新型自動(dòng)氣象站的防雷技術(shù)研究

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，氣象探測(cè)設(shè)備也在不斷發(fā)展和更新，新型自動(dòng)氣象站也得到了廣泛的應(yīng)用。這些電子設(shè)備高度敏感，通常安裝在室外，存在絕緣強(qiáng)度低，耐過(guò)電壓能力差、易受到雷電電磁脈沖的干擾等缺陷。防雷措施的規(guī)范化將直接影響其正常穩(wěn)定的運(yùn)行。如果沒(méi)有采取防雷措施，一旦被雷擊，將引起故障或損壞設(shè)備，甚至可能危及人身安全。因此，非常有必要分析已建成的新型自動(dòng)氣象站的遭受雷電災(zāi)害的情況，研究新型自動(dòng)氣象站的防雷技術(shù)。

關(guān)鍵詞：新型自動(dòng)氣象站;防雷技術(shù);研究

引言

如今，我國(guó)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展在不斷改善，隨之而來(lái)的是公共安全問(wèn)題的重要性。公共安全問(wèn)題已成為各行各業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)全球氣候產(chǎn)生了一定的影響。全球變暖的后果直接導(dǎo)致暴雨，洪澇，干旱，雷電和其他自然災(zāi)害的頻繁發(fā)生。

自動(dòng)氣象站作為氣象觀(guān)測(cè)的基本手段具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)自動(dòng)氣象站監(jiān)視地球表面的天氣環(huán)境可以提供有關(guān)未來(lái)天氣狀況的信息，對(duì)該信息的分析可以提供可靠的天氣預(yù)報(bào)，并提供數(shù)據(jù)和信息支持[1]。除了預(yù)測(cè)天氣狀況，新型自動(dòng)氣象站的工作對(duì)于預(yù)測(cè)自然災(zāi)害也至關(guān)重要。但是，由于自動(dòng)氣象站通常位于地勢(shì)較高的地面上，因此沒(méi)有高層建筑可依靠。一旦出現(xiàn)雷雨天氣，雷擊的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)大大增加。因此，防雷措施在新型自動(dòng)氣象站中起著非常重要的作用，新型自動(dòng)氣象站防雷技術(shù)的研究應(yīng)該受到重視。本文將研究現(xiàn)階段新型自動(dòng)氣象站的有效防雷技術(shù)。

1.自動(dòng)氣象站與防雷技術(shù)作用簡(jiǎn)述

自動(dòng)氣象站由兩部分組成：數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)接收與處理中心。通過(guò)微處理器實(shí)時(shí)控制采集和處理。通常在每個(gè)城市都會(huì)建立自動(dòng)氣象站。社會(huì)的發(fā)展導(dǎo)致城市的擴(kuò)展，并且隨著城市的擴(kuò)展，自動(dòng)氣象站也繼續(xù)向城市外圍遷移。自動(dòng)氣象站對(duì)位置的外部環(huán)境和地形條件有嚴(yán)格的要求。自動(dòng)氣象站應(yīng)建立在地形相對(duì)較高且區(qū)域開(kāi)闊的地方。周?chē)ㄖ锏母叨炔粫?huì)影響檢測(cè)環(huán)境的仰角。因此，做好防雷工作尤為重要。

防雷措施分為兩部分：直擊雷和雷電波入侵防護(hù)。直擊雷是云層與地面之間的雷電形成。當(dāng)建筑物或人員受到直接雷擊時(shí)，生命和財(cái)產(chǎn)將受到威脅，雷電波入侵的干擾是感應(yīng)雷擊。云對(duì)地放電和云間放電同時(shí)發(fā)生。若是遭受到雷擊時(shí)，會(huì)直接增加導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電壓并造成嚴(yán)重事故[2]。因此，做好防雷技術(shù)，盡量減少雷電災(zāi)害造成的損失，可以保證新型自動(dòng)氣象站的安全運(yùn)行。

2.雷電入侵自動(dòng)氣象站途徑

2.1 直擊雷入侵

直擊雷會(huì)侵入新型自動(dòng)氣象站并擊中觀(guān)測(cè)設(shè)備，導(dǎo)致該自動(dòng)站的某些設(shè)備或所有電子信息設(shè)備受到不同程度的破壞，從而導(dǎo)致觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失，并且會(huì)影響自動(dòng)氣象站氣象要素的正常采集和上傳工作的運(yùn)行。

2.2 高電壓脈沖入侵

若自動(dòng)氣象站周邊的高層建筑區(qū)或突出物受到雷擊，電磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)將會(huì)感應(yīng)過(guò)電壓并憑借線(xiàn)纜引入室內(nèi)，導(dǎo)致新型自動(dòng)氣象站采集器及傳感器等設(shè)備受到損壞[3]，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使通信電纜絕緣層破裂，形成瞬時(shí)高壓將通訊電纜作為介質(zhì)直接引入值班室，使傳感器受到嚴(yán)重?fù)p壞，自動(dòng)氣象站觀(guān)測(cè)系統(tǒng)也會(huì)出現(xiàn)故障，致使感測(cè)資料丟失，產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失。

2.3 接地線(xiàn)入侵

如果附近的自動(dòng)氣象站被雷擊，地面上鍍金的電位勢(shì)將在短時(shí)間內(nèi)迅速增加，導(dǎo)致沿自動(dòng)氣象站上的接地線(xiàn)進(jìn)入的瞬時(shí)電勢(shì)很高。電路變成強(qiáng)電流，很容易燒毀電路組件，毀壞觀(guān)測(cè)儀器。

3.新型自動(dòng)氣象站的防雷技術(shù)

3.1 直擊雷防護(hù)

在我國(guó)北方的夏季，雷暴是常見(jiàn)的嚴(yán)重強(qiáng)對(duì)流氣候。當(dāng)暴風(fēng)雨到來(lái)時(shí)，大氣層將產(chǎn)生更濃的帶電云。當(dāng)帶電的云層與地面較低的物體（例如地面上的高層建筑物）接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的放電。強(qiáng)電流在產(chǎn)生電效應(yīng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的熱效應(yīng)，甚至?xí)谀承┙饘傥矬w的表面上產(chǎn)生一定的機(jī)械力。這一系列伴隨帶電云層的影響將具有極大的破壞性作用，特別是對(duì)于易受雷擊的建筑物，例如自動(dòng)氣象站，應(yīng)加強(qiáng)防雷保護(hù)。自動(dòng)氣象站的雷電防護(hù)主要集中在室外風(fēng)桿上。為了防止自動(dòng)氣象站受到雷擊，必須做好自動(dòng)氣象站的防雷技術(shù)，其中接閃桿的安裝是最直接的方法。

自動(dòng)氣象站可以選擇以下兩個(gè)方式來(lái)安裝接閃桿[4]。一種是將獨(dú)立接閃桿安裝在觀(guān)測(cè)場(chǎng)之外，并使用滾球法來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)安裝接閃桿的高度。在安裝過(guò)程中，注意確保將風(fēng)傳感器系統(tǒng)和接閃桿這兩者之間保持一定的安全距離。其次，在條件不允許的情況下，可以直接將接閃桿安裝在風(fēng)傳感器的金屬支架上，并使用滾球法測(cè)量接閃桿的安裝高度。安裝接閃桿時(shí)，如果受場(chǎng)地因素的限制，必須充分考慮接閃桿與風(fēng)傳感器之間的距離，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。另外，需要充分考慮風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)傳輸路徑中的雷電流引下線(xiàn)和線(xiàn)路屏蔽等問(wèn)題。

3.2 雷電波侵入防護(hù)

在雷電放電過(guò)程中，將產(chǎn)生非常強(qiáng)的電磁場(chǎng)，并且在極端天氣下電動(dòng)勢(shì)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)氣象站?？梢酝ㄟ^(guò)防止電源線(xiàn)被雷擊來(lái)保護(hù)自動(dòng)氣象站。具體的防雷措施是安裝電涌保護(hù)器，使電源線(xiàn)以并聯(lián)形式將雷電流傳輸?shù)降孛妫苑乐估纂娏髑秩腚娫淳€(xiàn)。為了確保電涌保護(hù)器在雷雨天氣下能夠正常運(yùn)行，通常為三級(jí)保護(hù)。第一級(jí)是將電涌保護(hù)器安裝在建筑物主配電開(kāi)關(guān)的電源線(xiàn)上，并在雷電出現(xiàn)時(shí)及時(shí)切斷電源。第二級(jí)是電涌保護(hù)器安裝在機(jī)房開(kāi)關(guān)的控制部分中，以提供直接保護(hù)。雷擊時(shí)，將一部分的雷電流倒入大地。第三級(jí)是將電涌保護(hù)器安裝在設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)部分或插座上以用電中斷保護(hù)電源線(xiàn)路。當(dāng)保護(hù)電源線(xiàn)中斷并且雷電沒(méi)有保護(hù)前兩個(gè)級(jí)別的自動(dòng)氣象站時(shí)，終端可以防止雷電損壞自動(dòng)氣象站。

當(dāng)導(dǎo)體被雷擊而產(chǎn)生強(qiáng)電流波時(shí)，雷擊中的中心電會(huì)將強(qiáng)電流波傳播到導(dǎo)體的兩側(cè)。電流波通過(guò)線(xiàn)路侵入自動(dòng)氣象站，從而嚴(yán)重?fù)p壞儀器和設(shè)備。影響觀(guān)測(cè)工作。對(duì)電磁脈沖射線(xiàn)的有效防護(hù)措施是加強(qiáng)自動(dòng)氣象站的機(jī)房保護(hù)，并且必須確保地板的抗靜電功能，以避免靜電引起的雷擊。在靜電地板下安裝通電的閉合電位連接帶，并安裝對(duì)角接地母線(xiàn)。接地母線(xiàn)與接地網(wǎng)雙向連接以觀(guān)察雷電感應(yīng)，將自動(dòng)氣象觀(guān)測(cè)場(chǎng)與機(jī)房之間的電位差消除;要將機(jī)房中的所有機(jī)柜和不帶電的設(shè)備與其相近的電位連接連通到一起，并連接到底線(xiàn)，以消除由雷擊引起的電位差，并將雷電流引入地面。

3.3 其他雷電防護(hù)措施

由于大多數(shù)自動(dòng)氣象站都安裝在室外，因此極易受到雷電影響，這可能在不同程度上損壞氣象站設(shè)備。因此，應(yīng)綜合運(yùn)用多種防雷措施，以達(dá)到安全防雷的目的。首先，必須進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)，即必須在共同的地面上建立聯(lián)合操作方法，以有效防止站點(diǎn)設(shè)備被雷擊;其次，應(yīng)在設(shè)備安裝室內(nèi)安裝結(jié)構(gòu)鋼條和金屬框架門(mén)窗，形成比較完整的屏蔽罩，以防雷電;最后，還可以使用內(nèi)置電纜有效防止雷電侵入。

結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)氣象產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)氣象站防雷技術(shù)被廣泛應(yīng)用。然而，由于氣象條件的不確定性以及不受人類(lèi)控制的特性，所有技術(shù)和方法僅增加了防雷保護(hù)系數(shù)，不能保證自動(dòng)氣象站不會(huì)受到雷電的破壞。為了進(jìn)一步增強(qiáng)防雷效果，有必要加強(qiáng)防雷設(shè)施的日常維護(hù)，同時(shí)采用最新的技術(shù)手段，確保自動(dòng)氣象站防雷技術(shù)發(fā)揮作用，確保新型自動(dòng)氣象站的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]孫大雨. 自動(dòng)氣象站防雷技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J]. 農(nóng)家科技（下旬刊）， 2019， 000（003）：110.

[2]曾嘉宇， 覃偉明， 何忠栩. 自動(dòng)氣象站的防雷與接地技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)， 2018， 038（020）：228-228.

[3]吳洪勇. 淺析自動(dòng)氣象站防雷措施及分析[J]. 農(nóng)家參謀， 2018.

[4]覃偉明， 曾嘉宇， 吳松杰. 氣象觀(guān)測(cè)站防雷技術(shù)的應(yīng)用研究[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)， 2018， 038（022）：244.

作者簡(jiǎn)介：王敏（1971-），女，漢族，河南省開(kāi)封市人，本科學(xué)歷，工程師，從事氣象服務(wù)與應(yīng)用氣象。