自動氣象站防雷技術探討

莫正強 伍志康

摘要：自動氣象站是氣象部門的基本組成，也是獲取氣象資料的場所，由于其本身結構系統的獨特性和安裝時地理位置的特殊性，自動氣象站在工作過程中十分容易受到雷擊的破壞，進而影響到其安全運行。本文通過從自動氣象站的地理位置，自然環境等方面詳細分析，探索出新的自動氣象站防直擊雷技術，為氣象現代化建設提供理論基礎。

關鍵詞：自動氣象站；防雷技術；雷擊

隨著國民經濟的進步和社會的不斷發展，氣象部門的災害天氣預警起著十分重要的作用，尤其是在對一些公共安全問題上。作為氣象部門業務的重要組成部分，一方面也是氣象部門的基礎所在，占有重要的地位，另一方面氣象部門的天氣預報可以起到預防自然災害和突發公共安全問題等。然而，自動氣象站由于本身結構系統的獨特性和安裝時地理位置的特殊性，導致自動氣象站容易遭受雷擊災害的影響，輕則損毀儀器，嚴重時可能會影響到天氣預警進而威脅到人民群眾的生命財產安全。各地方政府對此十分重視，所以，通過分析自動氣象站的雷擊原因，以及提出有效的防雷技術工程顯得尤為重要。

一、自動氣象站雷擊事故原因分析

1、直擊雷的影響

直擊雷是指當帶電的云層與大地上某一點之間發生的快速放電現象，其電壓峰值通?？蛇_幾萬伏甚至幾百萬伏，主要危害建筑物、建筑物內電子設備和人。在自動氣象站中，由于其傳感器的裝置一般都是安裝在10m-20m高的風桿上，而且通常的傳感器又是通過數據傳輸線和數據采集裝置連接起來，這就使得其十分容易遭受直擊雷的侵襲，進而造成氣象站的精密檢測設備的損壞。設備的損壞將直接導致氣象數據采集的錯誤和相關資料的不準確。

2、感應雷的影響

感應雷通常分為兩種，一種是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場引起的電磁感應雷；另一種是由于帶電積云接近地面，在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷引起的靜電感應雷。對于自動氣象站，當雷電活動時，可能由于雷電集中了一些電源線和信號傳輸線，從而引發雷電耦合；也可能由于發生在自動氣象站附近的雷電形成了強大的電磁場從而使得氣象數據采集設備受到影響乃至損壞。

3、防雷地網設計不合理的影響

通常的防雷地網可以在雷電發生時將其產生的電流迅速的傳輸到大地中去，避免造成自動氣象站的損壞。然后如果防雷地網設計的不合理出現接地電阻過大就阻礙了電流的這種傳輸，富集在自動站周圍，會引發一系列的雷擊事件的發生。

總的來說，雷擊引發的自動氣象站損壞主要有三種途徑，第一，直擊雷等使得室外的數據采集裝置和傳感器損壞；第二，電源線路受到感應雷的影響，造成電源線路的損壞；第三，通信線路系統受到雷電的影響，進而造成重要設備的損壞。因此，為了防止由于雷電引發上述問題，需要結合三種雷電的產生規律，以及氣象站的設備實際使用情況，包括自動氣象站附近的地理位置、地質條件等環境因素，進行全面的規劃和防治。

二、自動氣象站雷電防護

第一，自動氣象站的外部防雷。也就是防直擊雷，針對于自動氣象站多建造于地勢平坦、空曠的野外，而容易引發雷擊的情況，需要結合當地雷暴發生頻率等相關實際情況，對自動氣象站的外部防雷技術進行具體的分析和探討。通常的自動氣象站室外的觀測場合數據采集裝置、傳感器等可以利用室外的風桿作為避雷針防治直擊雷，但是需要通過滾球法進行精確計算器可以保護的范圍，嚴格按照防雷技術規范要求來進行。

對于自動氣象站室內的計算機設備和其他相關儀器需要在值班室的房地安裝防直擊雷避雷帶。此外，對于自動氣象站的衛星天線和太陽能板需要安裝獨立的避雷針來防治雷擊。對于避雷針的安裝，需要事先設計好金屬裝備來改變雷電的通道，防治雷電流發生在需要保護的位置上。再者，對于空曠地帶的風桿由于受到雷擊后會導致室外設備的全部損壞，所以為了被接閃器引過來的雷電流安全地泄放到大地中，接閃器的各金屬必須通過引下線與人工地網可靠連接。

第二，自動氣象站的內部防雷。由于自動氣象站的內部容易受到感應雷的影響而損壞。所以為了避免這種由于雷電電磁感應產生的感應雷影響，需要在自動氣象站建立內部防雷工程。感應雷容易沿著自動氣象站的通信線路和電源線路等以過電壓的方式侵襲用電設備，而感應過電壓的傳播途徑主要有電源線路和通信線路兩種。

對于電源線路通常可進行電源系統的改進來進行防護。在電源的總進線處安裝一個電源保護器，一般是10KA以上的電源SPD的一級電源保護器，進而在值班室分配電進線至UPS之間安裝一個20KA的電源SPD作為二級電源保護器，在數據采集設備的安裝一個10KA的電源SPD作為三級電源保護器，此外，對于計算機可以在其電源和UPS之間安裝相應的插座式避雷器。

同樣的，對于通信線路通常也需要進行通信系統的多級保護，這可以在各級防雷部位安裝相應的信號SPD來實現。具體的，在氣象站的電信總進線處安裝RJ45接口的信號避雷器，在對于值班室的電話安裝RJ11接口的信號避雷器，且對于包括數據采集設備、數據傳輸線、通訊線路、衛星信號線等相應的地方安裝信號避雷針。

三、自動氣象站雷電防護改進策略

對于自動氣象站的防雷，除了實現建立內部和外部防雷外，還可以對相應的防雷裝置進行一定的改進，且主要體現在兩個方面。

第一，對于觀測場來說，僅僅通過風桿的防雷保護可能尚有不足，可以在觀測場安裝上獨立的接閃桿。這種接閃桿可以直接接受雷電，并將其引入到大地，且注意保持接閃桿和室外電子儀器設備一定的距離，能夠將雷電直接引導到接閃桿上，有效地避免直擊雷對電子設備的影響。此外，對于面積較大觀測場，可以通過安裝2根甚至更多的平行登高的接閃桿來作為雷擊目標，來保護觀測場內設備。需要注意的是，接閃桿不能采用共用接地體，且接閃桿安置位置距離風桿的垂直距離要大于3m。

第二，在自動氣象站可以建立聯合共用接地系統，通過將自動氣象站觀測場防雷地、設備工作地、設備保護地等聯合共用為一個接地系統，建立成一個共用的人工地網，通過聯合共用接地網來降低地網之間的電位差，從而達到防治雷擊使得設備損壞。對于觀測場的接地系統，建立防雷接地系統和電子設備接地系統，鋪設一個電纜溝，將電源線和信號線安置其中，并且用金屬護套管對電纜進行雙重屏蔽，達到防雷的作用。此外，接閃桿和觀測場圍欄之間的的距離不能過近，應當保持在3m以外，如果出現不能不靠近的情況，則可以在二者之間填充絕緣材料。

總結

綜上所述，本文通過從自動氣象站的及其防雷進行介紹，并詳細分析了自動氣象站容易引發雷電襲擊的原因，為自動氣象站雷電防護的建立奠定了基礎。進而，筆者從外部和內部的兩個方面講述了雷電防護，并且提出在觀測場安裝接閃桿和建立聯合共用接地網的防雷工程改進措施。本文通過從自動氣象站的地理位置，自然環境等方面詳細分析，探索出新的自動氣象站防雷技術，為氣象事業的建設提供理論基礎。

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