探究自動氣象站防雷工作現狀及對策

陳強 周俊淼 劉丁維

摘 要：隨著氣象事業(yè)自動化水平的逐漸提高，自動氣象站也得到了廣泛的普及和應用，在一定程度上提高了我國天氣預報的準確性和觀測質量。但是在對天氣感應的過程中，可能會由于安裝位置受到雷擊，使自動氣象站遭到破壞。因此本文從雷電對自動氣象站的影響著手，分析了其破壞形式，以及自動氣象站雷電防護的參數，并基于自動氣象站防雷工作的現狀提出了相應對策。

關鍵詞：自動氣象站；防雷工作；防護參數

自動氣象站是融合了傳感器、數據采集、數據處理、數據存儲、數據通信等綜合技術的氣象觀測電子設備，通過感應外界的氣候變化產生傳感器中的電量變化，隨后這種變化會以數據的形式存儲在信息系統當中，然后傳輸到觀測部門，最后工作人員對數據進行整理分析得到當地的氣象概況，為各氣象要素的觀測提供技術設備支撐。

1 雷電對自動氣象站的破壞形式

1.1 直擊雷

主要是指雷電直接擊中氣象站使設備系統損害，嚴重時還會使設備停止運行。目前自動氣象站都安裝了接閃桿等裝置，可以避免直擊雷的現象。

1.2 高壓電脈沖

這種破壞方式是來源于靜電感應或電磁感應，當這兩種感應同時在電線中反應時會造成高達十幾千伏的電壓，從而破壞氣象站的感應裝置，特別是位置較高的氣象裝置會率先受到沖擊。

1.3 電位升高

電位升高也是由于直擊雷現象引起的，雷電是通過接地線傳入導線中的，這樣和導線相連接的設備可能會受到間接的雷電沖擊損害。

1.4 交流電線路入侵

自動氣象站在自動工作時的用電是由低壓輸電產生的，如果此裝置被雷電擊中，產生的電沖就會經導線進入自動氣象站的其他裝置中，使設備失靈，特別電源板是比較容易發(fā)生故障的裝置，更應當加強維護。

2 自動氣象站雷電防護參數

自動氣象站系統主要是由室外設施、室內設施以及通訊數據傳輸系統組成，室外設施是感應部件，室內設施是資料處理和顯示部門。要根據以上對雷擊方式的分析，做好自動站防雷的等級劃分，并以此為基礎確定雷電防護的基本參數。

2.1 防雷等級劃分

一般情況下，根據自動氣象站的屬性、地理位置、地質環(huán)境、雷電活動頻率和雷擊破壞后果將氣象站劃分為3個等級：國家基準氣候站、大氣本底站，平均雷暴日大于（含）30天/年的國家基準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所為一級站；平均雷暴日小于30天/年的國家基準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所為二級站；除上述情況以外的氣象站為三級站。

2.2 防雷基本參數

感應雷一般是通過電源系統、天饋、通信網絡等途徑引入，其中電源系統被侵入的概率最大，因此，首先要知道感應雷侵入自動氣象站之后各個通道的過電壓和過電流值來進行感應雷的防雷設計，其參數的確定可以一句防雷裝置本身和其他資料。經研究，一般感應雷的雷電壓在5kV左右，雷電流可以達到百安培的量級，其引起的過電流在3kA左右，過電壓在6kV以下。因為防雷裝置的不同，其中的核心組成器件也都不相同，因此峰值耐電壓的表現也會不同。我國的通信部門有相關規(guī)定，交流220V的系統直流48V系統以及電信交換用戶終點的元器件或部件的沖擊耐電壓值分別為1500V、330V、1000V。

3 自動氣象站防雷工作現狀及對策

3.1 自動氣象站防雷工作現狀

3.1.1 觀測場防雷裝置不合格

有的氣象站觀測場內的風向和風速信號線只考慮了布線美觀改變了風速測線的方向，不僅不單獨外套金屬管進行保護，還和風桿上接閃桿引下線在風桿的金屬管內并行引下，直接將風速信號的電纜敷設在接閃桿引下線上，嚴重違反了防雷裝置規(guī)范，一旦發(fā)生這種情況，風向電纜自身的屏蔽層無法抵擋雷電沖擊的脈沖，接閃桿會承受雷閃后會損壞，且由于風向感應導線無法承受過高的電壓使采集器受損，從而無法保障自動氣象站的防雷安全。

3.1.2 電纜和防雷接線設置缺陷

自動氣象站的觀測場為了屏蔽電磁干擾而讓觀測場內的電子設備使用金屬外殼，傳輸線路使用屏蔽電纜并穿金屬管埋地敷設。由于工作人員可能沒有按照要求進行敷設，或是屏蔽層面該接地的設置沒有接地，造成電纜在接地過程中屏蔽層一側和相同電位的導線相連接時在另一側發(fā)生電位懸浮，這樣屏蔽層沒有辦法有效防護由于磁場變化引起的電流變化。

3.2 防雷防護措施

3.2.1 合理安裝避雷針

根據歷史許多自動氣象站遭雷擊的案例可以發(fā)現，風塔作為避雷針會加重受雷擊損壞程度的同時，增加了遭受雷擊入侵的概率，因此應當改變這種方式確保避雷針在接閃時能夠單獨抵抗雷電流而不影響到周邊設備。在進行直擊雷防護時，可以采取獨立避雷針來和周圍的設備隔開距離，但是都在保護范圍以內，位于場地邊緣的設備若無法處于保護范圍內可以另設避雷針。

3.2.2 合理設置信號線

為了做好接閃器的設置，對于傳感器中的信號電纜要進行合理的設置，使其可以及時放置在已經接地的金屬管內活著帶金屬管的PVC套管中。對避雷針設置上引下線和信號線，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線，而且也不會影響到電源線和信號線。

3.2.3 科學規(guī)劃接地網

要對接地網進行合理科學的規(guī)劃和制作，按照工程的有關要求下，根據自動氣象站的布局狀況和管道走向，將地網環(huán)繞整個觀測場一圈，并沿管道走向安裝接地體，使自動氣象站內的觀測設備、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中。

4 結語

綜上所述，在自動氣象站中針對目前存在的諸多防雷問題而采取相應的防護措施，可以提升防雷的防護效果，對已經投入使用的防護設備進行規(guī)范整改，確保自動氣象站可以安全穩(wěn)定的運行。

參考文獻

[1]段成國，呂昆坤.自動氣象站防雷工作中的問題及應對[J].通訊世界，2015，（11）：104-105.

[2]林苗青，翁武坤，周如梅，等.自動氣象站防雷工作中的問題及應對措施[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）