自動氣象站防雷技術(shù)措施

何 成

(甘肅省隴南市氣象局，甘肅 隴南 746000)

1 自動氣象站的系統(tǒng)組成及工作原理

自動氣象站從實(shí)際組成來說，一般是由數(shù)據(jù)自動采集裝置以及數(shù)據(jù)分析中心所構(gòu)成，其中采集裝置就是所謂的自動站。通常自動站可以劃分成五大結(jié)構(gòu)：傳感設(shè)備、線路連接、數(shù)據(jù)采集、供電模塊以及通訊服務(wù)。自動氣象站實(shí)際運(yùn)行中是借助中央處理器完成數(shù)據(jù)采集分析和實(shí)施操控的。

2 雷電入侵自動氣象站途徑

2.1 直擊雷入侵

當(dāng)自動氣象站在運(yùn)行過程中遭遇直接雷擊，且觀測裝置被擊中后，會影響自動站中裝置以及電子類設(shè)備的正常工作，甚至出現(xiàn)損壞，致使數(shù)據(jù)收集出現(xiàn)問題，或阻礙數(shù)據(jù)的正常傳輸。

2.2 高電壓脈沖入侵

如果自動氣象站附近的較高物體、架空線纜或尖端物體遭遇雷擊，會產(chǎn)生雷電靜電感應(yīng)和雷電電磁感應(yīng)，由此形成的感應(yīng)過電壓傳遞到自動氣象站，直接影響到數(shù)據(jù)采集裝置以及傳感設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)舸┚€路的絕緣層，導(dǎo)致出現(xiàn)的瞬間高壓會沿著線路進(jìn)入主控室，破壞系統(tǒng)中的傳感裝置，使系統(tǒng)出現(xiàn)異常，造成難以彌補(bǔ)的損失。

2.3 接地線入侵

如果自動氣象設(shè)備附近地面遭遇雷擊，這一區(qū)域的電位會在瞬間攀升，反擊產(chǎn)生的高電位通過接地線路侵入系統(tǒng)，容易損壞電路設(shè)備，嚴(yán)重時會造成系統(tǒng)無法工作。

3 自動氣象站綜合防雷工程設(shè)計(jì)原則

新型自動氣象站應(yīng)當(dāng)構(gòu)建起完善的防雷體系，需要有效分析直擊雷的特性，強(qiáng)化雷電保護(hù)。全新的雷電防護(hù)措施主要包括以下2個方面：外部防雷和內(nèi)部防雷。經(jīng)過深度調(diào)研分析，全方位把控自動氣象站需要檢測的氣象參數(shù)、外部條件、測試設(shè)備以及方案設(shè)計(jì)等，充分考量防雷有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)，并按照基本準(zhǔn)則來完成防雷工作的規(guī)劃設(shè)計(jì)，要做到多級保護(hù)。

4 新型自動氣象站綜合防雷技術(shù)

4.1 外部防雷

根據(jù)建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，新型自動氣象站，防雷方案的構(gòu)建是根據(jù)二、三防雷類建筑物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。采用接閃桿等作為基礎(chǔ)的接閃設(shè)備，通過引下線和地網(wǎng)相互連接，確保滿足基本防雷設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，按照滾球法方式計(jì)算出相應(yīng)的保護(hù)范圍，保證系統(tǒng)中的設(shè)備能夠被有效保護(hù)，防止雷電侵入。

(1)引下線。新型自動氣象站系統(tǒng)中每個設(shè)備都應(yīng)用引下線與地網(wǎng)相連，引下線的數(shù)目不小于2根，可以利于設(shè)備中的鋼結(jié)構(gòu)作為引下線，如：風(fēng)桿、百葉箱金屬底座等，大型風(fēng)塔也可以直接利用金屬結(jié)構(gòu)作為引下線，同時和地網(wǎng)以搭接焊的形式做有效連接。

(2)接地裝置。一般來看，在新型自動氣象站中選用的防雷方案主要包括單點(diǎn)接地以及共用地網(wǎng)2種模式，接地阻值需要小于4Ω。同時也需要保證接地線路的引出長度和橫截面大小符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 內(nèi)部防雷

(1)等電位連接。對于系統(tǒng)內(nèi)部來說，應(yīng)該在接地設(shè)備附近宜利用4×40鍍鋅扁鐵將傳感裝置、各設(shè)備引下線相連，設(shè)備里的接地線應(yīng)與地網(wǎng)做可靠相連；氣象站觀測區(qū)域的金屬圍欄需也需要進(jìn)行焊接并和地網(wǎng)相互聯(lián)通；采用5×5的網(wǎng)狀接地結(jié)構(gòu)將觀測區(qū)域的電位均分。2個風(fēng)塔之間需要搭建出1m×1m的網(wǎng)格接地設(shè)備同時與跨步地網(wǎng)聯(lián)通，形成整體性的閉合回路；此外，還需要將太陽能設(shè)備、衛(wèi)星設(shè)備等具有金屬結(jié)構(gòu)的裝置進(jìn)行等電位處理。

(2)屏蔽。引入自動站的電纜電路應(yīng)當(dāng)穿鋼管鋪埋處理，形成屏蔽模式，并將其傳送到各個樓層的配電位置。金屬管從一側(cè)向另外一側(cè)通電，需要在防雷區(qū)域的臨界位置做等電位處理并將其同接地設(shè)備聯(lián)通。

(3)安裝浪涌保護(hù)器。在新型自動氣象站系統(tǒng)中需要設(shè)置浪涌保護(hù)器，諸如配電處、機(jī)房、自動站總配電箱處。調(diào)制解調(diào)設(shè)備端口前端也要設(shè)置相應(yīng)的浪涌保護(hù)裝置，接口類型為RJ11，而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)前端需要加設(shè)RJ45類型的浪涌保護(hù)裝置。對于浪涌保護(hù)裝置來說，響應(yīng)時間不低于10ns。

4.3 值班室和觀測場共同防護(hù)直擊雷

建筑物在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時，大多為加裝接閃桿、接閃帶或者是綜合性的接閃裝置，利用建筑物柱子里的主筋或者從上至下貫穿的鋼結(jié)構(gòu)作為引下線，底端的將把雷擊電流順利地傳導(dǎo)到大地之中。接閃桿的實(shí)際高度需要確保觀測區(qū)域內(nèi)的所有裝置都處在保護(hù)區(qū)間中，并且接閃桿要能夠承擔(dān)150kA以上的電流沖擊。

觀測區(qū)域中，風(fēng)向傳感裝置一般會裝設(shè)在11m左右的風(fēng)桿位置，因此對于雷擊反應(yīng)較為靈敏。所以在保護(hù)風(fēng)向傳感裝置時要在頂部安裝接閃桿，同時接閃桿和引下線均不可以同風(fēng)桿連接，要采用絕緣桿支撐，引下線附近位置需要建立垂直的接地體，需要同觀測場區(qū)域的地網(wǎng)有效聯(lián)通。

4.4 觀測場地網(wǎng)的設(shè)置

觀測區(qū)域內(nèi)部的各個裝置也應(yīng)當(dāng)和地網(wǎng)相互聯(lián)通。不僅如此，觀測區(qū)域的地網(wǎng)會沿著電纜線路直到控制室，和內(nèi)部的電子設(shè)備結(jié)合在一起。由此來說，接地體需要埋設(shè)在電纜通道的最下層，掩埋高度也要和地面間隔1m以上，鋪設(shè)完成后要將土壤回填并將其壓實(shí)。

5 結(jié)束語

對于自動氣象站來講，雷擊所產(chǎn)生的危害是相當(dāng)嚴(yán)重的，為此需要做好防雷接地措施，為自動氣象站提供良好的保護(hù)。同時在開展防雷接地設(shè)計(jì)施工時，需要對自動氣象站的特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，并在此基礎(chǔ)上開展防雷保護(hù)。