自动气象站观测场雷电防护问题分析

自动气象站观测场雷电防护问题分析

邹曙光

国家海洋局成山头海洋环境监测站山东荣成市264321

摘要：由于自动气象站观测场空旷以及内部分布着一些电子信息设备，极易引发雷电灾害。因此，做好新型自动气象站观测场的防雷工作就显得十分重要。本文主要根据自动气象站防雷实际，阐述了自动气象站观测场在雷电防护中的问题，并提出科学合理的防护对策，以供相关部门参考借鉴。

关键词：自动气象站；观测场；雷电防护；问题

引言

近些年来，随着气象事业的快速发展，各个地区开始使用自动气象站进行观测。自动气象站主要是由传感器、通讯部件、数据采集系统以及主控微机等组成，在感应到外界气候变化时会带动相关气象要素传感器的变化，这种变化将会以数据形式在信息系统中进行储存，之后就会将这些数据信息传输到上级观测部门，通过对这些数据信息进行科学合理的整理分析就可以大致概括出当地的气象情况，最终实现远距离的感知。其中自动气象站数据采集系统、传感器等均放置于观测场的防雷区，但是现代化的电子仪器绝缘强度性较低，电磁干扰敏感性差、过电耐受性较低等问题，受雷击几率较高。一旦雷电防护措施不到位或者是不够规范合理，势必会导致数据采集系统以及传感器受到一定的影响，从而没有办法正常运行，严重时还会导致与其相连接的室内设备受到损害。因此，必须要加强自动气象站观测场雷电防护工作，确保自动气象站可以正常、稳定运行。

1.观测场雷电防护措施常见问题分析改进

1.1布线不够科学合理

有些自动气象站风速及风向信号线在未独立设置金属管防护状况下，仅仅从布线的美观方面思量，在风杆金属管内部和风杆上面的避雷针引下线并行引下，这并不符合相关防雷要求。虽说风速、风向信号线采取附着屏蔽层的电缆，但是因为屏蔽层并没有办法把避雷针接闪之的所有雷击电磁脉冲都加以屏蔽，致使采集器电子元件能够承受的电涌电压比风速、风向信号线上所感应到的电涌电压要低得多，进而造成采集器没有办法正常运行，严重时甚至造成不同程度的损坏。对于这类布线不够科学合理的问题应该尽量避免，如果出现这种问题，可以采取相应改善措施，如风速、风向信号线可借助金属杆表面接地，以金属化进行防护，促使其可以吸收或制止雷电流侵入别电子设备，进而确保观测系统能够对数据正常采集。

1.2屏蔽层单点接地

屏蔽系统对自动气象站观测场的电子设备、智能自动化系统装置等方面保护极为重要，其属于降低电磁脉冲、避免静电感应的主要措施。一般情况下，在自动站观测场会使用一些基础的屏蔽方法：观测场内部的电子信息设备需要采取金属外壳，各类传输线路借助于屏蔽电缆并穿金属管埋地布设。电缆屏蔽层最少需要在两个端点且最好在防雷交界地带开展等电位连接。但是在防雷过程中，电缆屏蔽层接地时常存在问题：防雷施工人员没有严格依据相关规范要求操作，即屏蔽层单点接地或不接地。而这样屏蔽层只有一端开展等电位连接及另一端悬浮时候，一般仅仅可以对静电感应防护，而对于磁场强度变化所感应的电压无法有效防护。所以，自动气象站观测场电子信息仪器应采取金属化防护措施埋地布设。电缆屏蔽层最少需要在两端且最好在防雷交界区域开展等电位连接，确保观测场内的仪器金属外壳以及室内的等电位连接分别与屏蔽层两端进行可靠连接。

1.3接地距离不相符

为实现均压、等电位，使各类接地设备之间及不同系统间电位差有所降低，观测场内部的风杆上各类金属设备外壳接地、屏蔽接地、避雷针引下线接地及保护接地等都需要连接到观测场共用地网，构成共用接地系统。但是因为防雷工程设计以及施工人员对自动气象观测场的防雷工程，等电位连接以及共用接地的概念相对模糊，理解存在较大的偏差，同时在施工过程中没有严格依据相关规定操作，使自动气象站观测场的防雷安全存在极大隐患。因此，在自动气象站观测场雷电防护方面，为防止避雷针接闪后所释放电流对周边接地设备造成不同程度干扰，需要把风向杆避雷针引下线凭借金属风向杆引向观测场地网，风速、风向信号线沿金属风向杆斜拉线引下，应该保证风杆上避雷针引下线接地同别的接地点的距离不能低于10m。

2.观测场仪器的防雷性探究

为了减少或避免自动气象站观测场内部采集系统受到雷电袭击而无法正常运行，相关生产商应该在观测场采集系统内从下面两个方面入手开展雷电防护。

2.1电源部分

为确保电源通道有效通畅及防止电子脉冲波对自动站采集系统的损坏，仪器生产商应该在采集器系统内的电源方面采取三层防护：前段属于输入端，能够避免过流且布设了电涌吸收装置；中段属于电子中继端以及电子过滤装置；后段属于精细箝位保护装置。采取有关电子保护装置，防雷性一般应符合有关的技术要求：雷击感应电压不能高于5kV，雷击感应电流不超过1700A，响应时间应该保持在6～10s。

2.2信号通道防雷板

为确保自动站信号传输电缆能够稳定运行，各路传感器的信号需要利用50个通道的防雷板，接着进入到数据采集系统中心。相关厂家给予的材料说明各个通道均具备雷电感应防护的能力，其性能指标能够符合一些电子防雷安全规范要求。由此可知，自动气象站数据采集系统能够较好地减少雷电电涌电压过高和过流危险问题的出现。但是对于部分特殊防雷区的自动站仪器，单凭借厂商所给予的技术设备及有关防雷措施还没有办法完全适应观测场防雷需要。基于此，应该规划及构建更加具体合理的雷电防护网，为自动气象站观测场内仪器安全性打下良好基础。

3.自动气象站观测场雷电安全防护对策

3.1直击雷防护方法

直击雷防护通常是采取避雷针，要确保场内仪器都能够较好的被避雷针所保护;避雷针沿着风杆顶部风向与地网相连接，并且确保电线和绝缘等级很高的电子绝缘点和风杆三者间的绝缘可靠，引线应该采取屏蔽防护措施，其核心的多股铜线截面积的横截面应符合有关指标的具体需求；若发生风杆拉线状况，电线可以通过风杆直接连接到地面，并在导线周边放置多个垂直接地，同时作为观测地网连接体安全性连接点，其和别的设备在观测场接地位置的空间应保证超过10m。

3.2电子脉冲波防护措施

要想保证自动气象站观测长仪器正常运行及降低雷击概率，应该采取电子脉冲波防护的措施。根据观测场内电场强度一直为高强度时，应该采取风速、风向数据导线应该采取相应的屏蔽措施，并且导线外层两端应和风杆进行电气连接，风杆和观测场地网有效连接。若数据导线没有办法布设于金属风杆内部或采取金属塔当作支撑物时，把数据导线透过金属管垂直布设。导线外层金属塔及金属套管三者应共同构成一套电气连接体系，金属套管需要确保电气流贯通稳定性，并且金属塔需要完成和观测场共用地网可靠连接。观测场设备供电系统和通讯系统应该另外采取屏蔽防护措施，金属套管与应就近连接于电缆沟处或外转接盒位置。

4.结语

自动气象站观测场雷电防护工作属于一项技术难度较高的综合性系统工程，其涉及到防雷技术领域的专业技术，不但需要充分考虑对直击雷进行防御，而且应该对雷电感应以及雷电波入侵的防护。只有对雷电防护措施不断进行优化，不放过防雷的任何细节，才能使防雷措施达到良好的防雷效果，确保自动气象站观测系统的正常、稳定、安全运行。

参考文献:

[1]张娟.自动气象站观测场防雷接地制式的技术分析[J].气象研究与应用，2012（12）.

[2]刘升,王晶.自动气象站雷电防护探讨[J].现代农业科技，2011（3）.

作者简介：邹曙光（1963-），男，汉族，山东省威海市人，本科学历，工程师，从事海洋水文气象观测、海洋污染监测工作。