自動(dòng)氣象站防雷防護(hù)措施探究

彭明敏 何湖清

摘 要：自動(dòng)氣象站能夠克服地域、氣候的影響，傳送給人們不同地區(qū)的氣候情況，是現(xiàn)在社會(huì)普遍應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)手段。但是自動(dòng)氣象站的正常運(yùn)行經(jīng)常受到雷電的干擾，文章通過查找自動(dòng)氣象站在工程設(shè)計(jì)、施工過程中的問題，提出有效的改進(jìn)方法，在研究自動(dòng)氣象站觀測(cè)場(chǎng)設(shè)備防雷性能基礎(chǔ)上，全面分析了自動(dòng)氣象站防止雷電干擾的安全對(duì)策。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)氣象站；防雷；防護(hù)措施

自動(dòng)氣象站一般由傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、主控微機(jī)、通訊部件等幾部分組成，通過感應(yīng)外界的氣候變化產(chǎn)生傳感器中的電量的變化，然后這種變化會(huì)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的形式存儲(chǔ)到信息系統(tǒng)中，傳輸?shù)接^測(cè)部門，工作人員對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理就可以得出當(dāng)?shù)氐臍庀蟾艣r，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的氣象感知，為了確保自動(dòng)氣象站的正常運(yùn)作就必須做好防雷防護(hù)措施。

1 雷電對(duì)自動(dòng)氣象站的破壞形式

在自動(dòng)氣象站的日常運(yùn)作中主要存在四種雷電的侵害方式，第一種就是直擊雷，也就是說雷電直接擊中氣象站的設(shè)備系統(tǒng)，造成站內(nèi)設(shè)備的損壞，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)造成設(shè)備的完全癱瘓。但是在自動(dòng)氣象站一般都會(huì)安裝接閃桿等設(shè)備，這種直接擊中的情況比較不常見。第二種是高電壓脈沖，這種侵害方式產(chǎn)生自靜電感應(yīng)以及電磁感應(yīng)，這兩種感應(yīng)能夠同時(shí)反應(yīng)在電線中，達(dá)到十幾千伏的電壓，對(duì)自動(dòng)氣象站的感應(yīng)裝置產(chǎn)生不良影響，尤其是位置比較高的氣象裝置，在雷電發(fā)生時(shí)會(huì)最先受到?jīng)_擊。第三種是電位升高的現(xiàn)象，這種情況是隨著直擊雷的產(chǎn)生而發(fā)生的，雷電通過接地線傳到導(dǎo)線中，與導(dǎo)線連接的電路設(shè)備就會(huì)受到損害，屬于間接性的雷電沖擊。第四種雷電反應(yīng)叫做交流電線路入侵，在無人管理的情況下，自動(dòng)氣象站的用電是由低壓輸電提供的，當(dāng)這個(gè)供電裝置被雷電擊中時(shí)，產(chǎn)生的電沖就會(huì)通過導(dǎo)電線進(jìn)入到自動(dòng)氣象站的器材中，這樣就會(huì)造成設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工作失效，在自動(dòng)氣象站中電源板屬于一個(gè)比較脆弱的裝置，容易發(fā)生故障，應(yīng)該多加維護(hù)。

2 自動(dòng)氣象站防雷措施中的問題

2.1 自動(dòng)氣象站防雷裝置不規(guī)范

部分自動(dòng)氣象站風(fēng)向、風(fēng)速信號(hào)線在不單獨(dú)穿金屬管保護(hù)的情況下，僅考慮到布線美觀需要，與風(fēng)桿上接閃桿引下線在風(fēng)桿金屬管內(nèi)并行引下，這相當(dāng)于將風(fēng)速信號(hào)電纜敷設(shè)在接閃桿引下線上，嚴(yán)重違反了文獻(xiàn)[1]第3.5.6條的規(guī)定[1]。在這種情況下，風(fēng)向電纜自身就攜帶著屏蔽設(shè)備，但是它的屏蔽層沒有足夠的能力來抵擋雷電沖擊的脈沖，接閃桿在每次接閃后都會(huì)產(chǎn)生損壞，風(fēng)向感應(yīng)導(dǎo)線上的承受能力不足，當(dāng)電壓過高的時(shí)候就會(huì)對(duì)采集器造成損壞，影響其正常的工作應(yīng)用。這樣的情況也比較常見，比如德國(guó)的一個(gè)自動(dòng)氣象站，其中的采集器在兩年之間損壞了三次，遭受雷電沖擊的頻率比較高。有的時(shí)候是因?yàn)椴杉鲀?nèi)部的元器件損毀造成其斷電之后無法正常運(yùn)行，有的情況就是自動(dòng)氣象設(shè)備的主要微機(jī)部分的接口遭到干擾，使得采集數(shù)據(jù)的設(shè)備的失靈，就是因?yàn)轱L(fēng)桿上接閃桿引下線與風(fēng)向、風(fēng)速信號(hào)線布線不規(guī)范造成的。為了使自動(dòng)氣象站整體上顯示出整潔簡(jiǎn)便的外觀就改變了風(fēng)速測(cè)線的方向，這是本末倒置的做法。

2.2 電纜與防雷接線的設(shè)置缺陷

為減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，自動(dòng)氣象站觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)設(shè)備采取了以下基本屏蔽措施：觀測(cè)場(chǎng)電子設(shè)備采用金屬外殼，各種傳輸線路采用屏蔽電纜并穿金屬管埋地敷設(shè)[2]。電纜在設(shè)置時(shí)接地過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如防雷措施執(zhí)行工作人員在安裝線路時(shí)沒有按照相關(guān)要求規(guī)范操作，屏蔽層面有時(shí)接地設(shè)置有的時(shí)候就會(huì)進(jìn)行不接地安裝，當(dāng)其中一側(cè)與相同電位的導(dǎo)線連接時(shí)另一端就會(huì)出現(xiàn)電位懸浮的情況，這時(shí)屏蔽層能夠防止靜電發(fā)生的感應(yīng)電流但是對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化產(chǎn)生的電壓變化就起不到任何有效的防護(hù)作用了。另一方面，為了使自動(dòng)氣象站的各個(gè)設(shè)備之間的電壓數(shù)據(jù)達(dá)到一個(gè)平均的標(biāo)準(zhǔn)，觀測(cè)地點(diǎn)的風(fēng)桿上的防雷裝置會(huì)進(jìn)行接地操作，各種金屬外殼接地與防雷裝置接地線共同形成一個(gè)地網(wǎng)，一起在一個(gè)整體的接地系統(tǒng)中工作運(yùn)轉(zhuǎn)，但是在日常的實(shí)際操作中，工作人員容易出現(xiàn)理解錯(cuò)誤的情況，在設(shè)置接地網(wǎng)之間的線路距離時(shí)沒有根據(jù)情況具體分析，將集中不同裝置的接地線連接在了一起，影響了自動(dòng)氣象站的防雷工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，容易產(chǎn)生安全隱患。

3 自動(dòng)氣象站防雷防護(hù)措施分析

3.1 防護(hù)直擊雷的具體措施

地面測(cè)報(bào)值班室必須具備有效的直擊雷防護(hù)措施，其防雷措施是執(zhí)行GB50057-2004《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和QX4-2000《氣象臺(tái)（站）防雷技術(shù)規(guī)范》等[3]。一般情況下，直擊雷的防護(hù)裝置是由接閃桿、接閃器與立柱鋼筋等設(shè)施組成的一個(gè)引線設(shè)備，鋼筋是起到一個(gè)接地的作用，當(dāng)發(fā)生雷電氣候的時(shí)候，周圍的危險(xiǎn)電流就會(huì)通過這一裝置被引導(dǎo)入地，將傷害減弱到最小。風(fēng)傳感器在自動(dòng)氣象站的位置一般安裝在10米高的風(fēng)向桿上，這一高度在雷電發(fā)生時(shí)比較危險(xiǎn)，所以必須結(jié)合接閃桿共同使用。在風(fēng)向桿的最上面安裝防雷裝置，使用螺母加固針體，在接閃桿的下端連接一根導(dǎo)線沿著風(fēng)桿的方向接地，最終在地網(wǎng)的中心與其他接地線匯合，在安裝接閃桿時(shí)應(yīng)該注意它與傳感器之間的高度差，保證傳感器在防雷設(shè)備的保護(hù)范圍之內(nèi)，接閃桿下端的導(dǎo)線外層可以增加一層銅包鋼材料，可以有效地防止導(dǎo)線被外界因素腐蝕影響正常工作。

3.2 自動(dòng)氣象站對(duì)感應(yīng)雷的防護(hù)措施

感應(yīng)雷是通過與自動(dòng)氣象站設(shè)備連接的電源線、通信線、遙測(cè)信號(hào)線的靜電感應(yīng)或電磁耦合產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓（即瞬間高壓脈沖），它直接沿電源線、通信線、遙測(cè)信號(hào)線侵入自動(dòng)站設(shè)備，使設(shè)備遭到永久性損壞[4]。在安裝感應(yīng)器的過程中需要在每個(gè)感應(yīng)入口增加一個(gè)保護(hù)器，防止因?yàn)殡娪砍^感應(yīng)器的承受極限而損壞機(jī)器，在這一基礎(chǔ)上還可以使用屏蔽層來增加感應(yīng)保護(hù)器的強(qiáng)度，防止自動(dòng)氣象站的設(shè)備遭受雷電的沖擊。一般情況下，自動(dòng)氣象站設(shè)備用250V左右，50Hz的交流電，使用專門的電線供應(yīng)電量，必須避免混合用電的情況發(fā)生。在給自動(dòng)氣象站供電的過程中，應(yīng)該使用分別輸出的方式，第一種是為氣象站內(nèi)部的采集器提供電能，使用11V左右的直流電，另一種是為自動(dòng)氣象站外的傳感器供電，使用250V左右的交流電，在供電過程中需要始終注意防雷防護(hù)。在氣象信息的傳播過程中，為了保證氣象信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，自動(dòng)站的微機(jī)通信設(shè)備的接口一般都會(huì)采用專門的供電導(dǎo)線，通信導(dǎo)線的外層需要包裹一層金屬外殼，電線需要沿著自動(dòng)氣象站的電纜方向進(jìn)入值班室，在這種情況下其中的金屬線槽需要做好屏蔽措施，兩個(gè)線頭都需要進(jìn)行接地處理，防止雷電從通信線的接口進(jìn)入影響微機(jī)通信設(shè)備的安全，造成氣象傳輸系統(tǒng)的損壞，電涌保護(hù)裝置工作電壓應(yīng)該設(shè)置為160V。

4 結(jié)束語

在自動(dòng)氣象站工作中可以采取多種形式對(duì)雷電采取防護(hù)措施，在自動(dòng)站觀測(cè)環(huán)節(jié)使用層層設(shè)防的方式綜合應(yīng)對(duì)，在這一過程中需要對(duì)雷電防護(hù)的各個(gè)細(xì)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的分析考察，以確保達(dá)到理想的防雷的防護(hù)效果，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)增加雷擊災(zāi)害發(fā)生的概率，所以需要對(duì)已經(jīng)投入使用的防護(hù)設(shè)備進(jìn)行規(guī)范整改，確保防護(hù)措施的安全有效的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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