談氣象信息辦公網絡系統設備的防雷設計

常保強 扈英磊 姬社英 嚴玉彬

摘要針對氣象辦公系統設備普遍存在著絕緣度低、工作電壓低、抵御雷電危害能力弱等特點,簡單地介紹了氣象信息辦公網絡系統設備的防雷設計。

關鍵詞自動氣象站;傳感器;數據通信電纜;采集器;主機;防雷設計

中圖分類號 TP393;TU895 文獻標識碼B文章編號 1007-5739(2009)09-0292-01

近年來,自動氣象站遭雷擊的概率呈上升趨勢,雷擊不僅造成設備的損壞,影響氣象預報及研究工作,還導致氣象信息數據的缺失,甚至造成無法挽回的損失。遭受雷擊的原因雖然是多方面的,但是可以通過相關措施預防和減少此類損害。自動氣象站系統由兩大部分組成,即室外部分和室內部分。室外部分主要是各種傳感器和數據電纜,室內部分由采集器和主機組成。現就氣象站系統設備的防雷設計要求作一簡單地分析。

1氣象站室外部分防雷設計

氣象站室外設備主要是各種傳感器與數據通信電纜,直接暴露在室外,容易遭受雷電的危害。傳感器一般體積較小,但結構精密,在安裝過程中既要注意把傳感器安裝在合適的位置上,以便能正確地檢測數據,又要注意對傳感器的防雷保護。選型的時候在滿足工作要求的基礎上應該盡量采用防雷式傳感器,以提高其自身防雷能力。在傳感器周邊安裝防雷設備,對于有接地要求的傳感器,要提供良好的接地系統,接地電阻要小。

傳感器檢測到的信息數據通過通信電纜傳輸回主機,而通信電纜遭受雷擊的可能性大,因此要做好通信電纜的防雷。一是在電纜上安裝SPD(電涌保護器),阻斷過電壓及雷電波的入侵。二是對電纜進行屏蔽,屏蔽能對雷擊電磁脈沖進行有效地衰減,是信息系統防護不可或缺的第1級保護,只安裝信號SPD而不采取線路屏蔽措施是不完備的信息系統防雷。對于室外的線路屏蔽最好的方式是穿鐵管埋地進入室內,不能埋地進入的,應至少在線路的首、末兩端接地,或者采用屏蔽線纜。如因2點或多點接地對系統產生低頻干擾,可將電纜穿入金屬管,將外屏蔽層的金屬管的兩端或多端接地,金屬管內的電纜可采用單點接地,這樣既可保證有效的防雷,又有利于抑制低頻干擾。另外,信號線路應盡量采用雙絞線,因為雙絞線具有較強的抗磁場干擾能力。線路采取了有效的屏蔽措施以后,還應當在信息系統設備前加裝SPD。由于信號線路轉移阻抗的存在,當雷電流流過屏蔽層時,使得芯線與外皮間產生感應過電壓。上述的信號線路采取屏蔽措施后仍會擊壞設備,就是因為加裝的SPD不合適。對于一些要求過高、安全等級高的氣象系統,應該優先采用光纖通信方式,因為光纖的物理屬性能有效防止雷擊,使系統更安全穩定地運行。

2氣象站室內部分防雷設計

氣象站室內部分由采集器和主機組成,它們都是由大規模集成電路構成,對雷電電磁波特別敏感,抗過壓能力低。氣象站室內部分的防雷應該從外做起,即首先應該做好采集器及主機所在建筑物的防雷。建筑物的防雷主要是應用防雷器件,如避雷針等。防雷器件首先起到對雷電流的吸收和泄放作用,同時也是一種等電位連接器。所有防雷器件的防護原理均是在雷擊發生的瞬間,迅速啟動響應,保證設備、大地、建筑物及其附屬設備搭接構成一等電位體,從而避免過電壓的損壞,實現均壓等電位的關鍵就是整個建筑所在的地線系統。理想的建筑物避雷系統的接地裝置,包括接閃器及引下線的理想狀態最好是無任何電阻,一旦雷擊發生,應使接地裝置上任何一點對大地的電勢差為零,因此接地的阻值應盡可能的小。IEC1024標準機房交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地等4種接地宜共用一組接地裝置。但是由于某些電子設備的工作狀態不同、接地系統共地很難實現時,可以采用等電位理論達到瞬間等電位方式、常態獨立接地方式。在做好氣象站建筑物防雷的基礎上,應該考慮內部電子設備的防雷問題。采集器與外部電纜相連,必須在接口處添加SPD防雷裝置。采集器、主機等工作時必須要使用電源,室內電源系統是室內防雷的重點。對于電源線系統,雷電產生的強大過電壓、過電流無法一次性在瞬間完成泄流或者降壓,所以電源系統必須采取多級防雷措施。對于此點,我國現行的通信系統防雷技術要求有著明確的規定,即電源系統應該采取多級SPD雷電防護:一是總低壓配電室的總配電柜電源輸出端配置三相箱式電源避雷器1臺,作為第1級防雷保護。標稱放電電流選用50～100KA,預防直擊雷。二是氣象設備所在建筑樓層總配電箱電源引入端配置箱式電源避雷器,作為第2級防雷保護。配置三相箱式避雷器,標稱放電電流選用40KA,預防感應雷擊或操作過電壓。三是氣象設備機房配電箱電源引入端配置電源避雷器,作為第3級防雷保護。配置單相箱式避雷器,標稱放電電流選用20KA,預防感應雷擊或操作過電壓。四是重要網絡機柜或設備端采用模塊式電源避雷器,作為第4級防雷保護。標稱放電電流選用5KA,預防感應雷擊或操作過電壓。

3參考文獻

[1] 中華人民共和國機械工業部.建筑物防雷設計規范[M].北京:中國計劃出版社,2001.

[2] 中國建筑標準設計研究院.建筑物電子信息系統防雷技術規范[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.