自動(dòng)氣象站存在的雷電隱患及其防護(hù)措施

劉偉彪 王國(guó)美 劉慧歡

摘 要 結(jié)合廣東省惠東縣氣象局的實(shí)際情況，首先對(duì)自動(dòng)氣象站進(jìn)行了概況，然后分析了自動(dòng)氣象站的防雷隱患，最后給出了自動(dòng)氣象站的雷電防護(hù)措施，僅供相關(guān)部門(mén)參考。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)氣象站;雷電隱患;防護(hù)措施

中圖分類(lèi)號(hào)：P415.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）27--02

1 自動(dòng)氣象站概況

對(duì)于自動(dòng)氣象站來(lái)說(shuō)是技術(shù)性很強(qiáng)的綜合性電子電氣設(shè)備系統(tǒng)，它主要是集計(jì)算機(jī)計(jì)算處理數(shù)據(jù)、通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等技術(shù)為一體。通常情況下，一個(gè)完整的自動(dòng)氣象站主要包括雨量傳感器、風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、地溫傳感器和蒸發(fā)傳感器等不同氣象要素的傳感器、計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集器等組成。其中，室外的空曠處主要安裝了不同氣象要素的傳感器，而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器主要在室內(nèi)安裝[1]。為了確保高大建筑物和工作人員的安全，大部分自動(dòng)氣象站都安裝了避雷針或者是避雷帶，但是這些避雷設(shè)備并不能有效阻值雷電以電磁波的形式對(duì)各種氣象要素傳感器的入侵。各種氣象要素的傳感器一旦遭受雷擊，就可能對(duì)整個(gè)自動(dòng)氣象站的正常運(yùn)行造成影響，然而自動(dòng)氣象站的主要工作就是連續(xù)安全的運(yùn)行，所以做好自動(dòng)氣象站的防雷工作至關(guān)重要[2]。

2 自動(dòng)氣象站的防雷隱患

2.1 室外設(shè)備的防雷隱患

由于自動(dòng)氣象站不同氣象要素的傳感器安裝在室外，這些氣象要素傳感器由于特殊的環(huán)境以及自身對(duì)電磁干擾敏感性的特點(diǎn)很容易存在防雷隱患，這些防雷隱患主要包括有以下幾點(diǎn)。一是為了氣象觀測(cè)的需要，自動(dòng)氣象站的室外設(shè)備都在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行安裝，觀測(cè)場(chǎng)的周?chē)荒艽嬖谟懈叽蠼ㄖ?，同時(shí)還要十分開(kāi)闊。加上傳感器為了有效感知各種氣象因素的需要，傳感器的探頭都是由敏感性很強(qiáng)的金屬物體制成的，這在一定程度上提升了雷擊對(duì)傳感器造成的破壞。二是由于風(fēng)向和風(fēng)速傳感器安裝的特殊位置，所以在其周?chē)惭b了避雷針，即使風(fēng)向、風(fēng)速的感應(yīng)器均在避雷針保護(hù)的范圍內(nèi)。但如果雷電擊中感應(yīng)器的風(fēng)桿，雷電中的雷電波就會(huì)借助于風(fēng)桿向室內(nèi)采集器中的傳輸電纜線中進(jìn)行傳播，電纜線中會(huì)有感應(yīng)電磁脈沖產(chǎn)生從而使室內(nèi)的設(shè)備造成不同程度的破壞。三是當(dāng)出現(xiàn)雷電時(shí)，如果觀測(cè)場(chǎng)的避雷針受到雷擊后在局部會(huì)有強(qiáng)大的高電位以及電磁場(chǎng)產(chǎn)生，電磁場(chǎng)會(huì)經(jīng)過(guò)室外的各種氣象要素傳感器的信號(hào)電纜在設(shè)備上進(jìn)行耦合，從而對(duì)相關(guān)設(shè)備造成破壞，如果局部有強(qiáng)大的高電位產(chǎn)生會(huì)使各氣象要素傳感器的金屬探頭因?yàn)槭艿诫娢环磽舳茡p。

雷電電磁脈沖干擾主要是借助于輻射耦合或者是傳導(dǎo)耦合的方式將其傳送到自動(dòng)氣象站中，造成自動(dòng)氣象站受到損壞或者失效。通常情況下，一旦雷電入侵到自動(dòng)氣象站除了阻性耦合對(duì)反擊電壓造成影響外，其他耦合方式主要是順著電源線、不同氣象要素的傳感器到采集器，然后再通過(guò)采集器到主控微機(jī)之間的通道上、網(wǎng)絡(luò)的通信線路進(jìn)行入侵。雷電入侵又可以分為兩種。一是對(duì)自動(dòng)站供電線路的入侵。在電力線進(jìn)入自動(dòng)氣象站室內(nèi)之前很有可能受到直擊雷或者感應(yīng)雷，高壓線被直擊雷擊中之后會(huì)在變壓器耦合的作用下將高壓轉(zhuǎn)換成低壓進(jìn)行入侵;如果建筑物或者建筑物周?chē)婚W電擊中時(shí)，雷電中的一部分雷電流會(huì)借助于引下線泄放進(jìn)入大地，而另一部分的雷電流則借助于電路中的保護(hù)地線、零線和布線過(guò)程中的接地線通過(guò)脈沖波的形式入侵到室內(nèi)，從而對(duì)相關(guān)設(shè)備造成破壞。二是入侵通信線路。如果自動(dòng)氣象站周?chē)鷮?duì)直擊雷的防護(hù)不到位時(shí)，高層建筑物或者是地面突出的物體一旦遭受到雷擊，雷電中的過(guò)電壓會(huì)擊穿地面上的土壤或者是破壞建筑物。

2.2 室內(nèi)設(shè)備的防雷隱患

自動(dòng)氣象站中的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、氣壓傳感器以及數(shù)據(jù)采集器主要在室內(nèi)進(jìn)行安裝，這些室內(nèi)設(shè)備并不同于室外設(shè)備，電磁脈沖很容易對(duì)其造成損壞。雷電中的電磁脈沖不僅會(huì)借助于采集器的傳感器系統(tǒng)對(duì)設(shè)備造成不同程度的破壞，還會(huì)通過(guò)電源線路對(duì)電子設(shè)備造成損壞，如果損壞非常嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致整個(gè)自動(dòng)氣象站的氣象系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓。此外，如果自動(dòng)氣象站的接地系統(tǒng)不符合相關(guān)規(guī)定要求，就會(huì)使電子設(shè)備之間出現(xiàn)電位差，從而對(duì)自動(dòng)氣象站中的相關(guān)電子設(shè)備造成破壞。

3 自動(dòng)氣象站的雷電防護(hù)措施

3.1 對(duì)管道和設(shè)備進(jìn)行等電位連接

對(duì)自動(dòng)氣象站來(lái)說(shuō)，首先，需要對(duì)一部分分開(kāi)的導(dǎo)體借助于金屬裝置進(jìn)行連接，一旦雷擊出現(xiàn)會(huì)使這些導(dǎo)體之間的電位差大大降低，從而降低雷擊電壓。其次，對(duì)建筑物中的消防管道、線路屏蔽管、金屬水管等一些常見(jiàn)的導(dǎo)電裝置應(yīng)使用導(dǎo)體裝置將它們之間進(jìn)行互相連接;同時(shí)，要和接地裝置合并為一體，可以有效地將這些導(dǎo)體之間存在的電位差降低，在出現(xiàn)雷擊時(shí)，不會(huì)因?yàn)橛休^高的電位差而產(chǎn)生電流。另外，需要注意的是，在對(duì)管道和相關(guān)設(shè)備進(jìn)行等電位連接時(shí)，要在連接導(dǎo)體的區(qū)域處留出等電位的端口，這種做法的優(yōu)點(diǎn)是方便以后對(duì)新的設(shè)備進(jìn)行接地連接。

3.2 線路接閃器和納米磁阻流器相結(jié)合

一般情況下，電源的開(kāi)關(guān)可以對(duì)電源進(jìn)行有效的控制，但是在使用開(kāi)關(guān)的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有很強(qiáng)的電磁場(chǎng)產(chǎn)生，如果遇到雷暴天氣時(shí)，此時(shí)使用開(kāi)關(guān)很容易使開(kāi)關(guān)產(chǎn)生電磁感應(yīng)從而出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。通過(guò)查找相關(guān)資料不難發(fā)現(xiàn)，如果導(dǎo)體一旦被雷電擊中，這時(shí)的輸電線路就會(huì)跳閘，而此時(shí)的跳閘現(xiàn)象就是輸電線爆炸和燃燒的主要因素。因此，對(duì)于自動(dòng)氣象站來(lái)說(shuō)，降低或者是避免因雷擊造成的跳閘，可以有效防止因雷電造成的輸電線線路燃燒和爆炸事故，使雷電帶來(lái)的負(fù)面影響大大降低。相關(guān)科學(xué)研究表明，將線路接閃器和納米磁阻流器進(jìn)行科學(xué)有效的結(jié)合可以有效防止電磁干擾，最大限度地降低電磁干擾對(duì)電源開(kāi)關(guān)的影響，降低因雷電造成的輸電線路跳閘率。

3.3 對(duì)建筑物內(nèi)外之間的導(dǎo)電線路或者是電子設(shè)備進(jìn)行屏蔽

不管是高層建筑物還是低層建筑物，其內(nèi)外部都有導(dǎo)電體存在，對(duì)于自動(dòng)氣象站中的建筑物也不例外。如陽(yáng)臺(tái)護(hù)欄、鋼筋、鐵門(mén)及鋼窗等都是建筑物外部常見(jiàn)的導(dǎo)電體。當(dāng)雷暴天氣出現(xiàn)時(shí)，這些導(dǎo)電體的周?chē)鷷?huì)有磁場(chǎng)形成從而產(chǎn)生電流，所以，做好自動(dòng)氣象站中建筑物外部導(dǎo)電體的接地屏蔽，可以有效阻止雷電借助于外部導(dǎo)體將電流帶進(jìn)建筑物的內(nèi)部，從而保護(hù)建筑物內(nèi)部設(shè)備的安全。另外，還要對(duì)建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備進(jìn)行電磁屏蔽，此種方法也通過(guò)金屬導(dǎo)體將建筑物內(nèi)的電子設(shè)備進(jìn)行連接封閉，在一定程度上攔截雷電產(chǎn)生的電流，從而保護(hù)電子設(shè)備，確保電子設(shè)備可以正常工作。

4 結(jié)論

隨著全球氣候變暖現(xiàn)象加劇，極端災(zāi)害性天氣出現(xiàn)的頻率逐年升高，每年因雷電給社會(huì)帶來(lái)的危害越來(lái)越大。為了確保氣象站可以正常工作，給人們提供急需要的天氣信息，自動(dòng)氣象站在做好防雷工作的過(guò)程中一定要結(jié)合實(shí)際，對(duì)防雷技術(shù)不斷進(jìn)行完善，確保自動(dòng)氣象站的雷電防護(hù)措施可以有效進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]于東海，翟玉泰，臧永杰.淺談自動(dòng)氣象站防雷技術(shù)[J].氣象研究與應(yīng)用，2010（12）.

[2]吳明江，牛萍.自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)分析與探討[J].氣象水文海洋儀器，2010（6）.

（責(zé)任編輯：趙中正）