自動站防雷工作中的問題分析及安全防護

李初宇 劉東 胡茂森

摘要：隨著科學技術的飛速發(fā)展，自動氣象站逐漸在各個地區(qū)得到廣泛應用，與此同時氣象觀測的準確性明顯提升。然而由于氣象觀測設施大都位于空曠地區(qū)，因此極易遭受雷電的襲擊，每年受到雷擊災害的影響造成的損失巨大。因此做好自動站防雷工作尤為重要。本文首先簡述了自動站遭受雷擊的原因，后針對自動站防雷工作中的常見問題提出安全防護措施，僅供參考。

關鍵詞：自動氣象站;防雷;常見問題;安全防護

引言

隨著氣象現(xiàn)代化建設的快速推進，自動氣象站逐漸發(fā)展成為氣象探測領域的重要組成部分。而自動氣象站屬于一種結(jié)合采集器、傳感器與數(shù)據(jù)通訊等設備為一體的自動化觀測設施，其科學性與精確性都比較高，是氣象部門開展精細化預報的重要設備。然而由于自動氣象站是由大量較高集成度的弱電子設備構成，因此其對外抗干擾能力比較薄弱，同時雷擊災害頻發(fā)。另外，自動氣象站往往建立在較為空曠的高地上，更是增加了雷擊災害風險。因此，做好自動站防雷工作，提高自動站安全性具有重要意義。

1自動站遭受雷擊的原因分析

井研縣位于四川樂山市，地處東經(jīng)102°55?～104°00?及北緯28°25?～29°55?之間。境內(nèi)地勢復雜多樣，主要包括低山、深丘、中丘、淺丘、平壩等多種類型。井研縣屬于亞熱帶濕潤氣候區(qū)，境內(nèi)溫度濕潤、雨量充沛、雨勢同季、冬無嚴寒、夏無酷暑、四季分明。據(jù)統(tǒng)計，井研縣年平均溫度為17.2℃，年平均降雨量為1025.8mm，年平均日照時數(shù)為1134.6h。由于其地理環(huán)境特殊，導致該地區(qū)極易出現(xiàn)雷電天氣過程，對自動站危害極大，因此做好自動站防雷工作尤為重要。

自動氣象站遭受雷擊的原因通常包括直擊雷、電磁感應、雷電波、地電位反擊、熱效應、防雷器不規(guī)范等多種因素。相關資料統(tǒng)計表明，自動站通常建設在原氣象觀測場地或其他場地的思想觀測站。前者防雷系統(tǒng)通常在原有基礎上進行改造，由于基礎較好，且儀器設備抗壓能力強，因此遭受雷擊的概率相對較小。后一種氣象臺站往往由多種電子設備組成，而且大都為弱電設備，其抗壓能力較弱。在建設自動站時沒有仔細檢查風桿的直擊雷防護措施及屏蔽措施，使其極易遭受雷電的襲擊，進而導致自動站無法正常工作。除此之外，受到氣象觀測條件等因素的限制，大多數(shù)氣象觀測站均建設在野外或建筑物屋頂，其雷電防護措施相對簡單，一旦遭受雷擊將極易被損壞。

2自動站防雷工作中的常見問題

2.1觀測場地避雷針保護范圍不合格

通常情況下，在建設自動氣象站之前都要認真分析與研究其周圍的觀測場地，并以《建筑物防雷設計規(guī)范》等為依據(jù)，并運用相關原理對避雷針的有效保護范圍進行計算。然而通過計算發(fā)現(xiàn)觀測場地避雷針保護范圍無法達到要求，不僅使氣象臺站的防雷效益得到明顯降低，還無法保障自動站的安全性。

2.2線路布設與防雷設施不規(guī)范

大多數(shù)自動站為了美觀，不僅不單獨保護外套金屬管，還將風向風速信號線與避雷針引下線并行引下，與建筑物防雷設計規(guī)范要求不相符合。風桿上的避雷針在接閃之后極易形成電磁脈沖，與此同時風向風速信號線上也極易感應出超高電壓，通過線路將會對與其相互連接的采集器構成入侵，進而對采集器造成一定程度的破壞。

2.3避雷針與風向傳感器鐵塔混裝

通常情況下，風向傳感器安裝在較高位置的風塔上，這一位置處的避雷針既要承載風力，還要確保自動站位于其有效保護范圍之內(nèi)。以相關標準為依據(jù)，獨立避雷針、接地裝置與金屬物、被保護建筑物、電纜等之間的距離都必須與標準公式范圍相符合。這一方法通常用于第一類防雷建筑物。一旦避雷針與風向傳感器鐵塔之間進行混合安裝，且兩者之間的距離與標準要求不符，將導致自動站遭受雷擊的概率大大增加。

2.4各種通信線路及電源的防雷設施安裝不合理

自動氣象站相關工作人員在布設防雷設施時往往會忽略電源部分及通訊線路，因此導致這兩部分遭受雷電襲擊的概率較高。安裝避雷器的主要作用在于當有雷電流通過時能夠?qū)⒗纂娏骺焖傩沟簦M而達到保護電源、通信線路、用電設備的目的。如果沒有正確安裝各種通信線路及電源，或未安裝有效的避雷器，都將使雷擊安全事故的發(fā)生頻率明顯增加。

3自動站安全防護措施

3.1設置避雷針

自動站在進行直擊雷防護時，通常應當設立獨立的避雷針，而且還要確保避雷針與建筑物、周圍設備之間保持充足的距離，使避雷針接閃時不會對周圍其他設備構成威脅。首先應當對風塔的位置進行充分考慮，使風塔與獨立避雷針之間保持3m以上的安全距離。在實際工作中對獨立避雷針進行設置時，通常獨立避雷針與風塔之間的距離在4～5m之間，而且還要確保所有設備都位于獨立避雷針的保護范圍之內(nèi)。若觀測場地邊緣位置處的觀測設備未位于其保護范圍之內(nèi)，還可以加設避雷針，盡可能使避雷針能夠?qū)τ^測場內(nèi)的所有設備都起到安全保護作用。之后再以自動站防雷保護等級、避雷針保護范圍及安裝位置等為依據(jù)，對避雷針的精確高度進行確定。

3.2設置有效的接地網(wǎng)

為確保做好雷電防護工作，還需要設備有效的接地網(wǎng)，并對其進行科學制作與合理使用。在接入地網(wǎng)時，應當嚴格依據(jù)相關工程的要求、自動站布局現(xiàn)狀、管道的走向等，使地網(wǎng)圍繞觀測場地一周，并沿著管道的走向安裝接地體，以確保對自動站金屬管運行狀況及系統(tǒng)設備進行全面觀測。除此之外，如果條件允許可以安裝電源避雷器，以確保在突發(fā)狀況下能夠啟動電源避雷器，不僅能夠避免其他電子設備遭到損壞，還能為自動站的安全、正常運行提供一定的保障。

3.3做好線路的防雷工作

3.3.1信號線路的防雷

通常情況下，值班室內(nèi)的采集器與自動站內(nèi)部各個傳感器中的信號線路保持連接，為防止感應雷通過信號傳輸線對室內(nèi)采集器造成一定程度的損壞，應當將觀測場地網(wǎng)與信號線路首端進行連接，信號線路先經(jīng)過金屬線槽屏蔽之后再沿著線纜地溝進行敷設。另外，在值班室信號線接口位置處安裝電涌保護器，使室內(nèi)工作地網(wǎng)與值班室線路尾端保持可靠連接，以切實做好信號線路的防雷工作，進而確保及時上傳氣象觀測要素數(shù)據(jù)。

3.3.2通訊線路的防雷

計算機通訊接口的網(wǎng)絡線路應當穿金屬線槽，并沿著線纜進入到值班室內(nèi)，還應當安裝電涌保護裝置，金屬線槽兩端還要做好接地處理進而對強電磁場進行屏蔽，以防止通訊線路遭到雷電災害的襲擊進而對其內(nèi)部的電子設備造成一定程度的損壞。

3.4計算機機房的防雷

計算機機房內(nèi)部通常安裝有UPS、交換機、路由器、服務器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等多種電子設備，應當采取有效措施增強各種電子設備的雷電抗干擾能力。另外，還應當在計算機機房配電箱內(nèi)部做好等電位連接，以確保對計算機機房內(nèi)部的電子設備起到一定的保護作用。

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作者簡介：李初宇（1978-），男，漢族，四川省仁壽縣人，本科學歷，助理工程師，從事研究方向或職業(yè)：雷電防護。