自动气象站防雷的相关策略探讨

自动气象站防雷的相关策略探讨

彭珍罗威

广东省兴宁市气象局

摘要：本文结合雷击可能发生的原因和途径，从直击雷、感应雷及雷击电磁脉冲保护入手，对自动气象站易遭雷击的原因及防雷对策进行了分析与探讨，以供参考。

关键词：自动气象站；雷电入侵路径；雷击原因；防雷对策

一、前言

近年来，随着基层自动气象站的增多，自动站遭雷击的概率呈上升趋势。雷击不仅造成设备的损坏。还导致气象信息数据的缺失。基于此，本文主要对雷电特征及其入侵的路径，并对自动气象站易遭雷击的原因及防雷对策进行了分析与探讨，旨在提高自动气象站设备的运行安全和监测数据的准确性。

二、雷电特征及其入侵的路径分析

雷电是发生在因强对流天气而形成的雷雨云间和雷雨云与大地之间强烈放电的现象，从脉冲一直持续到电位差不足以再维持其放电。其呈现的形式不是单一的，有直击雷、感应雷、有雷电入侵波等。雷电侵袭的路径：

（1）雷直接击中自动气象站的设备，造成气象设备的损坏，无法进行正常的工作运行。还有一种原因那就是在雷击点的周围引起地电位的飙升，进一步通过气象站设备的接地线导入到电路上来，造成电路设备的损坏，造成无法进行检测工作。

（2）高电压的冲击。高压电脉冲这种破坏方式是来源于静电感应或电磁感应，当这两种感应同时在电线中反应时会造成高达十几千伏的电压，从而破坏气象站的感应装置，特别是位置较高的风向传感器会率先受到冲击。因为风向传感器的位置在自动气象站的最高处，而且我们都知道传感器包含着大量的半导体元器件，在雷击故障中经常受到侵袭破坏。

（3）电源线路。自动气象站在自动工作时的用电是由低压输电产生的，如果此装置被雷电击中，产生的电冲就会经导线进入自动气象站的其他装置中，使设备失灵，特别电源板是比较容易发生故障的装置，更应当加强维护。

三、自动气象站雷电防护参数

自动气象站系统主要是由室外设施、室内设施以及通讯数据传输系统组成，室外设施是感应部件，室内设施是资料处理处理和显示部门。要根据以上对雷击方式的分析，做好自动站防雷的等级划分，并以此为基础确定雷电防护的基本参数。防雷基本参数感应雷一般是通过电源系统、天馈、通信网络等途径引入，其中电源系统被侵入的概率最大，因此，首先要知道感应雷侵入自动气象站之后各个通道的过电压和过电流值来进行感应雷的防雷设计，其参数的确定可以依据防雷装置本身和其他资料。经研究，一般感应雷的雷电压在5kV左右，雷电流可以达到百安培的量级，其引起的过电流在3kA左右，过电压在6kV以下。因为防雷装置的不同，其中的核心组成器件也都不相同，因此峰值耐电压的表现也会不同。我国的通信部门有相关规定，交流220V的系统直流48V系统以及电信交换用户终点的元器件或部件的冲击耐电压值分别为1500V、330V、1000V。

四、自动气象站易遭雷击的原因分析

自动气象站一般都是处于空旷地，四周没有大型建筑物保护，容易受到雷击，雷电多数是从避雷针的引下线及引下线附近的电缆、架空电缆几方面引入。当电源线和同轴电缆外导体上感应出高电压，若外导体未接地或者接地不当，就会使电缆内外导体间呈现高电压，损坏设备及控制器。

（1）避雷针保护范围不合格。对于观测场来说，气象站在建设之前，其周围都需要经过专家仔细的研究分析，运用一定原理计算之后，所算出的结果和数据将会是避雷针保护的合格范围。这对于防雷是有一定作用的，可以有效的保护气象站不受雷的侵犯。但是建设的过程中大多不按照要求，有些人认为过多的保护范围是浪费，建设的过程中缩小了避雷保护区的范围，往往造成严重的后果。避雷针保护范围对于避免雷击是有很大作用的，可以有效的保护气象站受到雷击。

（2）电缆和防雷接线设置缺陷。自动气象站的观测场为了屏蔽电磁干扰而让观测场内的电子设备使用金属外壳，传输线路使用屏蔽电缆并穿金属管埋地敷设。由于工作人员可能没有按照要求进行敷设，或是屏蔽层面该接地的设置没有接地，造成电缆在接地过程中屏蔽层一侧和相同电位的导线相连接时在另一侧发生电位悬浮，这样屏蔽层没有办法有效防护由于磁场变化引起的电流变化。

五、自动气象站防雷的相关对策探讨

（1）合理安装避雷针。根据历史许多自动气象站遭雷击的案例可以发现，风塔作为避雷针会加重受雷击损坏程度的同时，增加了遭受雷击入侵的概率，因此应当改变这种方式确保避雷针在接闪时能够单独抵抗雷电流而不影响到周边设备。在进行直击雷防护时，可以采取独立避雷针来和周围的设备隔开距离，但是都在保护范围以内，位于场地边缘的设备若无法处于保护范围内可以另设避雷针。

（2）科学合理运用雷电防护的疏导、拦截策略。对于雷电的侵袭可以采用疏导方式，就是将雷电流通过接地装置导入大地，将雷电过电压控制在设备或器件的承受水平上，从而保护避免受到雷电的影响。拦截的防护策略就是利用设备工作频谱和雷电波谱分量的差异，利用滤波器等对雷电波隔离或拦截，从而大幅度削减其所释放的能量，从而保护避免受到雷电的影响。对于自动气象站没有良好接地条件的地基，采用雷电拦截策略是一种相对较好的方案，但是对于拦截任务的元器件提出了较高的要求，拦截的装置要有比雷电冲击电压还高的绝缘强度，拦截装置的质量及防雷装置的工艺水平要达到很好才行。拦截与疏导进行有机的结合，多层次全方位的进行防护。

（3）合理铺设引导线。传感器的信号传输电缆必须放置在已经接地的金属管，在避雷针上安装好避雷接闪器，传感器的信号线、避雷针引导线、电源线应该分开进行穿金属管。防止引导线上的雷电流对传感器的信号线或电源线造成影响。接地电网要合理布局。合理使用以及科学布局接地地网，根据接地地网不共线的原则，应该使金属固定元件与金属管之间形成的电路畅通，这样形成等电位的连接，就能合理的把雷电流引入到大地下。

（4）安装电源避雷器。安装总电源避雷器，而且要在自动气象站设备使用的传输线上加装电源避雷器，全方位多层次的保进行护，最大限度减少雷电对自动气象站的损坏。雷电防护措施应当是全方位多层次的，在雷电侵袭的路径上都要安装防护设备。根据电源系统遭受雷电的侵袭概率相对较大的特点，把电源系统作为重点保护对象，在紧急的情况下采取隔离防护的措施。

（5）科学规划接地网。要对接地网进行合理科学的规划和制作，按照工程的有关要求下，根据自动气象站的布局状况和管道走向，将地网环绕整个观测场一圈，并沿管道走向安装接地体，使自动气象站内的观测设备、金属管都能够就近接地，并使信息采集箱上的静电线也能接入接地网中。

六、结语

总之，自动气象站防雷建设本身就是一项比较复杂的，综合性较强的工作。在做好防雷工作时一定要从实际出发，综合运用DPSGP技术，再结合气象站本身的特点，进一步调查和分析自动气象站发生雷击事故的具体原因，将其归纳总结，找出相应的有效的解决办法，不断完善，以确保自动气象站的防雷措施能够有效进行，进一步提高我国气象站对天气采集信息的质量。

参考文献：

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