雷電對自動氣象站的破壞方式及防治對策探討

1、雷電對自動氣象站的破壞方式及防治對策探討 摘要：本文主要對雷電對自動氣象站的破壞方式及防治對策進(jìn)行分析與探討，以供同仁參考。 關(guān)鍵字：自動氣象站；雷電破壞； 防雷對策 一、前言 自動氣象站，是一套自動化程度高、數(shù)據(jù)采集精度高的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)從各種數(shù)據(jù)的采集到合成運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳速，大量運(yùn)用了微電子技術(shù)。由于設(shè)備電路的精密集成度高，且工作于室外，甚至工作于惡劣的環(huán)境條件下。而近年來氣候環(huán)境惡化、天氣變化反復(fù)無常、雷電災(zāi)害也呈逐年上升趨勢。從而造成我國自動氣象站每年因雷擊、雷電電磁脈沖入侵、操作過電壓等因素的影響造成故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了各種氣象要素的正常采集。由于感應(yīng)雷電及雷電電磁脈沖的入

2、侵易損壞相應(yīng)的電子設(shè)施，加之設(shè)備自身電纜饋線的裸露，感應(yīng)雷擊的危害明顯增加，僅靠避雷針已遠(yuǎn)不能滿足自動氣象站的防雷實際需求。因此，需做好系統(tǒng)接地工作和對臺站設(shè)備實施綜合防雷工程。本文主要對雷電對自動氣象站的破壞方式及防治對策進(jìn)行分析與探討，以供同仁參考。 二、雷電對自動氣象站的破壞方式 自動氣象站有室內(nèi)和室外兩部分組成，室外為感應(yīng)部件，室內(nèi)為資料處理和顯示部分，室內(nèi)室外加上數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備構(gòu)成一個完整的自動氣象觀測站系統(tǒng)。雷擊造成自動氣象站損壞的主要方式有三種：一是直擊雷直接擊中室外的傳感器、數(shù)據(jù)采集器等。其中風(fēng)桿是最容易直接遭受雷擊損壞的；二是雷電擊中與自動氣象站相連的電源線、信號線上，雷電波通

3、過傳導(dǎo)藕合的方式引入；或雷擊放電發(fā)生在自動氣象站附近，其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的變化電磁場，使處在這個變化電磁場中的自動站的電源線、信號線等導(dǎo)體上感應(yīng)出強(qiáng)大的電動勢，并沿著導(dǎo)體傳到設(shè)備，造成設(shè)備因雷電波人侵和雷電感應(yīng)而損壞；三是自動氣象站防雷地網(wǎng)不符合要求，接地電阻過大，造成雷電流無法迅速地泄人大地。發(fā)生雷擊時，電荷在地極周圍堆積，電位向上浮動，形成很高的電壓，這個高電壓會沿著設(shè)備的接地線加到設(shè)備上，對設(shè)備進(jìn)行反擊，造成設(shè)備的損壞。 三、自動氣象站的防雷對策 （1）值班室和觀測場的直擊雷防護(hù)。常規(guī)的建筑物防直擊雷一般是在建筑物中安裝避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶或者將它們混合組成接閃器，把建筑物頂部的板筋和內(nèi)部

4、的柱子內(nèi)的主鋼筋作為引下線，建筑物底部的基礎(chǔ)鋼筋作為接地體，實現(xiàn)將雷電流安全的排放到大地中。還有就是避雷針的針體高度要保證觀測場的風(fēng)速風(fēng)向傳感器位于其保護(hù)范圍內(nèi)，同時針體可以耐受150ka的雷電流沖擊。在觀測場中，風(fēng)向和風(fēng)速傳感器是安裝在11.0米高的風(fēng)桿上的，對雷擊十分敏感，因此需要在它們頂端設(shè)置避雷針，避雷針以及避雷針的引下線均不能直接與風(fēng)桿相連，必須用絕緣桿與風(fēng)桿固定，避雷針的引下線入地點附近要設(shè)置垂直接地體，接地體也要與觀測場地網(wǎng)進(jìn)行可靠的電氣連接。一般自動氣象站的避雷針是利用直徑16毫米、長度1500毫米的圓鋼制成的，水平絕緣距離500米。防雷接地裝置接地電阻小于4。該避雷針可保護(hù)自

5、動氣象站內(nèi)的所有儀器設(shè)備，免受直擊雷的侵害。 （2）計算機(jī)機(jī)房內(nèi)部防雷系統(tǒng)。自動氣象站的大部分室內(nèi)設(shè)備都是安裝在計算機(jī)機(jī)房內(nèi)部，傳感器和采集器獲得的數(shù)據(jù)都要在這里進(jìn)行處理和存儲，計算機(jī)機(jī)房可以算的上是一個自動氣象站的心臟。計算機(jī)機(jī)房的設(shè)備包括氣象站的服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、ups等等。在計算機(jī)機(jī)房中要進(jìn)行等電位連接，等電位連接配設(shè)在計算機(jī)機(jī)房的配電箱中，一般采用s型星型結(jié)構(gòu)。 （3）自動站電源防雷。自動氣象站設(shè)備用220v10%、50hz交流電，從配電盤接專線供電，不能與其他用電混用，對自動站電源線防雷可采用三級防雷保護(hù)措施。在配電房市電進(jìn)線總開關(guān)處安裝一個380v、通流量為60

6、ka（8/20s）電涌保護(hù)器spd1作為感應(yīng)雷防護(hù)的第一級，在值班室總配電開關(guān)處安裝一個380v，通流量為40ka（8/20s）的電涌保護(hù)器spd2作為感應(yīng)雷防護(hù)的第二級。配電房進(jìn)入值班室的電源線應(yīng)穿金屬管并沿電纜溝埋地敷設(shè)，金屬管首端與配電房保護(hù)地接地屏蔽，尾端入室處與值班室工作地接地屏蔽。在自動站ups前端安裝一個220v，通流量為20ka（8/20s）的電涌保護(hù)器spd3作為感應(yīng)雷防護(hù)的末級。自動站ups輸出分兩路，一路給微機(jī)及打印機(jī)供電，另一路給自動站供電器供電，供電器輸出也分兩路，一路給室內(nèi)采集器供12v直流專用，一路給室外風(fēng)傳感器供220v5%交流電，這路交流供電線路也要具備感應(yīng)雷

7、防護(hù)措施。就是對風(fēng)傳感器電源線穿金屬管屏蔽，金屬管沿自動站線纜地溝敷設(shè)，其首尾兩端應(yīng)分別接地屏蔽。 （4）自動站通信線路防雷。為了將氣象報表及時上傳，自動站微機(jī)的通信moden接口一般配置專用通信線，此通信線應(yīng)穿金屬線槽并沿自動站線纜地溝埋地引入值班室，金屬線槽首尾兩端接地屏蔽。同時在通信線接入moden接口的前端安裝一個信號電涌保護(hù)器，以防感應(yīng)雷從通信線路侵入，損壞設(shè)備。對它們的防護(hù)可選擇標(biāo)稱放電電流為5ka（80/20？s、漏電流20？a、插入損耗0.3db的信號spd；spd的接地線要盡量短，一般 （5）自動站遙測信號線防雷。自動氣象站的溫度、濕度、雨量、地溫、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器采集的氣象

8、要素變化信號經(jīng)各個信號傳輸線匯集于室外專用信號箱（信號箱一般安裝在觀測場內(nèi)）的信號1和信號2兩條專用傳輸線，這六種氣象信號經(jīng)此兩條專線接入采集器的接口電路，由于采集器接口電路內(nèi)置防感應(yīng)雷擊功能，避免系統(tǒng)由于長的信號線纜所帶來的雷電干擾和損壞。所以遙測信號線纜的入室處不用加裝信號電涌保護(hù)器。但信號箱應(yīng)與觀測場的地網(wǎng)牢固連接，使信號箱接地良好，且信號箱輸出線（即信號1和信號2傳輸線）要用金屬線槽屏蔽?？蛇x用10050金屬線槽，金屬線槽沿自動站線纜地溝敷設(shè)，一般線纜地溝尺寸為500400，金屬線槽首端與觀測場地網(wǎng)連接，尾端在進(jìn)入值班室處與工作地網(wǎng)連接，兩端接地要牢固可靠。這樣的屏蔽措施可有效削減沿遙

9、測信號線侵入的雷電波的幅值，使其幅值限壓在采集器接口電路所允許的范圍內(nèi)，避免損壞設(shè)備。 （6）觀測場地網(wǎng)的防雷接地。觀測場的地網(wǎng)主要功能就是把雷電流傳輸?shù)酱蟮?。一般情況下，地網(wǎng)是沿著圍欄周圍設(shè)計為閉合的環(huán)形，接地極安裝在圍欄外以保證數(shù)據(jù)纜線與接地線之間的安全距離。觀測場內(nèi)所有的設(shè)備必須要與地網(wǎng)實現(xiàn)牢固的連接。還有就是觀測場的地網(wǎng)沿著自動氣象站線纜地溝輻射會延伸至值班室，與值班室的采集器、計算機(jī)等設(shè)備的保護(hù)及設(shè)備的工作接地合設(shè)一個共極，輻射延伸接地體鋪設(shè)在線纜地溝的底部，埋設(shè)深度離地面至少一米，埋設(shè)完畢后要回土并且夯實被挖出的土壤。 四、結(jié)束語 總之，自動氣象站的防雷建設(shè)是綜合各個領(lǐng)域防雷的一項專門技術(shù)，它不僅要考慮防直擊雷，同時更要考慮防感應(yīng)雷和雷電波入侵，它牽涉面廣、技術(shù)性強(qiáng)，要求防雷技術(shù)人員必須熟練掌握