自動站防雷工作中的問題分析及安全防護

李初宇 劉東 胡茂森

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，自動氣象站逐漸在各個地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，與此同時氣象觀測的準確性明顯提升。然而由于氣象觀測設(shè)施大都位于空曠地區(qū)，因此極易遭受雷電的襲擊，每年受到雷擊災(zāi)害的影響造成的損失巨大。因此做好自動站防雷工作尤為重要。本文首先簡述了自動站遭受雷擊的原因，后針對自動站防雷工作中的常見問題提出安全防護措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：自動氣象站;防雷;常見問題;安全防護

引言

隨著氣象現(xiàn)代化建設(shè)的快速推進，自動氣象站逐漸發(fā)展成為氣象探測領(lǐng)域的重要組成部分。而自動氣象站屬于一種結(jié)合采集器、傳感器與數(shù)據(jù)通訊等設(shè)備為一體的自動化觀測設(shè)施，其科學(xué)性與精確性都比較高，是氣象部門開展精細化預(yù)報的重要設(shè)備。然而由于自動氣象站是由大量較高集成度的弱電子設(shè)備構(gòu)成，因此其對外抗干擾能力比較薄弱，同時雷擊災(zāi)害頻發(fā)。另外，自動氣象站往往建立在較為空曠的高地上，更是增加了雷擊災(zāi)害風(fēng)險。因此，做好自動站防雷工作，提高自動站安全性具有重要意義。

1自動站遭受雷擊的原因分析

井研縣位于四川樂山市，地處東經(jīng)102°55?～104°00?及北緯28°25?～29°55?之間。境內(nèi)地勢復(fù)雜多樣，主要包括低山、深丘、中丘、淺丘、平壩等多種類型。井研縣屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，境內(nèi)溫度濕潤、雨量充沛、雨勢同季、冬無嚴寒、夏無酷暑、四季分明。據(jù)統(tǒng)計，井研縣年平均溫度為17.2℃，年平均降雨量為1025.8mm，年平均日照時數(shù)為1134.6h。由于其地理環(huán)境特殊，導(dǎo)致該地區(qū)極易出現(xiàn)雷電天氣過程，對自動站危害極大，因此做好自動站防雷工作尤為重要。

自動氣象站遭受雷擊的原因通常包括直擊雷、電磁感應(yīng)、雷電波、地電位反擊、熱效應(yīng)、防雷器不規(guī)范等多種因素。相關(guān)資料統(tǒng)計表明，自動站通常建設(shè)在原氣象觀測場地或其他場地的思想觀測站。前者防雷系統(tǒng)通常在原有基礎(chǔ)上進行改造，由于基礎(chǔ)較好，且儀器設(shè)備抗壓能力強，因此遭受雷擊的概率相對較小。后一種氣象臺站往往由多種電子設(shè)備組成，而且大都為弱電設(shè)備，其抗壓能力較弱。在建設(shè)自動站時沒有仔細檢查風(fēng)桿的直擊雷防護措施及屏蔽措施，使其極易遭受雷電的襲擊，進而導(dǎo)致自動站無法正常工作。除此之外，受到氣象觀測條件等因素的限制，大多數(shù)氣象觀測站均建設(shè)在野外或建筑物屋頂，其雷電防護措施相對簡單，一旦遭受雷擊將極易被損壞。

2自動站防雷工作中的常見問題

2.1觀測場地避雷針保護范圍不合格

通常情況下，在建設(shè)自動氣象站之前都要認真分析與研究其周圍的觀測場地，并以《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》等為依據(jù)，并運用相關(guān)原理對避雷針的有效保護范圍進行計算。然而通過計算發(fā)現(xiàn)觀測場地避雷針保護范圍無法達到要求，不僅使氣象臺站的防雷效益得到明顯降低，還無法保障自動站的安全性。

2.2線路布設(shè)與防雷設(shè)施不規(guī)范

大多數(shù)自動站為了美觀，不僅不單獨保護外套金屬管，還將風(fēng)向風(fēng)速信號線與避雷針引下線并行引下，與建筑物防雷設(shè)計規(guī)范要求不相符合。風(fēng)桿上的避雷針在接閃之后極易形成電磁脈沖，與此同時風(fēng)向風(fēng)速信號線上也極易感應(yīng)出超高電壓，通過線路將會對與其相互連接的采集器構(gòu)成入侵，進而對采集器造成一定程度的破壞。

2.3避雷針與風(fēng)向傳感器鐵塔混裝

通常情況下，風(fēng)向傳感器安裝在較高位置的風(fēng)塔上，這一位置處的避雷針既要承載風(fēng)力，還要確保自動站位于其有效保護范圍之內(nèi)。以相關(guān)標準為依據(jù)，獨立避雷針、接地裝置與金屬物、被保護建筑物、電纜等之間的距離都必須與標準公式范圍相符合。這一方法通常用于第一類防雷建筑物。一旦避雷針與風(fēng)向傳感器鐵塔之間進行混合安裝，且兩者之間的距離與標準要求不符，將導(dǎo)致自動站遭受雷擊的概率大大增加。

2.4各種通信線路及電源的防雷設(shè)施安裝不合理

自動氣象站相關(guān)工作人員在布設(shè)防雷設(shè)施時往往會忽略電源部分及通訊線路，因此導(dǎo)致這兩部分遭受雷電襲擊的概率較高。安裝避雷器的主要作用在于當有雷電流通過時能夠?qū)⒗纂娏骺焖傩沟簦M而達到保護電源、通信線路、用電設(shè)備的目的。如果沒有正確安裝各種通信線路及電源，或未安裝有效的避雷器，都將使雷擊安全事故的發(fā)生頻率明顯增加。

3自動站安全防護措施

3.1設(shè)置避雷針

自動站在進行直擊雷防護時，通常應(yīng)當設(shè)立獨立的避雷針，而且還要確保避雷針與建筑物、周圍設(shè)備之間保持充足的距離，使避雷針接閃時不會對周圍其他設(shè)備構(gòu)成威脅。首先應(yīng)當對風(fēng)塔的位置進行充分考慮，使風(fēng)塔與獨立避雷針之間保持3m以上的安全距離。在實際工作中對獨立避雷針進行設(shè)置時，通常獨立避雷針與風(fēng)塔之間的距離在4～5m之間，而且還要確保所有設(shè)備都位于獨立避雷針的保護范圍之內(nèi)。若觀測場地邊緣位置處的觀測設(shè)備未位于其保護范圍之內(nèi)，還可以加設(shè)避雷針，盡可能使避雷針能夠?qū)τ^測場內(nèi)的所有設(shè)備都起到安全保護作用。之后再以自動站防雷保護等級、避雷針保護范圍及安裝位置等為依據(jù)，對避雷針的精確高度進行確定。

3.2設(shè)置有效的接地網(wǎng)

為確保做好雷電防護工作，還需要設(shè)備有效的接地網(wǎng)，并對其進行科學(xué)制作與合理使用。在接入地網(wǎng)時，應(yīng)當嚴格依據(jù)相關(guān)工程的要求、自動站布局現(xiàn)狀、管道的走向等，使地網(wǎng)圍繞觀測場地一周，并沿著管道的走向安裝接地體，以確保對自動站金屬管運行狀況及系統(tǒng)設(shè)備進行全面觀測。除此之外，如果條件允許可以安裝電源避雷器，以確保在突發(fā)狀況下能夠啟動電源避雷器，不僅能夠避免其他電子設(shè)備遭到損壞，還能為自動站的安全、正常運行提供一定的保障。

3.3做好線路的防雷工作

3.3.1信號線路的防雷

通常情況下，值班室內(nèi)的采集器與自動站內(nèi)部各個傳感器中的信號線路保持連接，為防止感應(yīng)雷通過信號傳輸線對室內(nèi)采集器造成一定程度的損壞，應(yīng)當將觀測場地網(wǎng)與信號線路首端進行連接，信號線路先經(jīng)過金屬線槽屏蔽之后再沿著線纜地溝進行敷設(shè)。另外，在值班室信號線接口位置處安裝電涌保護器，使室內(nèi)工作地網(wǎng)與值班室線路尾端保持可靠連接，以切實做好信號線路的防雷工作，進而確保及時上傳氣象觀測要素數(shù)據(jù)。

3.3.2通訊線路的防雷

計算機通訊接口的網(wǎng)絡(luò)線路應(yīng)當穿金屬線槽，并沿著線纜進入到值班室內(nèi)，還應(yīng)當安裝電涌保護裝置，金屬線槽兩端還要做好接地處理進而對強電磁場進行屏蔽，以防止通訊線路遭到雷電災(zāi)害的襲擊進而對其內(nèi)部的電子設(shè)備造成一定程度的損壞。

3.4計算機機房的防雷

計算機機房內(nèi)部通常安裝有UPS、交換機、路由器、服務(wù)器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等多種電子設(shè)備，應(yīng)當采取有效措施增強各種電子設(shè)備的雷電抗干擾能力。另外，還應(yīng)當在計算機機房配電箱內(nèi)部做好等電位連接，以確保對計算機機房內(nèi)部的電子設(shè)備起到一定的保護作用。

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作者簡介：李初宇（1978-），男，漢族，四川省仁壽縣人，本科學(xué)歷，助理工程師，從事研究方向或職業(yè)：雷電防護。