自动气象站防雷技术要点探析

自动气象站防雷技术要点探析

刘镇铨

（云南省红河州气象局，653100)

摘要：  本文主要介绍了自动气象站外部防雷和内部防雷的相关技术要点，对做好自动气象站的防雷工作有一定的指导意义。

关键词：  自动气象站，外部防雷，内部防雷，技术要点

一、引言

自动气象站是由大量的电子元件集合而成的电子电气设备，对电磁干扰相当敏感。电磁干扰源通常分为二类：一类是人为干扰源。包括电力系统的隔离开关、断路器、系统扰动等产生的过电压，高频辐射的电磁干扰，以及来自有线通信网络的干扰等。另一类是自然干扰源。包括雷电放电，宇宙射线以及其它天体和气象活动的干扰。其中雷电过电压对自动气象站的危害极大，是主要干扰源。自动气象站遭受的雷电灾害主要有直击雷和雷击电磁脉冲损害，采用综合防雷是最佳选择。本文主要介绍了自动气象站外部防雷和内部防雷的相关技术要点，对做好自动气象站的防雷工作有一定的指导意义。

二、自动气象站的防雷技术分析

所谓雷电防护就是通过合理、有效的措施将雷电流的能量尽可能快的泄入到大地，是疏导，而不是堵雷或消雷。一套完整的防雷系统包括二个方面：外部防雷和内部防雷。

（1）外部防雷。外部防雷的主要目的是对直击雷的防护，办公楼以及观测场都必须具备有效的直击雷防护设施，依据国家相关技术标准执行。主要由接闪器（避雷针、避雷带、避雷网等）、引下线、接地装置组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。自动气象站的防雷宜按照第二类防雷建筑物要求设计。利用自动气象站内高为10.5米的风塔，在风塔顶上安装避雷针，避雷针安装高度超过风塔顶5米。用滚球法确定自动气象站接闪器的保护范围为34米。防雷接地装置接地电阻小于4欧姆。该避雷针可保护自动气象站内的所有仪器设备，免受直击雷的侵害。

（2）内部防雷。内部防雷的主要目的是对雷电感应和雷电波的防护。雷电感应和雷电波主要是通过与自动气象站设备连接的电源线、通信线、遥测信号线的静电感应或电磁耦合产生的感应过电压和雷电脉冲，它直接沿电源线、通信线、遥测信号线侵入自动站设备，使设备遭到永久性损坏。因此，必须在雷电感应侵入的各个通道的入口处装设各种合格的电涌保护器，并采用屏蔽和等电位连接防护措施，以防自动站设备遭到雷电感应过电压损坏。

1) 良好屏蔽。屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。自动气象站的通信电缆线、信号电缆线采用金属护套电缆或敷设在金属管内，电缆线金属护套或金属管应在顶部及进入自动气象站机房入口处的外侧就近分别接地，进入自动气象站的低压电力电缆宜全程埋地引入，电缆埋地长度不应小于15米。

2）均压等电位。均压也称电位均衡连接（简称等电位连接）。就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过电涌保护器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即电涌保护器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。因此，自动气象站应采用共用接地系统。站内的电子设备应共用一组接地装置，按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。

3）分流。分流是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。

层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。由于雷电过电压的能量很大，单一的措施或一道防线都无法消除雷电过电压的侵害，必须采取多级防护措施才能将侵入的雷电过电压限制在安全的、设备能够承受的范围之内。自动气象站的电源线一般为架空引入，供电方式为TT制式。在总配电箱安装一级电源电涌保护器，在自动气象站机房进线端安装二级电源电涌保护器。第一级与第二级电涌保护器之间的线路应保持5米以上距离。机房内所有设备的机壳及电涌保护器接地线都连接在等电位连接排上，注意设备机壳及电涌保护器地线良好接地，所有接地线共用一组接地装置。

4）合理接地。接地是分流和泻放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。没有良好的接地系统或者接地不良的防雷设施会成为引雷入室的祸患；防雷装置接地不好，还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会。改造地线，对不符合自动气象站要求的地线进行适当改造。必要时采用低阻、高效、非金属接地模块和高效降阻剂，以减小地线电阻，从而为降低反击电位和“共地”提供前提条件。合理接地，将自动气象站信息系统的接地和防雷接地实行共地。即由公共接地点提供保护接地、工作接地和防雷接地等所需的基准零电位，避免出现因各系统分别接地在各个地线间产生毁坏性电位差。工程实践中应注意处理好如下几方面的接地问题：①电子信息设备的单点接地。各设备应与系统接地线相连，连接距离应尽可能短，统一接地极再与地网相连。目的是防止或减少共同的阻抗耦合形成的感应干扰，保持各设备间等电位。②电子信息设备接地与建筑物防雷接地。电子信息设备与防雷装置接地系统之间未做到保持安全的绝缘距离，从而当防雷装置接闪时可能发生反击事故。一般情况两者保持一定安全距离确有困难，按防雷规范要求电子信息设备接地应与防雷接地系统接到一个统一的地网上，但又容易出现低频杂散电流的干扰。采用办法：为防止低频杂散电流的干扰，用低压电涌保护器或放电器将两接地系统之间相连，以使得在雷击时放电器等自动导通连接，并可防止闪络或者击穿。③信号传输电缆的全屏蔽（多点接地）与电子设备的单点接地。全屏蔽多点接地可保护人员与设备安全，但各接地点之间将存在低频干扰分量，将影响电子设备正常工作性能。单点接地又不符合防雷安全要求，两者如何兼顾？这就要求把观测场和自动气象站机房所有连接电缆穿入金属管内，并且在金属管两端处就近接地，而其内部的电缆此时可单点接地。这样就兼顾了防止低频干扰和防雷安全两方面问题。

三、结语

总之，由于自动气象站所处的位置一般位于较高视野开阔的凸出地带，所以对自动气象站以及室外观测场地的全面防护显得尤为重要。自动气象站的防雷技术要点应采取综合防雷措施，对自动气象站系统进行层层设防，坚持用“接闪、屏蔽、等电位连接、均压、分流、限压、接地”等措施进行综合防护，以提高自动气象站运行的安全性和可靠性。

参考文献

[1]GB 50343-2012.建筑物电子信息系统防雷技术规范

[2]GB 50057-2010.建筑物防雷设计规范

[3] GB/T 31162-2014 地面气象观测场（室）防雷技术规范

[4]李良福主编.雷电防护关键技术研究.北京：气象出版社，2008

作者简介：刘镇铨(1973-)男，汉，云南省玉溪市人，大专学历，助理工程师，从事气象灾害,雷电防御工作

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