關于自動氣象站雷電隱患與防護分析

■張娜娜

（樂亭縣氣象局河北唐山063600）

關于自動氣象站雷電隱患與防護分析

■張娜娜

（樂亭縣氣象局河北唐山063600）

自動氣象站對電磁干擾特別敏感，作為自然干擾源的雷電放電堪稱是自動氣象站正常運行的隱形殺手，故研究自動氣象站的雷電防護十分重要。本文圍繞自動氣象站的雷電防護，首先對自動氣象站作了簡單的介紹，從室內(nèi)設備和室外設備兩個方面來討論雷電隱患，緊接著闡述了雷電波的入侵途徑和防御方法，最后結合當前的實際情況給出了幾個自動氣象站綜合防雷的方案。

自動氣象站 雷電防護

1　簡述自動氣象站及雷擊隱患

1.1自動氣象站

自動氣象站是利用了眾多技術的綜合性很強的電子電氣設備系統(tǒng)，它集合了數(shù)據(jù)自動采集、利用計算機計算處理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲、傳輸、通信等技術。一般一個完整的自動氣象站包括風向、風速、溫濕度、雨量、蒸發(fā)、地溫等氣象要素傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機處理系統(tǒng)等部分，其中氣象要素傳感器安裝在室外的空曠處，數(shù)據(jù)采集器和計算機系統(tǒng)按包裝在室內(nèi)。氣象站一般都安裝有避雷針、避雷帶來保護高大建筑物及內(nèi)部工作的人員不會被雷電擊中，但是這些避雷設備是不能阻止雷電的電磁波侵入各種氣象傳感器中。氣象傳感器遭到電磁侵襲，就可能導致整個氣象站無法正常工作，然而自動氣象站必須連續(xù)安全的工作，因此對于自動氣象站的防雷是十分必要的。

1.2室外設備的雷擊隱患

自動氣象站的室外設備主要是各種氣象要素傳感器，這些傳感器的特殊布置環(huán)境和自身對電磁干擾敏感的特點使其存在一些雷擊隱患，這些安全隱患大致如下：（1）由于氣象觀測的需要，氣象站的室外設備均安裝在觀測場內(nèi)，而觀測場的周圍要十分開闊，不能有高大的建筑物。（2）雖然最易遭受雷電襲擊的風向和風速感應器均采取了一定的措施來進行保護。感應器的風桿遭到雷擊，雷電波就會順著風桿傳向室內(nèi)采集器的傳輸電纜線，電纜線感應電磁脈沖進而會損壞室內(nèi)設備；（3）觀測場的避雷針遭受雷擊的瞬間會產(chǎn)生強大的電磁場和局部高電位，電磁場會經(jīng)安裝在室外的感應器的信號電纜耦合到設備，造成設備損壞，高電位會使感應器的金屬探頭遭受電位反擊而損壞。

雷電電磁干擾主要通過傳導耦合和輻射耦合方式傳送到自動氣象站，使其失效或損壞。一般雷電入侵自動氣象站除阻性耦合影響的反擊電壓之外，分別沿電源線、傳感器到采集器和采集器到主控微機之間的通道、網(wǎng)絡的通信線路入侵。一是自動站供電線路侵入。在電力線入室之前可能遭受直擊雷和感應雷，直擊雷擊中高壓線經(jīng)過變壓器耦合為低壓后入侵。

2　雷電波入侵途徑及防護辦法

2.1雷電波從電源線入侵時的防御方法

雷電波從電源線入侵的概率比從其他途徑入侵自動氣象站的概率都大，一般都是直擊雷損害。直擊雷的入侵途徑主要有：直擊雷擊中高壓線會產(chǎn)生過電壓，過電壓經(jīng)過變壓器耦合之后，傳到次級然后沿著220 V高壓線路侵入室內(nèi)的電源設備；直擊雷除了在高壓線路上耦合也會在低壓線路上耦合產(chǎn)生過電壓；直擊雷還會擊中高壓線還會擊中變壓器，到室內(nèi)的低壓線路，也產(chǎn)生過電壓，造成氣象站的嚴重的損壞。

因此，防止雷電波從電源線入侵自動氣象站是很迫切的，必須嚴格規(guī)范氣象站的供電系統(tǒng)。一方面，值班室的供電系統(tǒng)必須規(guī)范，自動站的設備、輔助設備及照明設備必須采用相互獨立的供電系統(tǒng)，自動氣象站的設備必須采用單相專線從進用戶配電盤進行供電；另一方面，總電源線的進戶前端，后端都必須裝配總的電源避雷器，然后避雷器還要與防雷地網(wǎng)做可靠的電氣連接。

2.2雷電波從傳感器通道入侵時的防御方法

氣象傳感器安裝在空曠的室外觀測場中，當氣象站周圍空曠區(qū)雷電防護不好時，設置在高于地面10.5米的風桿就是雷擊的首要目標，風干被擊中，風速和風向傳感器最易被損壞。雷電的過電壓太大，可能會擊穿地面的土壤，這樣一個是會導致埋在地下的地溫傳感器被損壞，還有就是傳感器與采集器之間的電纜絕緣層也可能被擊穿，瞬間的過電壓就會沿著通信線直接入侵。

防止雷電波從傳感器入侵的較好的方法就是做好觀測場防雷地網(wǎng)與風向風速傳感器安裝的避雷器的電氣連接，還要保證所有的傳感器的信號線均放置在接地的金屬材質套管內(nèi)，或者是帶有金屬屏蔽層的PVC塑料套管內(nèi)，同時傳感器的信號線還要與電源線在不同的管子內(nèi)穿行。

3　自動氣象站的綜合防雷方案

3.1值班室和觀測場共同防護直擊雷

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(nèi)部的柱子內(nèi)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(nèi)，同時針體可以耐受150 kA的雷電流沖擊。

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。

3.2計算機機房內(nèi)部防雷系統(tǒng)

自動氣象站的大部分室內(nèi)設備都是安裝在計算機機房內(nèi)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。

總之，自動氣象站的雷電防護是一項綜合性的工程，任何單一防護措施都不可能取得良好的效果，必須采取多方面的技術措施相結合，發(fā)揮每一項技術的重要作用，使內(nèi)部防護與外部防護的結合，觀測場與值班室相結合，用以保證自動氣象站安全連續(xù)的穩(wěn)定工作。

[1]謝君,徐遠遠,竇紅影.氣象與環(huán)境科學 [J].自動氣象站的雷電防護,2012,9(30).

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

[3]劉升,王晶.自動氣象站雷電防護探討 [J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2013,6.

P415.1+2[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～407～1