自动气象站雷电防御工作措施分析林佩谊

自动气象站雷电防御工作措施分析林佩谊

林佩谊

深圳市气象服务有限公司广东深圳518001

摘要：随着科学技术的快速发展，新型自动气象站被广泛应用，这些电子设备灵敏度高且通常安装在室外，存在绝缘强度低、耐过电压能力差、易受雷电电磁脉冲干扰等缺陷。若防雷措施不到位，一旦遭受雷击，可导致其运行失效或设备损毁，若遇雷电波沿导线入侵，甚至会威胁人身安全。基于此，本文以某新型区域自动气象站为例，对自动气象站雷电防御的相关措施进行了简要的探讨，以期提供一定的参考价值。

关键词：自动气象站；雷电防御；措施

1国内气象站发展现状

回顾60多年气象事业发展进程，中国气象事业走过了辉煌而曲折的发展历程。可以清楚地看出气象事业发展具有明显的阶段性特征。上个世纪50年代，初步完成各级气象局，观测站和气象业务的规划布局建设，形成了整体气象部门的建设框架，到十一届三中全会前，在党中央和国务院领导的关怀和支持下，气象事业在一些领域得到发展。针对于气象站的建设从未停止其步伐，逐步建设高空气象探测业务，探空站，高空测风站，天气雷达等气象基础通信建设。

自党的十八大以来，中国的科技创新进程发展迅猛，我国的气象事业发展也取得了令人瞩目的成就。气象业务体系不断的改革创新，气候、天气、生态与农业气象、人工影响天气、大气成分、雷电等业务不断进行科技创新。各个行业如水利、电力、交通、农业、航天等对专业气象观测也提出了更深层次的发展需求，所以新时代气象事业发展的需求与趋势己成为各类气象要素资料与气象科技成果的资源合理优化配置。就目前中国的区域自动气象站而言，全国建成自动气象站7000多个，完全可以实现针对基本气象要素的24小时不间断的连续自动观测与采集，建成约3万余个乡镇及以下地区的加密观测的区域自动气象站，其中特殊观测要求的山洪监测站约1.3万个。为了加强区域自动站的作用与实际意义，重点完成了国家与省（地、市）之间的气象科研体系建设，不仅提高了气象资料和数据的共享应用能力与公共气象服务的扩展范围，更好使业务与科研相结合，使气象针对社会不同行业的各项业务服务能力取到显著的提升。

2自动气象站雷电防御工作措施

2.1预防雷电波破坏的方法

要实现自动气象站不受电机的干扰，加强雷电波保护极为重要。在雷电产生过程中，由于电磁感应和雷电自带的波段都会在电源线和信号传输线中进行流动。要避免出现这种情况，可以在自动气象站中加装电涌保护器，同时还可以在电源线和信号传输线外加装金属管。实现多点接地，在受到电击时可以将雷电倾泄到大地中，起到保护的作用。

2.2预防直击雷破坏的方法

要实现自动气象站在工作过程中不受直击雷的破坏，可以通过加装避雷针的方式进行。现阶段安装避雷针主要有两种方式，第一种是将避雷针直接安装在气象观测区域，但是这种方式必须对避雷针的高度进行估算，同时还要设置避雷针系统和风速传感器，避免二者相互影响。第二种是直接将避雷针加装在风速传感器的支架上，通过屏蔽系统将风速传感器的信号屏蔽，实现互不影响的效果。

2.3室内设备接地

室内设备大多数为一些精密仪器，集成化程度高。雷击产生的电流如果通入室内设备后极易造成设备短路，造成较大损失。要进行室内设备防雷应降低设备本身的电感。在对设备用线进行选择时要避免采用扁平编织导线和绞合导线，这2种导线的电感极大，对于设备中的一些线圈不利于雷电电感产生的电流释放。导线应选用3mm以上的实心导线为宜，同时要注意导线内部金属材料要统一，避免不同金属混用。对于自动气象站而言，主要的室内设备有数据处理微机、打印设备、通讯设备等。因此，在观测站值班室应采取有效的防雷措施并设计良好的接地系统。观测场中的探测设备与室内数据传输的线路应加装防雷保护器并进行接地处理。同时，所有的供电设施都应加装电源避雷器并接地。在对自动气象站进行线路架设时，为了防止雷电对正常工作产生干扰，所有线路用线都必须采用屏蔽线缆并加穿金属管接地引入室内。同时，对屏蔽线缆的屏蔽层和金属管在入室接口处进行等电位处理。通过选择合适的连接方式实现与建筑物本体钢筋或已经设置好的接地系统连接，实现有效接地。

3新型区域自动气象站综合防雷设计

3.1概况

某新型区域自动气象站有多要素和单要素站，安装在人员稀少的野外，无电或为农网供电，电压稳定性差。大部分站点采用太阳能供电，数据通信为4G和窄带物联网NB-LoT等方式。因新型区域自动气象站防雷有其特殊性，需根据其运行环境因地制宜设计防雷方案。该站地势相对较高，四周开阔，风杆则成为孤立高耸物，易遭受雷击。站周边土壤为黏土结构，电阻率为80Ω/m，区域年均雷暴日数53d，属多雷区，经实地调查其附近偶有雷击事件发生。该站为农网和太阳能供电，其防雷采用综合防雷方案。

3.2防直接雷

该站是在10m风杆的不同高度安装6种要素传感器，在离地三四米处安装太阳能板，为自动站工作供电，在风杆2/3高度处向下往不同方向安装3根拉线，拉线间、拉线与地面呈60°夹角，做直击雷防护；在风杆顶端安装2m避雷针1根，用镀锌螺丝紧固，杆体可作为接闪装置，风杆底端与地网连接，底座做等电位连接。各拉线与杆体做电气连接，拉线上端与地网引下线相连，使3根拉线组成1个三棱锥防雷立体，可让安装在风杆1.5～2.5m处的仪器设备得到有效防护。设计参数：一是避雷针长2m，为Φ20mm镀锌圆钢。二是拉线上端预留0.5m与杆体做可靠电气连接，拉线下端预留0.6～1m与地网引下线相连。三是用50mm×5mm热镀锌扁钢与地网焊接作为拉线的引下线。

3.3防雷电波侵入

该站数据采集箱外壳、通信天线金属支架应与风杆做可靠连接，射频电缆在数据采集箱一端可安装信号SPD，防止雷电流经铜轴电缆进入损坏箱内设备。利用风杆内部的屏蔽效应，太阳能板电源线、传感器信号线走风杆内部引到数据采集箱，信号线外层屏蔽与风杆做等电位连接，无屏蔽层的则采用穿钢管方式。地面雨量传感器信号线穿钢管引至数据采集箱，钢管一端与风杆底座焊接，另一端与雨量器底座连接，并与地网引下线相连，防止雷电流经雨量传感器侵入数据采集箱。

3.4等电位与屏蔽防护

为减弱或消除雷电感应过电压对箱内电子设备造成电磁干扰和破坏，数据采集箱与风杆做等电位连接，用多股铜芯线将门与箱体做等电位连接，等效为1个法拉第笼，避免各接地线之间存在电位差。

3.5接地系统

在风杆2/3高度处往3个方向做3条放射性接地线，3条接地线与风杆底座做可靠焊接，每条接地线用50mm×50mm×5mm镀锌角钢作垂直接地体，角钢长1.5～2.5m，每隔四五米打一地桩，用40mm×4mm镀锌扁钢作水平连接，地网埋设深度＞1m，整个地网冲击接地电阻≤4Ω。如按此方法安装地网后仍不能满足要求，还可采用增加接地体、埋降阻剂或电解接地极等方法，使接地电阻满足规范要求。

4结语

自动气象站作为一种新型的气象观测技术，由于设备精细化程度高，受到雷击时的影响更大。因此，要避免因雷击对正常的气象监测工作造成的影响，就必须加强防雷接地的研究。近年来，我国气象事业不断进步，自动气象站的各项技术也日趋成熟，通过对技术条件的改进可以有效的对当前我国气象事业发展起到极大的促进作用。在不久的将来，气象站的防雷技术手段一定可以更进一步。

参考文献：

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[3]王南玉,薛凌英,董利平.自动气象站雷击及防雷措施[J].时代农机,2016,43(03):34+56.