自動站防雷工作中的問題分析及安全防護

李洪偉

內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟氣象災(zāi)害防御中心 內(nèi)蒙古興安盟 137400

1 自動氣象站易遭受雷擊的原因

自動氣象站作為一種氣象觀測設(shè)備，是融合傳感器、數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)通信等綜合技術(shù)為一體的電子設(shè)備，為各氣象要素觀測提供技術(shù)設(shè)備支撐。因此，自動氣象站作為微電子系統(tǒng)；同時，自動站建設(shè)位置一般位于空曠、海拔高的地帶，傳感器分別位于不同防雷區(qū)，各種因素增加了雷擊危險系數(shù)，對自動站防雷顯得十分重要。對于在原觀測場所的基礎(chǔ)上建設(shè)的自動氣象站來說，其防雷系統(tǒng)一般是在原有的防雷設(shè)施基礎(chǔ)上改建而成的，之前的人工觀測大多是屬于機械式的設(shè)備，相對來說抗壓的能力比較強，因此雷電災(zāi)害很少發(fā)生，更不會造成很嚴(yán)重的損失。然而現(xiàn)在的這種氣象站跟以往的有所區(qū)別，其主要是由電子設(shè)備組成的，而電子類產(chǎn)品集成度比較高，但是能量較小，抗壓的能力相對的就沒那么強，因此就比較容易遭受雷擊侵害。

2 防雷工作中存在的問題

2.1 觀測場避雷針保護范圍

在建設(shè)自動氣象站的前期，需要對其周圍觀測場地進行仔細(xì)研究觀察，運用公式計算和分析算出避雷針的有效保護范圍，但是計算結(jié)果數(shù)據(jù)表明，觀測場避雷針的保護范圍不符合規(guī)范要求，從而降低了自動氣象站防雷效果。

2.2 避雷針與裝有風(fēng)傳感器的鐵塔混合安裝

風(fēng)塔位于觀測站最高的位置，不僅可以承載風(fēng)感傳感器，而且可以起到避雷接閃器作用，作為獨立的避雷裝置使用?！督ㄖ锓览自O(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，獨立的避雷針支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯(lián)系的電纜、管道等這些金屬物之間的距離應(yīng)＞3m。風(fēng)塔與避雷針應(yīng)保持合適的距離，以免遭受雷擊時形成瞬間電位差以及雷電通過避雷針要和橫臂之間的時間差，從而損害風(fēng)傳感器。

2.3 風(fēng)桿上的避雷針引下線、風(fēng)向等安裝的不規(guī)范

一些自動氣象站在建立期間，重點對風(fēng)速信號的美觀性進行分析，風(fēng)桿上的避雷針在金屬管內(nèi)并行引下，從而無法滿足現(xiàn)代化規(guī)定。風(fēng)向風(fēng)速信號線是利用帶有屏蔽層的電纜，無法對避雷針接閃后產(chǎn)生的電磁脈沖進行屏蔽，其存在的風(fēng)速信號線感應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)高壓大，從而影響采集器的正常運行，產(chǎn)生嚴(yán)重的數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象[1]。

2.4 屏蔽層單點接地或不接地

屏蔽層僅有一端做等電位連接，這種做法只能防止靜電感應(yīng)，而對于磁場強難度變化產(chǎn)生的感應(yīng)電壓并不能起到防止作用，因此為了保障電子信號的穩(wěn)定和通暢，自動氣象站觀測場應(yīng)采取措施盡量減免電磁干擾對其產(chǎn)生的威脅，應(yīng)對觀測電子設(shè)備加以金屬化保護措施，以及電纜屏蔽層至少在兩端并且在防雷區(qū)交界處做等電位連接。

3 自動站的安全防護措施

3.1 全方位防雷設(shè)計

自動化氣象站是氣象觀測重要設(shè)備，所以防雷措施必須要做好，為使雷電對自動氣象站的損失降到到最低，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)自動站多通道侵入特點，建設(shè)綜合一體化的防雷體系。對于雷擊重要防護區(qū)予以重點防護，特別針對電源系統(tǒng)，依據(jù)雷電引入的概率、強度及特性進行多層面防護，必要時可采取隔離措施。

3.2 接地網(wǎng)的合理設(shè)置

對接地網(wǎng)進行合理設(shè)置也能達到有效的防雷效果。在地網(wǎng)接入工作中，需要根據(jù)自動氣象站的實際布局情況、管道走向以及工作中的相關(guān)要求，將地網(wǎng)圍繞觀測場，并按照管道的方向?qū)崿F(xiàn)連接與安裝，這樣才能促進自動氣象站全面觀測效果以及金屬接地效果的實現(xiàn)。其中，靜電線在信息采集箱上也需要將其連接到接地網(wǎng)。同時，將信息采集箱上的金屬固件、金屬管相互連接，這樣促進等電位連接的形成，保證防雷設(shè)施的合理實現(xiàn)。也可以為其安裝電源避雷器，當(dāng)緊急處理情況下，利用電源避雷器不僅能免受其他電子設(shè)備受到損害，還能促進自動化氣象站的穩(wěn)定運行[2]。

3.3 避雷針的安裝和承載風(fēng)傳感器

一般的話，自動站可采用風(fēng)向感應(yīng)區(qū)裝載到風(fēng)塔上，這樣就可以在風(fēng)塔中位于一個最高觀測的位置，而風(fēng)塔又可以承載風(fēng)力與風(fēng)向力度的作用。與此同時，還可以當(dāng)做一個現(xiàn)場的直擊雷擊閃器，站在比較通俗的角度上看，這就相當(dāng)于是一根避雷針。只有通過建立一系列系統(tǒng)的獨立避雷針支柱，并能夠?qū)⒊薪咏拥匮b置和被保護的自動氣象站。若是風(fēng)傳感器在遭受雷擊之后，這就必須要能夠避雷針與承載風(fēng)傳感器進行組合。

3.4 信號線的合理設(shè)置

在每一個的傳感器中，各個傳感器當(dāng)中的信號電纜都需要靈活處理，同時已經(jīng)接地的金屬管需要能夠及時放置，或是可以帶有金屬管的PVC套管當(dāng)中，相應(yīng)的接閃器的設(shè)置要切實做好。將避雷針設(shè)置的信號線和上引下線以及電源線分管穿行，這樣才能做到有效防止線上雷電反擊信號線，避免影響電源線和信號線。

3.5 浪涌電壓防護

雷電產(chǎn)生的過電壓可對自動站內(nèi)部電子元件造成嚴(yán)重?fù)p壞，對自動氣象站加裝浪涌保護器SPD可有效制約瞬態(tài)過電壓對自動站內(nèi)部電子元件造成影響。低壓配電系統(tǒng)電源線上使用具有金屬外殼或者帶絕緣套穿過金屬管引入室內(nèi)，并且要對其兩端進行接地。如果對自動站架空線路防雷改造埋地引入有困難，則可將架空線路上終端前第一、第二桿上的絕緣子鐵腳做接地處理，并在終端桿上增設(shè)一組流通量不小于100KA的電源浪涌保護器即可。