小型自動(dòng)氣象站在雷電防護(hù)方面存在的主要問題

閆友理 杜明峰 李旭欽

【摘 要】本文針對(duì)現(xiàn)在小型自動(dòng)氣象站存在的一些問題，提出一些意見及看法。

【關(guān)鍵詞】小型自動(dòng)氣象站、防雷

【中圖分類號(hào)】P457 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0064-01

一、前言

近幾年，暴雨冰雹大風(fēng)等惡劣天氣出現(xiàn)頻率越來越高。很多地區(qū)還出現(xiàn)50年甚至100年一遇的強(qiáng)降水。生活中我們也經(jīng)常收到各種級(jí)別的氣象預(yù)警。面對(duì)這些情況，氣象觀測(cè)及數(shù)據(jù)采集工作的重要性不言而喻。如今小型自動(dòng)氣象站已成為開展精細(xì)化預(yù)報(bào)、氣象決策服務(wù)所不可缺少的氣象信息來源。為了保證它的正常運(yùn)行，本文從雷電防護(hù)的角度，闡述了大多數(shù)小型氣象自動(dòng)站存在的一些隱患，并提出一些建議。

二、小型自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)的概述

2.1首先從環(huán)境角度考慮，小型自動(dòng)氣象站建設(shè)的地理環(huán)境多位于空曠凸現(xiàn)區(qū)域，如常見的建筑物屋頂。這種環(huán)境在雷電學(xué)里是極易遭受雷擊的位置。

2.2其次從自動(dòng)站的自動(dòng)化電子系統(tǒng)的構(gòu)成來看，它主要有采集器、傳感器和主控微機(jī)三大部分組成，這些設(shè)備一旦遭受雷電侵襲，可能造成系統(tǒng)癱瘓甚至損毀。

2.3國家氣象規(guī)范也對(duì)自動(dòng)氣象站場(chǎng)室防雷等級(jí)劃分做出了嚴(yán)格的要求，根據(jù)安裝自動(dòng)氣象站的臺(tái)站性質(zhì)、發(fā)生雷擊事故的可能性和后果以及雷暴日數(shù)，將自動(dòng)氣象站場(chǎng)室的雷電防護(hù)等級(jí)分為三級(jí)。

遇有下列情況之一時(shí)，自動(dòng)氣象站場(chǎng)室防雷等級(jí)應(yīng)劃分為一級(jí)。

a）國家基準(zhǔn)氣候站、大氣本底站；b）地處平均雷暴日大于（含）30d/a（d/a：天/年）的國家基本氣象站；

c）地處平均雷暴日大于（含）80d/a的一般氣象站以及其他場(chǎng)所；

遇有下列情況之一時(shí)，自動(dòng)氣象站場(chǎng)室防雷等級(jí)應(yīng)劃分為二級(jí)。

a）地處平均雷暴日小于30d/a國家基本氣象站； b）地處平均雷暴日大于（含）40d/a且小于80d/a的一般氣象站和其他場(chǎng)所；

除一級(jí)和二級(jí)防雷自動(dòng)氣象站場(chǎng)室以外的自動(dòng)氣象站場(chǎng)室，均應(yīng)劃為三級(jí)防雷自動(dòng)氣象站場(chǎng)室。

三、小型自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)的現(xiàn)存問題

自動(dòng)站環(huán)境的特殊性，建設(shè)自動(dòng)站時(shí)一般考慮到了自動(dòng)站的直擊雷防護(hù)，多采用安裝獨(dú)立的接閃桿進(jìn)行防護(hù)。但實(shí)際很多自動(dòng)站的防雷裝置并沒有嚴(yán)格按要求設(shè)計(jì)施工，反而給設(shè)備帶來了更大的隱患。

3.1很多小型自動(dòng)氣象站的風(fēng)傳感器的固定桿多直接做接閃桿使用，一旦接閃，雷電流將沿著接閃桿入地。這種情況下雷電流對(duì)傳感器會(huì)造成很強(qiáng)的閃電電涌侵入。

3.2 近年來很多自動(dòng)站都加裝了獨(dú)立接閃桿，意圖對(duì)各采集設(shè)備進(jìn)行直擊雷雷電防護(hù)。但實(shí)際雷電防護(hù)的效果卻沒有達(dá)到。例如很多建在高層建筑屋面上方的自動(dòng)氣象站，裝設(shè)的獨(dú)立接閃桿高度很多只有4米左右（這點(diǎn)是一般是由施工難度及造價(jià)等原因所致），而風(fēng)傳感器的固定桿高度一般都有2米以上，2桿的水平距離一般都有3米，通過滾球法，很容易得出，此獨(dú)立桿根本無法保護(hù)風(fēng)傳感器。

3.3 小型自動(dòng)氣象站內(nèi)的設(shè)備沒有專門的接地端子，很多直接連接在建筑物的引下線處。表面上看，設(shè)備是做了等電位處理，實(shí)際一旦建筑物接閃帶或接閃桿接閃，強(qiáng)大的雷電流通過引下線泄放的過程中，將會(huì)對(duì)直接連接在引下線上的設(shè)備造成嚴(yán)重的閃電電磁干擾。

3.4小型自動(dòng)氣象站設(shè)備的供電存在很大安全隱患。

首先因?yàn)榻^大多數(shù)小型自動(dòng)氣象站的建設(shè)都是在有需要的時(shí)候才進(jìn)行選址，并不是建筑主體建設(shè)的時(shí)候就有規(guī)劃。在這種情況下，小型自動(dòng)站設(shè)備的供電線路一般都是另外敷設(shè)，而所敷設(shè)的電源線幾乎都沒有做屏蔽處理，更有甚者，為了布線方便，直接將電源線捆綁在接閃帶上。這種做法對(duì)設(shè)備及線路帶來了極大的危險(xiǎn)性。

其次，自動(dòng)氣象站的電子設(shè)備及線路基本未安裝電涌保護(hù)器。在前文所敘述的各種防雷隱患存在的情況下，又未安裝電涌保護(hù)器，更加大了小型自動(dòng)氣象站遭受雷電的風(fēng)險(xiǎn)。

最后，有些自動(dòng)站就算安裝了電涌保護(hù)器，其參數(shù)也很少符合規(guī)范要求。一般都未安裝T1類實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品，而且為了節(jié)約成本，很多電涌保護(hù)器沒有專用的接地點(diǎn)，接地形式也沒采用凱文接線法，其安裝根本達(dá)不到規(guī)范要求。

四、如何改變氣象自動(dòng)站雷電防護(hù)現(xiàn)狀

防雷工程是多學(xué)科、多行業(yè)相互聯(lián)系的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。因此，自動(dòng)氣象站的防雷也是綜合各個(gè)領(lǐng)域防雷的一門專門技術(shù)。它不僅需要考慮防直擊雷，還要考慮防閃電靜電感應(yīng)、閃電電磁感應(yīng)和閃電電涌的侵入。我就從這兩方面做以下闡述。

4.1 直接雷防護(hù)部分

其接閃器、引下線和接地體的布置要嚴(yán)格按規(guī)范要求設(shè)計(jì)及施工。對(duì)于風(fēng)傳感器的固定桿做接閃桿的情況，將接閃桿系統(tǒng)與風(fēng)傳感器部分分開設(shè)置，塔標(biāo)管內(nèi)置引下線向外引出與接地網(wǎng)接地。塔桿與接地網(wǎng)須等電位連接，并按照防雷規(guī)范保持兩個(gè)系統(tǒng)間有效的距離；若觀測(cè)場(chǎng)地受到限制，確實(shí)難以分開的，也應(yīng)考慮將接閃桿保持與風(fēng)傳感器更大的距離，做好引下線與風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)傳輸線之間的電磁屏蔽。

如做獨(dú)立桿保護(hù)自動(dòng)氣象站，其獨(dú)立桿的保護(hù)范圍以及安裝和接地電阻等一定要符合規(guī)范要求。以上接閃桿的接地極盡量安置在觀測(cè)場(chǎng)外，使得數(shù)據(jù)線纜等可以保持與接地連接線之間的安全距離。距離不夠時(shí)，設(shè)法使線纜與接地線的角度增大，最好成直角。

特別強(qiáng)調(diào)，如自動(dòng)氣象站為一類時(shí)，必須裝設(shè)獨(dú)立接閃桿或架空接閃線或網(wǎng)。

4.2接地及沖擊接地電阻

對(duì)于電氣設(shè)備、桿塔、構(gòu)架或過電壓保護(hù)裝置等用接地線或接地極連接的措施，根據(jù)其作用可分為功能性接地和保護(hù)性接地兩類，包括工作接地、保護(hù)接地、過電壓接地、防靜電接地、屏蔽接地等。小型氣象自動(dòng)站接地系統(tǒng)應(yīng)采用共同地網(wǎng)，單點(diǎn)接地方式，沖擊接地電阻宜小等于1Ω。如果需新建地網(wǎng)，宜采用水平環(huán)型地網(wǎng)，其沖擊沖擊電阻宜小等于1Ω。

4.3雷電感應(yīng)防護(hù)部分，主要考慮電源系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)。

4.3.1電源系統(tǒng)

如設(shè)備采用TN-S或TN-C-S系統(tǒng)供電時(shí)，線路如在LPZ0區(qū)的部分一定要做屏蔽處理。在設(shè)備端和線路由LPZ0區(qū)進(jìn)入LPZ1區(qū)的位置，安裝T1類實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的電涌保護(hù)器。其參數(shù)要符合規(guī)范要求。

現(xiàn)在很多地區(qū)的小型自動(dòng)氣象站都采用太陽能供電，這點(diǎn)非常值得提倡的。它大大降低了供電線路對(duì)自動(dòng)氣象站及建筑物內(nèi)部的設(shè)備因雷電遭受的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3.2信號(hào)系統(tǒng)

信息設(shè)備損壞的主要原因是雷電浪涌通過各種信號(hào)線和電源線引入設(shè)備內(nèi)部，破壞其芯片和接口，所以應(yīng)在信號(hào)線之間加裝信號(hào)防雷裝置。具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)備及規(guī)范要求仔細(xì)分析。這里值得強(qiáng)調(diào)的是，除了安裝電涌保護(hù)器，綜合布線也非常重要。電源線、信號(hào)線必須分開專門敷設(shè)。弄清各個(gè)線纜電流的方向，設(shè)計(jì)好地線的走向和線纜的距離。保證線路之間的安全間距，通過對(duì)線路進(jìn)行屏蔽、接地、均壓、等電位連接等綜合處理而達(dá)到減少電磁干擾的目的。應(yīng)重點(diǎn)考慮雷電過程可能存在的電感性影響。

五、結(jié)束語

小型自動(dòng)站的雷電防護(hù)安全，直接關(guān)系到了氣象數(shù)據(jù)的正常采集。它為氣象系統(tǒng)及時(shí)而準(zhǔn)確的給社會(huì)提供服務(wù)做了保障。因此，我們應(yīng)該結(jié)合各方努力，盡快解決和完善小型自動(dòng)站存在的相關(guān)問題。建設(shè)一個(gè)更加美好而和諧的社會(huì)。

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