自動氣象站防雷措施探討

趙 晉，鄒德培，楊 朋

（1.綏寧縣氣象局，湖南 邵陽 422600；2.邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000）

1 引言

自動氣象站由地面氣象自動觀測場和值班室機房兩部分組成，觀測場多設置在四周比較空曠的山坡，極易受到雷電的侵入，從雷電防護的角度看，各傳感器、數據采集系統分布在室外LPZ1區，對電磁干擾極其敏感，而雷電的電壓可高達數十萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培，對信息系統具有極大的破壞性。信息系統環節多、接口多、線路長，給雷電的耦合提供了條件，是雷電感應脈沖過電壓容易入侵的原因，也是感應脈沖過電壓入侵的主要通道。若防雷措施采取不當，將嚴重影響新型自動氣象站的正常業務運行。要實現觀測業務自動化，提高觀測數據的傳輸時效和數據質量，保障自動氣象站設備運行環境至關重要。

2 背景情況

綏寧縣氣候屬于亞熱帶季風氣候，地處云貴高原東部邊緣、南嶺山脈八十里大南山北麓和雪峰山脈南支的交匯地帶。境內以山地為主，兼有丘陵、崗地、溪谷平原多種地貌。綏寧縣氣象局氣象觀測場位于綏寧縣縣城內，查詢氣象資料可知其雷暴日為57 d，根據GB 50343—2012中3.1.3可知此地區屬于多雷區。綏寧縣氣象局雷電信息如圖1所示，觀測場屬于閃電較易發生區，年均閃電頻次135次，最高閃電次數出現在7月，要時常留意的時間點是15：00、17：00、18：00、20：00。故綏寧自動氣象站需提高防雷保護措施，防止雷擊造成損失。

2020年湖南省氣象災害防御技術中心調查結果顯示，遭雷擊的氣象站為55.6%（數據基數36個站），雷擊多發生在山頂、空曠地和防雷安全措施未完善的站點。

3 自動氣象站防雷措施

3.1 直擊雷防護

以綏寧縣氣象觀測站為例，防雷等級劃分為一級，按第二類防雷建筑物設置防雷措施。自動觀測場的風桿鐵塔作為接閃器保護周邊氣象儀器防直擊雷，如果其他地區的自動氣象觀測場足夠大，風桿鐵塔作為接閃桿不能保護整個觀測場的設備，可設立獨立的等高專設接閃桿保護。綏寧縣氣象局觀測場地網布局如圖2所示。

圖2 綏寧縣氣象局觀測場地網布局圖

3.2 地網設計

本觀測場的垂直接地體采用銅包鋼接地棒，水平接地體采用40×4的熱鍍鋅扁鋼。人工接地體在土壤中的埋設深度不應小于0.5 m，并宜敷設在當地凍土層以下，其距墻或基礎不宜小于1 m。接地裝置采用環形接地體，接閃桿接地與設備保護接地共用接地裝置，接地電阻小于4Ω。要注意以下兩點：①線纜需要帶有金屬管的接地裝置來屏蔽電磁干擾，信號線選外皮有金屬屏蔽功能的有PVC套管為佳。引下線、電源線、信號線需分管隔離進行金屬管屏蔽保護，金屬管兩端接地。②風桿與數據采集器距離需要大于3 m。

3.3 等電位連接

觀測場電子設備采用金屬外殼接地，各種傳輸線路采用屏蔽電纜穿金屬管埋地敷設。電纜屏蔽層應至少在兩端并適宜在防雷區交界處做等電位連接。地面氣象自動觀測場內有風向桿、金屬圍欄、百葉箱支架、雨量器、遙測雨量計、小型蒸發皿、信號轉接盒等金屬外殼，應就近與觀測場地網進行電氣連接。

自動觀測場的組成如圖3所示。

值班室2F機房靜電地板下需用紫銅帶屏蔽接地處理，機柜增設信號SPD保護，如圖4所示。在數據傳輸線端口安裝防雷器，可有效地防止過電壓對設備造成的破壞。值班室機房調制解調器前端應加裝符合其接口型式（RJl1、1L145）的信號SPD；在計算機前端的網絡數據線上安裝符合接口型式（RS-232、RJ45）的信號SPD。

圖4 辦公樓機房

4 結束

自動氣象站需防雷裝置應定期維護，在每年的雷電易發期前提前全面檢測，根據當地雷電情況安排。推薦建設智能雷電在線監測系統，實行實時監控，發現故障及時報警，并有效解決。隨著科學技術的發展，自動化應用技術的應用增加了地面觀測站的雷擊概率。各自動氣象觀測站需要根據規范要求并重視防雷的細節，從而科學合理地進行整改完善，同時還應當完善防雷安全管理措施和制度，更好地保證地面氣象觀測站的正常運行，發揮其應有的作用，最大限度地減少氣象探測資料的缺失。