金屬線槽，金屬線槽沿自動站線纜地溝敷設，一般線纜地溝尺寸為500×400，金屬線槽首端與觀測場地網(wǎng)連接，尾端在進入值班室處與工作地網(wǎng)連接，兩端接地要牢固可靠。這樣的屏蔽措施可有效削減沿遙測信號線侵入的雷電波的幅值，使其幅值限壓在采集器接口電路所允許的范圍內，避免損壞設備。

（6）觀測場地網(wǎng)的防雷接地。觀測場的地網(wǎng)主要功能就是把雷電流傳輸?shù)酱蟮?。一般情況下，地網(wǎng)是沿著圍欄周圍設計為閉合的環(huán)形，接地極安裝在圍欄外以保證數(shù)據(jù)纜線與接地線之間的安全距離。觀測場內所有的設備必須要與地網(wǎng)實現(xiàn)牢固的連接。還有就是觀測場的地網(wǎng)沿著自動氣象站線纜地溝輻射會延伸至值班室，與值班室的采集器、計算機等設備的保護及設備的工作接地合設一個共極，輻射延伸接地體鋪設在線纜地溝的底部，埋設深度離地面至少一米，埋設完畢后要回土并且夯實被挖出的土壤。

四、結束語

總之，自動氣象站的防雷建設是綜合各個領域防雷的一項專門技術，它不僅要考慮防直擊雷，同時更要考慮防感應雷和雷電波入侵，它牽涉面廣、技術性強，要求防雷技術人員必須熟練掌握各種防雷規(guī)范和標準，應用各種先進的防雷技術，從而確保自動氣象站的防雷安全，保障其在雷雨季節(jié)正常的運行。

參考文獻

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