自動氣象站防雷措施探討

近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，地面遙測系統(tǒng)越來越多的被用于氣象觀測和預(yù)報領(lǐng)域。自動氣象站是由很多電子元器件集合而成的電子電氣設(shè)備，該設(shè)備需要進行數(shù)據(jù)采集、處理和上傳，這些工作都要求其能夠安全、連續(xù)地運行。雷電災(zāi)害就是一種較為常見的自然干擾源，由雷擊產(chǎn)生的直擊雷和雷擊電磁脈沖損害對自動氣象站的危害很大，因而雷電防護對于自動氣象站的長期正常安全運行不可忽視。自動氣象站對電磁干擾特別敏感，作為自然干擾源的雷電放電堪稱是自動氣象站正常運行的隱形殺手，故研究自動氣象站的雷電防護十分重要。本文主要分析了自動氣象站系統(tǒng)組成原理，通過數(shù)據(jù)采集特點和雷災(zāi)的特征分析，指出自動氣象站防雷工作當中的問題，提出自動氣象站雷電防護應(yīng)對措施。

一、自動氣象站的系統(tǒng)組成及工作原理

大部分都由自動站數(shù)據(jù)采集設(shè)備（通常所說的自動站）和數(shù)據(jù)接收處理中心兩部分組成自動氣象站系統(tǒng)。自動站數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要有傳感器單元、連接電纜、數(shù)據(jù)采集器、供電單元和通訊單元五個部分組成。自動氣象站是通過微處理器進行實時控制和采集處理的。隨著氣象要素的變化，各個相應(yīng)傳感器輸出的電量也產(chǎn)生變化，這種變化由數(shù)據(jù)采集器采集，并進行線性化和定標處理，實現(xiàn)工程量到要素的轉(zhuǎn)換，對數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制；通過預(yù)處理后得出各個氣象要素的實時值，再傳輸?shù)街骺匚C，并實時顯示。

二、自動氣象站數(shù)據(jù)采集特點

自動氣象站數(shù)據(jù)采集是通過傳感器獲得的，由于數(shù)據(jù)的傳輸是微電流信號，所以經(jīng)過采集器到計算機的信號對電磁環(huán)境十分敏感。惡劣的電磁環(huán)境會嚴重影響信號的傳輸乃至使信號失真。從傳感器到采集器，再從采集器到計算機，傳輸線一般>40 m，而且數(shù)據(jù)傳輸線與電源線、接地線等是處在幾乎相同的電磁環(huán)境，相互之間存在一定的影響。作為測風用的風傳感器一般距離地面的高度在10 m～12 m以上，是所有傳感器中最容易收集雷電信號的部件，而且數(shù)據(jù)傳輸線很難做到電磁屏蔽?，F(xiàn)行設(shè)計的自動氣象站信號采集器雖然設(shè)置了防雷模塊過濾可能的雷電信號，但由于是參照程控電話防雷的參數(shù)設(shè)計，事實上不能很有效地防雷，大多數(shù)的雷擊個例已說明問題。盡管后來設(shè)計的采集器從室外移至室內(nèi)，但傳感器和傳輸路徑和環(huán)境并沒有發(fā)生變化，因此采集器的采集核心在雷電信號面前仍然敏感和脆弱。

三、自動氣象站的綜合防雷方案

1、值班室和觀測場共同防護直擊雷

常規(guī)的建筑物防直擊雷一般是在建筑物中安裝避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶或者將它們混合組成接閃器，把建筑物頂部的板筋和內(nèi)部的柱子內(nèi)的主鋼筋作為引下線，建筑物底部的基礎(chǔ)鋼筋作為接地體，實現(xiàn)將雷電流安全的排放到大地中。還有就是避雷針的針體高度要保證觀測場的風速風向傳感器位于其保護范圍內(nèi)，同時針體可以耐受150 kA的雷電流沖擊。

觀測場中，風向和風速傳感器是安裝在11.0米高的風桿上的，對雷擊十分敏感，因此需要在它們頂端設(shè)置避雷針，避雷針以及避雷針的引下線均不能直接與風桿相連，必須用絕緣桿與風桿固定，避雷針的引下線入地點附近要設(shè)置垂直接地體，接地體也要與觀測場地網(wǎng)進行可靠的電氣連接。一般自動氣象站的避雷針是利用直徑≥16毫米、長度≥1500毫米的圓鋼制成的，水平絕緣距離≥500米。

2、觀測場地網(wǎng)的設(shè)置

觀測場的地網(wǎng)主要功能就是把雷電流傳輸?shù)酱蟮?。一般情況下，地網(wǎng)是沿著圍欄周圍設(shè)計為閉合的環(huán)形，接地極安裝在圍欄外以保證數(shù)據(jù)纜線與接地線之間的安全距離。觀測場內(nèi)所有的設(shè)備必須要與地網(wǎng)實現(xiàn)牢固的連接。還有就是觀測場的地網(wǎng)沿著自動氣象站線纜地溝輻射會延伸至值班室，與值班室的采集器、計算機等設(shè)備的保護及設(shè)備的工作接地合設(shè)一個共極，輻射延伸接地體鋪設(shè)在線纜地溝的底部，埋設(shè)深度離地面至少一米，埋設(shè)完畢后要回土并且夯實被挖出的土壤。

3、計算機機房內(nèi)部防雷系統(tǒng)

自動氣象站的大部分室內(nèi)設(shè)備都是安裝在計算機機房內(nèi)部，傳感器和采集器獲得的數(shù)據(jù)都要在這里進行處理和存儲，計算機機房可以算的上是一個自動氣象站的心臟。計算機機房的設(shè)備包括氣象站的服務(wù)器、路由器、交換機、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、UPS等等。在計算機機房中要進行等電位連接，等電位連接配設(shè)在計算機機房的配電箱中，一般采用S型星型結(jié)構(gòu)。

自動氣象站的防雷是技術(shù)難度比較大的，探討其防雷不僅可以解決自動氣象站的防雷問題，提高地面大氣自動探測水平，更能提高防雷的水平。因此，我們既要理解雷電形成的機理，又要清楚雷電路與場的雷電效應(yīng)關(guān)系，在現(xiàn)有的自動站設(shè)備的技術(shù)基礎(chǔ)上，從電磁兼容角度搞好各種線纜的設(shè)計，減少事故率，保證最大化的運行效率。自動氣象站的良好運轉(zhuǎn)需要得到必要的技術(shù)支持，才能發(fā)揮其巨大作用。