做好自動氣象站雷電防御工作的思考

郭彬

摘 要 緊緊圍繞自動氣象站的雷電防御，首先對自動站進行簡要介紹，并從室內與室外設備兩個角度分析自動氣象站存在的雷擊隱患，結合實際狀況針對自動站雷電防御工作中存在的問題進行探討，提出做好自動氣象站雷電防御工作的幾點對策，以確保自動站的安全、正常運行。

關鍵詞 自動氣象站；雷電隱患；雷電防御

中圖分類號：P425.12 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）30--02

在雷雨多發的季節，做好自動氣象站的雷電防御工作成為重中之重。目前，自動站的主要雷電災害包括有直擊雷與雷擊電磁脈沖等，盡管在多數氣象站都設置有避雷帶（針）等直擊雷的防御措施，能夠對建筑物及自動站內部工作人員的人身安全起到有效的保護作用，但是對于溫濕度傳感器、地溫傳感器等而言，現有的防雷措施根本不能對雷擊電磁脈沖起到有效的阻止[1]。一旦遭受雷電襲擊，傳感器、計算機等都可能會遭到損壞，使正常運行的業務中斷。然而數據的采集、處理與上傳等一系列操作都必須確保自動站的安全、連續運行。但是，雷電災害的發生嚴重威脅了其安全、正常運行，因此做好自動氣象站雷電防御工作極為迫切[2]。

1 自動氣象站介紹及存在的雷擊隱患

1.1 自動氣象站介紹

自動氣象站包含有使用計算機對數據進行處理、數據自動采集、數據儲存、傳輸與通信等多種技術，是一種具有較強綜合性的電子電氣設備系統。通常情況下，完整的自動站包含有計算機處理系統、數據采集器與溫濕度、風向風速、地溫和雨量等氣象要素傳感器等主要部分。計算機系統與數據采集器多安裝在室內，而傳感器多在室外相對空曠的位置處安裝。

1.2 室內設備的雷擊隱患

自動站的室內設備主要由計算機處理系統、數據采集器與氣壓感應器等幾部分組成。與室外設備相比，以上室內設備更容易受到電磁脈沖的影響而遭到損壞。雷電電磁脈沖往往通過采集器的傳感線路對室內設備造成一定程度的損壞，有時也會通過電源線路對電子設備造成損壞，嚴重情況下還會導致整個系統陷入癱瘓。若接地系統不能夠規范的接地也會使電子設備之間存在電位差，進而對其造成損壞。

1.3 室外設備的雷擊隱患

室外設備主要包括有溫濕度、風向風速、地溫等各種各樣的氣象要素傳感器，由于傳感器多分布于特殊的環境條件下，再加上其本身對于電磁干擾的敏感性，導致傳感器遭受雷擊的可能性大大增加。室外設備存在的安全隱患主要包括以下幾點。①受到氣象觀測條件的制約，室外設備都在觀測場內安裝，但觀測場都處于開闊區域，周圍不能有高大的建筑物。另外，由于氣象要素傳感器感知氣象要素的需要，探頭都是由金屬制成，且具有極高的敏感性，導致傳感器遭受雷擊的概率大大增加。②在各種氣象要素傳感器中，風向風速傳感器遭受雷擊概率最高，自動站通過將避雷針安裝在風桿上，或者將風向風速傳感器安裝在避雷針的保護范圍之內等措施對其進行保護，一旦雷電襲擊感應器上的風桿，雷電產生的雷電波將會沿著風桿快速傳往室內采集器的傳輸電纜線，進而對室內設備造成一定的損壞。③雷電在襲擊觀測場避雷針的瞬間會有局部高電位與較強的電磁場產生，經過在室外安裝的感應器的信號電纜電磁場會耦合到設備，進而損壞設備；局部的高電位導致感應器的金屬探頭由于受到電位反擊而被損壞。

由雷電產生的電磁干擾主要通過輻射耦合與傳導耦合2種方式傳輸到自動站，導致其遭受損壞，進而無法正常運行。通常雷電除了通過阻性耦合影響的反擊電壓對自動站入侵之外，還能夠通過電源線、網絡通信線路、主控微機與采集器之間的通道等入侵自動站。通常雷電入侵自動站的方式有2種：一是通過供電線路侵入自動站，二是通過通信線路造成入侵。

2 自動氣象站雷電防御工作存在的問題

2.1 觀測場地避雷針的保護范圍不合格

在觀測場地安裝雷電防御設備時，必須要邀請專業人員對避雷針的有效保護范圍進行計算與研究，以確保觀測設備能夠位于避雷針的保護范圍之內。但實際上，觀測場地避雷針的保護范圍往往出現與實際標準不相符合的現象，部分設備并未處于避雷針的有效保護范圍之內。因此，導致設備遭受雷擊的概率有所增加。

2.2 避雷網、避雷帶的不合理安裝

安裝避雷帶能夠有效防止自動氣象站受到直擊雷的入侵，但只有正確地對避雷帶進行敷設才能最大程度的發揮避雷針的功效。在敷設避雷帶的過程中通常會出現沒有以防雷等級為依據選擇規格較為適宜的避雷網格，進而導致防雷達不到預期的效果。

2.3 通訊系統沒有設置避雷裝置

避雷器能夠將雷擊產生的雷電流有效放大，并在斷路器采取動作之前快速泄調經過的雷電流，進而對電路及后端用電設備起到一定的保護作用。自動氣象站中的電路設備一旦遭受雷擊將會導致雷擊事故的發生概率大大增加。因此，通訊系統未設置有效的避雷裝置將會對自動站的安全性造成嚴重威脅。

2.4 風桿上避雷針、引下線與風向風速信號線的布設不夠規范

一些自動氣象站為了追求信號線的外觀布設美觀，在風桿金屬管內將風桿避雷針引下線與風向風速信號線并行引下，這一做法與相關的規范要求不相符合，由于風向風速信號線使用的電纜通常都帶有屏蔽層，導致避雷針在接閃之后將會屏蔽由雷擊產生的全部電磁脈沖，采集器不能忍受信號線上感應出的高壓而無法正常運行，甚至還會損壞采集器。

3 做好自動氣象站雷電防御工作的對策

3.1 單獨安裝避雷針

設計單獨避雷針能夠很大程度防止接閃雷擊對傳輸線與風傳感器產生一定程度的影響。在對防雷器進行整改之后可以單獨在其上方設置避雷針，通常高度設為16 m最為適宜。為了確保金屬管與避雷針在做好等電位連接之后能夠在觀測場地共同存在，往往使用滾球法對避雷針的有效保護范圍進行計算，以保證觀測場地內的所有設備都處于避雷針的有效保護范圍之內。

3.2 合理的設置信號線與引下線

就傳感器的信號線纜而言，需要選擇帶有接地裝置的金屬管，并且其內外皮都必須有金屬屏蔽層的PVC套管。此外，必須安裝好接閃器，在安裝避雷針引下線、電源線與信號線時必須分管穿行，禁止并管引入，以避免引下線上產生的雷電流對電源線或信號線產生一定的反擊作用。

3.3 做好接地防護

良好的接地能夠對直擊雷與感應雷等進行有效防護，通過接地能夠將雷擊產生的雷電流泄放入大地。以自動氣象站中弱電子設備具備的特性為依據，制定較高的防雷標準，通常接地電阻值要以低于4 Ω為最為適宜。以自動氣象站管線布線的實際情況為依據，使地網圍繞觀測場地一周，并順著管道對接地體進行安裝，并預留出充足的接地端子。如果降低電阻不能夠降至小于4 Ω，則需要采取有效的降阻措施，之后再將自動氣象站內部全部防雷裝置做共用接地連接處理，以起到良好的雷電防御作用。

參考文獻

[1]劉春明.自動氣象站的雷電防護措施解析[J].城市建設理論研究，2013（41）.

[2]劉春蘭，徐長芹，柴德美.自動氣象站雷電防御工作的探討[J].科技與生活，2011（10）.

（責任編輯：劉昀）