自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)技術(shù)探析

黃嘉穩(wěn)

摘要：實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的自動(dòng)氣象站很容易遭受雷擊，這與其所處環(huán)境的特殊性和電子元件的脆弱性有直接關(guān)系?；诖?，本文將簡(jiǎn)單介紹自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)常用技術(shù)，深入探討自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用，希望研究?jī)?nèi)容能夠給相關(guān)從業(yè)人員以啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站;雷電防護(hù)

引言

自動(dòng)氣象站是利用綜合性電子電氣設(shè)備、系統(tǒng)實(shí)行的數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、分析活動(dòng)的氣象勘察體系。它主要包括風(fēng)向、溫度、濕度、雨量、蒸發(fā)量等方面的信息收集。為了確保自動(dòng)氣象站能夠精準(zhǔn)地進(jìn)行氣象資訊的傳輸和發(fā)送，做好雷電防護(hù)，是該部分活動(dòng)實(shí)施開展的重要內(nèi)容。

1自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)常用技術(shù)

1.1防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)技術(shù)

直擊雷電對(duì)自動(dòng)氣象站的威脅較大，直擊雷防護(hù)能力不足是很多自動(dòng)氣象站存在的通病，因此需采用防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)技術(shù)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)富蘭克林避雷針不足和缺陷的彌補(bǔ)，強(qiáng)化自動(dòng)氣象站的直擊雷防護(hù)性能，該技術(shù)的應(yīng)用需以防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)裝置為核心。防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)技術(shù)能夠?qū)纂娭鞣烹娗肋M(jìn)行改變，通過(guò)雷電與防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)裝置的“梯級(jí)先導(dǎo)”相互作用，保護(hù)物上方的電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度即可得到有效控制，保證具體數(shù)值不會(huì)達(dá)到擊穿空氣標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)氣象站可由此實(shí)現(xiàn)地閃“回?fù)簟钡挠行ьA(yù)防并規(guī)避直擊雷問(wèn)題。防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)裝置能夠由雷云電場(chǎng)啟動(dòng)，雷電自身能量可在防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)技術(shù)作用下開展雷擊發(fā)生的抵御，屬于無(wú)源設(shè)備的防地閃回?fù)舯Ｗo(hù)裝置存在較低的接地電阻值要求，在自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用價(jià)值較高。

1.2地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)還需要得到地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的支持，該技術(shù)能夠有效地解決電位反擊、電磁輻射等雷電相關(guān)問(wèn)題，具體應(yīng)用需關(guān)注四方面內(nèi)容：第一，科學(xué)設(shè)置隔離措施，地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用需結(jié)合自動(dòng)氣象站實(shí)際進(jìn)行接地裝置的獨(dú)立設(shè)置，保證其他金屬管線與觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)地網(wǎng)間的安全距離達(dá)標(biāo)?？紤]到一些特殊因素影響下自動(dòng)氣象站無(wú)法獨(dú)立設(shè)置接地裝置，此時(shí)可采用共用接地的獨(dú)立接閃桿地網(wǎng)與觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)地網(wǎng)，同時(shí)保證二者連接于地網(wǎng)最遠(yuǎn)端，沿接地體的兩者地網(wǎng)連接長(zhǎng)度最小應(yīng)控制為20m，土壤電阻率帶來(lái)的影響需同時(shí)得到重視;第二，采用正方形網(wǎng)格狀環(huán)形地網(wǎng)。均勻分布的地網(wǎng)電位直接影響自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)性能，基于地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，可考慮設(shè)置正方形網(wǎng)格狀環(huán)形地網(wǎng)，以此優(yōu)化控制各地網(wǎng)節(jié)點(diǎn)地電位差。具體需保證存在5m×5m內(nèi)的尺寸，并遵循一類防雷網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行正方形網(wǎng)格狀環(huán)形地網(wǎng)的布置，且與值班室地網(wǎng)并電位連接，最少需存在2處連接點(diǎn);第三，合理設(shè)置等電位連接帶。在風(fēng)桿接閃桿接地線附近直接將觀測(cè)場(chǎng)電纜溝接入的情況較為常見，而結(jié)合地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，需在該處進(jìn)行等電位連接帶的合理設(shè)置，等電位連接帶應(yīng)以安全散流距離作為主要依據(jù)，均壓水平接地極的敷設(shè)需與電纜溝平行;第四，垂直接地極的針對(duì)性增設(shè)。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)氣象站對(duì)地電位反擊和電磁輻射的更好應(yīng)對(duì)，基于地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，還應(yīng)關(guān)注垂直接地極的科學(xué)增設(shè)，接閃桿、主采集器等設(shè)備的接地處應(yīng)設(shè)置垂直接地極，接閃桿外引接地需同時(shí)設(shè)置深基礎(chǔ)接地，作為自然接地體的風(fēng)桿拉線塔基礎(chǔ)可得到有效利用，具體接地深度需要不小于3m。

1.3 SPD保護(hù)技術(shù)

自動(dòng)氣象站很容易受到雷擊接閃桿帶來(lái)的影響，因此SPD保護(hù)技術(shù)需要得到充分應(yīng)用，以此強(qiáng)化信號(hào)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的保護(hù)。SPD保護(hù)技術(shù)在信號(hào)系統(tǒng)中的應(yīng)用可選擇PCB集成電路板式設(shè)計(jì)，這種SPD設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)有限的采集終端安裝空間，有效實(shí)現(xiàn)分采終端、主采集器、主采集器至分采終端的SPD保護(hù)。同時(shí)，該SPD設(shè)計(jì)需結(jié)合高能量信號(hào)電涌保護(hù)器（D1類），有效防護(hù)直擊雷能量;SPD保護(hù)技術(shù)在電源系統(tǒng)的應(yīng)用需基于場(chǎng)室低壓配電線路的具體需要設(shè)置專線供電，電纜需具備金屬護(hù)套或絕緣護(hù)套，以此穿金屬管全線埋地引入電纜，同時(shí)需要就近可靠接地電纜金屬管及金屬護(hù)套兩端。為保護(hù)低壓配電系統(tǒng)，SPD需科學(xué)設(shè)置，一般主采集器箱保護(hù)選用SPD4（B+C型），也可以采用復(fù)合型SPD，充分利用其直擊雷與感應(yīng)雷防護(hù)功能，直擊雷能量地電位反擊可實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)對(duì)。

2自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)方式

2.1電源線防護(hù)策略

范圍內(nèi)自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)工作開展期間，電源線部分主要是針對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)。一方面，直擊雷會(huì)通過(guò)高壓線出現(xiàn)壓力提升的問(wèn)題，造成自動(dòng)氣象站內(nèi)部線路損毀。另一方面，直擊雷耦合電壓突然增大，會(huì)造成自動(dòng)氣象站內(nèi)低壓供電穩(wěn)定性的降低。為此，自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)時(shí)，電源線部分主要采取線路防雷調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，以及日常電源線防雷監(jiān)管兩種方式。前者是在總電源線進(jìn)戶部分，采用電源線單相專項(xiàng)調(diào)配法進(jìn)行處理優(yōu)化。比如技術(shù)人員采用專業(yè)的線路，進(jìn)行氣象站中電源線的針對(duì)性防護(hù)。后者是通過(guò)做好供電系統(tǒng)、自動(dòng)站設(shè)備線路日常監(jiān)管等活動(dòng)，進(jìn)行電動(dòng)氣象站的綜合管理和防護(hù)。比如形成與自動(dòng)氣象站日常工作相互對(duì)應(yīng)的管理制度，從基層工作人員，到管理人員相互協(xié)調(diào)的日常管理。

2.2傳感器通道雷電預(yù)防法

自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)工作具體過(guò)程中，針對(duì)傳感器部分進(jìn)行預(yù)防管理，能夠達(dá)到內(nèi)部與外部設(shè)備因素綜合防護(hù)的效果。外部進(jìn)行傳感器防護(hù)調(diào)節(jié)時(shí)，做好空曠傳感器外部電壓過(guò)大的防護(hù)，可避免雷電直擊的危險(xiǎn)。自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)時(shí)，傳感器防雷通道部分，可通過(guò)接線絕緣保護(hù)法進(jìn)行防護(hù)。氣象站雷電防護(hù)工作具體實(shí)施期間，在傳感器通道雷電預(yù)防方面應(yīng)采取了以下措施：①按照自動(dòng)氣象站設(shè)備規(guī)劃結(jié)構(gòu)，做好傳感器設(shè)備主體、以及關(guān)聯(lián)線路部分的電壓調(diào)整，利用空氣開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)化控制。一旦氣象站中外部設(shè)備受到雷電直擊時(shí)，線路上關(guān)聯(lián)的空氣開關(guān)將在第一時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉，切斷外部干擾電流傳輸渠道。②自動(dòng)化氣象站雷電內(nèi)部防護(hù)部分，主要采取的是金屬屏蔽PVC塑料套管操控法進(jìn)行線路外部輔助調(diào)節(jié)。結(jié)合當(dāng)前自動(dòng)氣象站傳感器設(shè)備基本情況，不斷進(jìn)行防雷通道中傳感器管控要素的管理與調(diào)節(jié)，是做好信號(hào)傳輸體系的有效方法。

2.3利用地網(wǎng)防護(hù)設(shè)備

自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)，充分利用地網(wǎng)作為圍欄防護(hù)，也是有效策略。觀測(cè)廠內(nèi)所有設(shè)備均與地網(wǎng)之間相互關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)范圍之內(nèi)，自動(dòng)氣象站基礎(chǔ)設(shè)備部分的延展性防護(hù)與調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)設(shè)備保護(hù)與接地線路部分采用共極法進(jìn)行調(diào)節(jié)，也是輻射延展性接地鋪設(shè)的有效方式，它能夠通過(guò)地下傳導(dǎo)與阻隔，將自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)工作控制到最佳。自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)技術(shù)方法實(shí)際運(yùn)用期間，地網(wǎng)防護(hù)設(shè)備方面的系列工作內(nèi)容主要包括：①自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)操作時(shí)，通過(guò)觀測(cè)場(chǎng)地面線路設(shè)定法，在氣象站范圍之內(nèi)，形成外部設(shè)備傳感器、信息收集裝置關(guān)聯(lián)防護(hù)，以及服務(wù)器、路由器、交換機(jī)等內(nèi)部操控裝置與之關(guān)聯(lián)的設(shè)備雷電防護(hù)體系。②將自動(dòng)氣象站防雷電網(wǎng)絡(luò)部分線路，采用共極法進(jìn)行對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)。即，內(nèi)部設(shè)備與外部設(shè)備同時(shí)與接地網(wǎng)中同一根雷電線路進(jìn)行銜接。一旦設(shè)備受到雷電信號(hào)干擾，關(guān)聯(lián)設(shè)備除了接地網(wǎng)單獨(dú)連接部分消除自身雷擊隱患，還通過(guò)共同鏈接線路，輔助另外一部分設(shè)備也做好雷擊防護(hù)輔助，從而達(dá)到自動(dòng)氣象站防雷工作的綜合性展開。

結(jié)論

綜上所述，有效進(jìn)行氣象防雷工作，是保障人民生命安全的重要前提。每位氣象工作人員都應(yīng)該對(duì)防雷工作提起重視，運(yùn)用現(xiàn)有的技術(shù)手段，發(fā)揮出氣象防雷技術(shù)應(yīng)有的作用。努力提高專業(yè)技術(shù)水平，建立起一個(gè)相對(duì)完整的氣象預(yù)報(bào)體系，增強(qiáng)群眾意識(shí)，把握技術(shù)要點(diǎn)，做好工作風(fēng)險(xiǎn)控制，從而推動(dòng)氣象防雷工作的順利開展，保障好人民的人身財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭龍光.自動(dòng)氣象站雷電災(zāi)害的原因分析及雷電防護(hù)探析[J].中國(guó)新通信，2020，22（16）：131-132.

[2]羅俊偉，王建民.自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)技術(shù)探析[J].農(nóng)村實(shí)用技術(shù)，2020，（05）：144.

[3]王媛，田人妃，鄧如露.自動(dòng)氣象站遭受雷擊的原因分析及防雷保護(hù)措施[J].農(nóng)家參謀，2020，（04）：190.