自動(dòng)站防雷工作中的問題分析及安全防護(hù)

李洪偉

內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟氣象災(zāi)害防御中心 內(nèi)蒙古興安盟 137400

1 自動(dòng)氣象站易遭受雷擊的原因

自動(dòng)氣象站作為一種氣象觀測(cè)設(shè)備，是融合傳感器、數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)通信等綜合技術(shù)為一體的電子設(shè)備，為各氣象要素觀測(cè)提供技術(shù)設(shè)備支撐。因此，自動(dòng)氣象站作為微電子系統(tǒng)；同時(shí)，自動(dòng)站建設(shè)位置一般位于空曠、海拔高的地帶，傳感器分別位于不同防雷區(qū)，各種因素增加了雷擊危險(xiǎn)系數(shù)，對(duì)自動(dòng)站防雷顯得十分重要。對(duì)于在原觀測(cè)場(chǎng)所的基礎(chǔ)上建設(shè)的自動(dòng)氣象站來說，其防雷系統(tǒng)一般是在原有的防雷設(shè)施基礎(chǔ)上改建而成的，之前的人工觀測(cè)大多是屬于機(jī)械式的設(shè)備，相對(duì)來說抗壓的能力比較強(qiáng)，因此雷電災(zāi)害很少發(fā)生，更不會(huì)造成很嚴(yán)重的損失。然而現(xiàn)在的這種氣象站跟以往的有所區(qū)別，其主要是由電子設(shè)備組成的，而電子類產(chǎn)品集成度比較高，但是能量較小，抗壓的能力相對(duì)的就沒那么強(qiáng)，因此就比較容易遭受雷擊侵害。

2 防雷工作中存在的問題

2.1 觀測(cè)場(chǎng)避雷針保護(hù)范圍

在建設(shè)自動(dòng)氣象站的前期，需要對(duì)其周圍觀測(cè)場(chǎng)地進(jìn)行仔細(xì)研究觀察，運(yùn)用公式計(jì)算和分析算出避雷針的有效保護(hù)范圍，但是計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)表明，觀測(cè)場(chǎng)避雷針的保護(hù)范圍不符合規(guī)范要求，從而降低了自動(dòng)氣象站防雷效果。

2.2 避雷針與裝有風(fēng)傳感器的鐵塔混合安裝

風(fēng)塔位于觀測(cè)站最高的位置，不僅可以承載風(fēng)感傳感器，而且可以起到避雷接閃器作用，作為獨(dú)立的避雷裝置使用。《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，獨(dú)立的避雷針支柱及其接地裝置至被保護(hù)建筑物及與其有聯(lián)系的電纜、管道等這些金屬物之間的距離應(yīng)＞3m。風(fēng)塔與避雷針應(yīng)保持合適的距離，以免遭受雷擊時(shí)形成瞬間電位差以及雷電通過避雷針要和橫臂之間的時(shí)間差，從而損害風(fēng)傳感器。

2.3 風(fēng)桿上的避雷針引下線、風(fēng)向等安裝的不規(guī)范

一些自動(dòng)氣象站在建立期間，重點(diǎn)對(duì)風(fēng)速信號(hào)的美觀性進(jìn)行分析，風(fēng)桿上的避雷針在金屬管內(nèi)并行引下，從而無法滿足現(xiàn)代化規(guī)定。風(fēng)向風(fēng)速信號(hào)線是利用帶有屏蔽層的電纜，無法對(duì)避雷針接閃后產(chǎn)生的電磁脈沖進(jìn)行屏蔽，其存在的風(fēng)速信號(hào)線感應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)高壓大，從而影響采集器的正常運(yùn)行，產(chǎn)生嚴(yán)重的數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象[1]。

2.4 屏蔽層單點(diǎn)接地或不接地

屏蔽層僅有一端做等電位連接，這種做法只能防止靜電感應(yīng)，而對(duì)于磁場(chǎng)強(qiáng)難度變化產(chǎn)生的感應(yīng)電壓并不能起到防止作用，因此為了保障電子信號(hào)的穩(wěn)定和通暢，自動(dòng)氣象站觀測(cè)場(chǎng)應(yīng)采取措施盡量減免電磁干擾對(duì)其產(chǎn)生的威脅，應(yīng)對(duì)觀測(cè)電子設(shè)備加以金屬化保護(hù)措施，以及電纜屏蔽層至少在兩端并且在防雷區(qū)交界處做等電位連接。

3 自動(dòng)站的安全防護(hù)措施

3.1 全方位防雷設(shè)計(jì)

自動(dòng)化氣象站是氣象觀測(cè)重要設(shè)備，所以防雷措施必須要做好，為使雷電對(duì)自動(dòng)氣象站的損失降到到最低，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)自動(dòng)站多通道侵入特點(diǎn)，建設(shè)綜合一體化的防雷體系。對(duì)于雷擊重要防護(hù)區(qū)予以重點(diǎn)防護(hù)，特別針對(duì)電源系統(tǒng)，依據(jù)雷電引入的概率、強(qiáng)度及特性進(jìn)行多層面防護(hù)，必要時(shí)可采取隔離措施。

3.2 接地網(wǎng)的合理設(shè)置

對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行合理設(shè)置也能達(dá)到有效的防雷效果。在地網(wǎng)接入工作中，需要根據(jù)自動(dòng)氣象站的實(shí)際布局情況、管道走向以及工作中的相關(guān)要求，將地網(wǎng)圍繞觀測(cè)場(chǎng)，并按照管道的方向?qū)崿F(xiàn)連接與安裝，這樣才能促進(jìn)自動(dòng)氣象站全面觀測(cè)效果以及金屬接地效果的實(shí)現(xiàn)。其中，靜電線在信息采集箱上也需要將其連接到接地網(wǎng)。同時(shí)，將信息采集箱上的金屬固件、金屬管相互連接，這樣促進(jìn)等電位連接的形成，保證防雷設(shè)施的合理實(shí)現(xiàn)。也可以為其安裝電源避雷器，當(dāng)緊急處理情況下，利用電源避雷器不僅能免受其他電子設(shè)備受到損害，還能促進(jìn)自動(dòng)化氣象站的穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

3.3 避雷針的安裝和承載風(fēng)傳感器

一般的話，自動(dòng)站可采用風(fēng)向感應(yīng)區(qū)裝載到風(fēng)塔上，這樣就可以在風(fēng)塔中位于一個(gè)最高觀測(cè)的位置，而風(fēng)塔又可以承載風(fēng)力與風(fēng)向力度的作用。與此同時(shí)，還可以當(dāng)做一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的直擊雷擊閃器，站在比較通俗的角度上看，這就相當(dāng)于是一根避雷針。只有通過建立一系列系統(tǒng)的獨(dú)立避雷針支柱，并能夠?qū)⒊薪咏拥匮b置和被保護(hù)的自動(dòng)氣象站。若是風(fēng)傳感器在遭受雷擊之后，這就必須要能夠避雷針與承載風(fēng)傳感器進(jìn)行組合。

3.4 信號(hào)線的合理設(shè)置

在每一個(gè)的傳感器中，各個(gè)傳感器當(dāng)中的信號(hào)電纜都需要靈活處理，同時(shí)已經(jīng)接地的金屬管需要能夠及時(shí)放置，或是可以帶有金屬管的PVC套管當(dāng)中，相應(yīng)的接閃器的設(shè)置要切實(shí)做好。將避雷針設(shè)置的信號(hào)線和上引下線以及電源線分管穿行，這樣才能做到有效防止線上雷電反擊信號(hào)線，避免影響電源線和信號(hào)線。

3.5 浪涌電壓防護(hù)

雷電產(chǎn)生的過電壓可對(duì)自動(dòng)站內(nèi)部電子元件造成嚴(yán)重?fù)p壞，對(duì)自動(dòng)氣象站加裝浪涌保護(hù)器SPD可有效制約瞬態(tài)過電壓對(duì)自動(dòng)站內(nèi)部電子元件造成影響。低壓配電系統(tǒng)電源線上使用具有金屬外殼或者帶絕緣套穿過金屬管引入室內(nèi)，并且要對(duì)其兩端進(jìn)行接地。如果對(duì)自動(dòng)站架空線路防雷改造埋地引入有困難，則可將架空線路上終端前第一、第二桿上的絕緣子鐵腳做接地處理，并在終端桿上增設(shè)一組流通量不小于100KA的電源浪涌保護(hù)器即可。