探討自動氣象站的雷電防護技術

陳強

[摘 要]雷電災害就是一種較為常見的自然干擾源，由雷擊產(chǎn)生的直擊雷和雷擊電磁脈沖損害對自動氣象站的危害很大，因而雷電防護對于自動氣象站的長期正常安全運行不可忽視。

[關鍵詞]自動氣象站 雷電防護 技術

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）06-0184-01

自動氣象站隨著我國氣象的發(fā)展而被廣泛的應用起來，作為一種全新的地面氣象自動觀測處理系統(tǒng)——自動氣象站，它對氣象數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)自動采集、自動計算、自動處理、自動顯示、自動存貯、自動通訊及打印等一系列自動功能。但由于其核心是集成電路微電子設備，非常容易受到電磁脈沖的干擾，對雷電的抵抗能力相對也較弱，它自身所有的防雷板根本起不到防護作用，一旦雷電電磁侵襲氣象站，就會使設備遭到破壞，使大量氣象數(shù)據(jù)丟失，嚴重者可將設備整體摧毀。加強防雷技術就顯得尤為重要，確保自動氣象站的設備在良好的環(huán)境下運行，可以有效的提高自動氣象站的穩(wěn)定性及安全性 。

一、自動氣象站遭雷擊的原因

根據(jù)有關資料和現(xiàn)場實地勘察，自動氣象站的建設場地主要分為兩大類：一類是建設在原氣象觀測場，另一類是根據(jù)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測的需要，建設在非氣象觀測場的其他場所，這類大為單要素自動氣象站，有少部分為多要素自動氣象站。對于建設在原氣象觀測場的自動氣象站，其防雷接地系統(tǒng)主要是在原氣象觀測場防雷系統(tǒng)的基礎上改建而成。由于以前的人工觀測場大多為機械制式的設備，耐壓能力較強，因此，雷擊表現(xiàn)不是很嚴重。而自動氣象站大多由集成度較高的電子弱電設備組成，且處理及傳輸設備均為電子弱電設備，其耐壓能力相對較弱。在建設自動氣象站時，由于對風桿的直擊雷防護、等電位連接以及屏蔽措施考慮不周全，導致雷暴時自動氣象站很容易損壞，嚴重影響了自動氣象站的正常運行。而對于在非氣象觀測場的自動氣象站，由于觀測需要，大多建設在建筑物的屋頂或野外，其防雷措施一般僅安裝一只避雷針，基本上缺乏雷擊電磁脈沖的防護措施，一旦自動氣象站遭受雷擊就很容易損壞。

二、雷電的危害和入侵方式

雷電是大氣現(xiàn)象當中的其中一種，每次雷閃能夠釋放出數(shù)百兆焦耳的能量。其強大的電流能讓放電通道中的瞬時溫度升高到6000-10000攝氏度，產(chǎn)生的熱效應、電效應和機械效應具有嚴重的破壞性。根據(jù)資料顯示，世界上很多國家和地區(qū)每年都會發(fā)生多起雷擊災害事故。并且由于雷電具有突發(fā)性、快速性的特點，讓人避之不及。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2007年我國雷電災害共發(fā)生19902起，其中死亡人數(shù)是678人，受傷人數(shù)是768人，雷電造成的經(jīng)濟損失達到10億元人民幣。雷電對自動氣象站帶來的危害具有破壞性，雷電可造成氣象站的傳感器、采集器和主控危機的破壞。雷擊電磁脈沖可通過電源線路和通信線路入侵自動氣象站，這種入侵造成破壞的概率很大。通常情況下，自動氣象站都是建立在空曠的地方，傳輸線從傳感器到采集器再到計算機有一段距離，加上數(shù)據(jù)傳輸線和電源及接地線等都在相同的電磁環(huán)境中，相互之間有影響，數(shù)據(jù)傳輸線難以做到電磁屏蔽。這就導致雷電通過磁場、電場和電阻耦合以傳導或者輻射的方式破壞自動氣象站。

雷電對自動氣象站的入侵方式主要是傳導耦合和輻射耦合這兩種方式。一種是通過供電線路的入侵，雷雨天氣時，雷電首先會電擊到建筑物，然后電流會隨著建筑物傳導給地面，再通過電路中的零線、保護地線和布線中的接地線，以脈沖的形式侵入室內(nèi)，造成電器設備的損壞。另一種是通過通信線路入侵，當建筑物遭到雷擊后，一些處于戶外的例如傳感器、采集器等設備很容易受到損壞。

三、自動氣象站的防雷措施

1 針對直雷擊的防御措施

針對這種直接雷擊現(xiàn)象，氣象站的管理人員和防護人員采取了一系列的防護措施和設計方案?？紤]風桿防雷措施，一般情況下，設計人員會在風桿上安裝避雷針、連接導體，從而實現(xiàn)引雷擊電流傾入大地的目的，達到防雷效果。

2 防御雷電波以及電磁波干擾的方法

氣象站的設計人員主要是通過供電線、數(shù)據(jù)線以及信號線等線路的連接從而起到導電傳輸作用，所以說，對2種電波的防御就是對這3種線路進行保護。對于供電線，由于其線路較長，因此也比較容易引入雷電波。所以要特別注意的就是對供電線路的保護，可通過安裝泄流型保護器對接線位置進行保護；對信號線而言，可依據(jù)其不同的材質，分別采取電纜敷設和電涌防護與接地裝置相連達到防護的目的；數(shù)據(jù)線，主要是引入PVC管或設立電纜井或電纜溝，并做好防雨、防蟲、防腐等工作，從而達到防雷效果。

3 地電位反擊的防御措施

其根本在于將電流引入大地，從而避開雷電流對氣象站的影響。因此接地防雷裝置就是基礎，其關鍵在于接地電網(wǎng)的質量，這是由于防雷措施是通過接地電網(wǎng)將電流引入大地的。因此，氣象站的工作人員必須將自身的地理位置特點與電路情況相結合，進行合理的設計，選擇質量較好的防雷地網(wǎng)，同時也要充分考慮接地網(wǎng)的材質、面積以及電阻等，從而使接地網(wǎng)能更好的服務于氣象站的防雷工作。除此之外，自動氣象站在進行防雷工作時還要安裝這些泄流及防雷裝置外，還有對這些設備進行及時的檢修，特別是在雨季要確保其全面、系統(tǒng)、科學的運行，一旦有問題發(fā)生，及時處理，保障其處于良好的狀態(tài)中運行。

總而言之，自動氣象站是一種全新的、高科技的、更加準確、高效的地面自動觀測微機處理系統(tǒng)，自動氣象站的雷電防護建設是一項復雜、專業(yè)性強、危險性高的系統(tǒng)化工程，應以預防為主、安全可靠為原則，長期堅持，并在工作中將自身特點同分流、屏蔽、等電位連接等技術相結合，不斷的完善，歸納總結，合理安排防雷措施及防雷工作，從而確保自動氣象站的防雷安全，確保自動氣象站的正常運行。

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