雷电对自动气象站的破坏方式及防治对策探讨

罗周霞

摘要：本文主要对雷电对自动气象站的破坏方式及防治对策进行分析与探讨，以供同仁参考。

关键字：自动气象站；雷电破坏； 防雷对策

一、前言

自动气象站，是一套自动化程度高、数据采集精度高的监测系统。该系统从各种数据的采集到合成运算、数据存储、数据传速，大量运用了微电子技术。由于设备电路的精密集成度高，且工作于室外，甚至工作于恶劣的环境条件下。而近年来气候环境恶化、天气变化反复无常、雷电灾害也呈逐年上升趋势。从而造成我国自动气象站每年因雷击、雷电电磁脉冲入侵、操作过电压等因素的影响造成故障频发，严重影响了各种气象要素的正常采集。由于感应雷电及雷电电磁脉冲的入侵易损坏相应的电子设施，加之设备自身电缆馈线的裸露，感应雷击的危害明显增加，仅靠避雷针已远不能满足自动气象站的防雷实际需求。因此，需做好系统接地工作和对台站设备实施综合防雷工程。本文主要对雷电对自动气象站的破坏方式及防治对策进行分析与探讨，以供同仁参考。

二、雷电对自动气象站的破坏方式

自动气象站有室内和室外两部分组成，室外为感应部件，室内为资料处理和显示部分，室内室外加上数据传输设备构成一个完整的自动气象观测站系统。雷击造成自动气象站损坏的主要方式有三种：一是直击雷直接击中室外的传感器、数据采集器等。其中风杆是最容易直接遭受雷击损坏的；二是雷电击中与自动气象站相连的电源线、信号线上，雷电波通过传导藕合的方式引入；或雷击放电发生在自动气象站附近，其周围产生强大的变化电磁场，使处在这个变化电磁场中的自动站的电源线、信号线等导体上感应出强大的电动势，并沿着导体传到设备，造成设备因雷电波人侵和雷电感应而损坏；三是自动气象站防雷地网不符合要求，接地电阻过大，造成雷电流无法迅速地泄人大地。发生雷击时，电荷在地极周围堆积，电位向上浮动，形成很高的电压，这个高电压会沿着设备的接地线加到设备上，对设备进行反击，造成设备的损坏。

三、自动气象站的防雷对策

（1）值班室和观测场的直击雷防护。常规的建筑物防直击雷一般是在建筑物中安装避雷针、避雷网、避雷带或者将它们混合组成接闪器，把建筑物顶部的板筋和内部的柱子内的主钢筋作为引下线，建筑物底部的基础钢筋作为接地体，实现将雷电流安全的排放到大地中。还有就是避雷針的针体高度要保证观测场的风速风向传感器位于其保护范围内，同时针体可以耐受150kA的雷电流冲击。在观测场中，风向和风速传感器是安装在11.0米高的风杆上的，对雷击十分敏感，因此需要在它们顶端设置避雷针，避雷针以及避雷针的引下线均不能直接与风杆相连，必须用绝缘杆与风杆固定，避雷针的引下线入地点附近要设置垂直接地体，接地体也要与观测场地网进行可靠的电气连接。一般自动气象站的避雷针是利用直径≥16毫米、长度≥1500毫米的圆钢制成的，水平绝缘距离≥500米。防雷接地装置接地电阻小于4Ω。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）计算机机房内部防雷系统。自动气象站的大部分室内设备都是安装在计算机机房内部，传感器和采集器获得的数据都要在这里进行处理和存储，计算机机房可以算的上是一个自动气象站的心脏。计算机机房的设备包括气象站的服务器、路由器、交换机、视频监控系统、UPS等等。在计算机机房中要进行等电位连接，等电位连接配设在计算机机房的配电箱中，一般采用S型星型结构。

（3）自动站电源防雷。自动气象站设备用220V±10%、50Hz交流电，从配电盘接专线供电，不能与其他用电混用，对自动站电源线防雷可采用三级防雷保护措施。在配电房市电进线总开关处安装一个380V、通流量为60kA（8/20μs）电涌保护器SPD1作为感应雷防护的第一级，在值班室总配电开关处安装一个380V，通流量为40kA（8/20μs）的电涌保护器SPD2作为感应雷防护的第二级。配电房进入值班室的电源线应穿金属管并沿电缆沟埋地敷设，金属管首端与配电房保护地接地屏蔽，尾端入室处与值班室工作地接地屏蔽。在自动站UPS前端安装一个220V，通流量为20kA（8/20μs）的电涌保护器SPD3作为感应雷防护的末级。自动站UPS输出分两路，一路给微机及打印机供电，另一路给自动站供电器供电，供电器输出也分两路，一路给室内采集器供12V直流专用，一路给室外风传感器供220V±5%交流电，这路交流供电线路也要具备感应雷防护措施。就是对风传感器电源线穿金属管屏蔽，金属管沿自动站线缆地沟敷设，其首尾两端应分别接地屏蔽。

（4）自动站通信线路防雷。为了将气象报表及时上传，自动站微机的通信MODEN接口一般配置专用通信线，此通信线应穿金属线槽并沿自动站线缆地沟埋地引入值班室，金属线槽首尾两端接地屏蔽。同时在通信线接入MODEN接口的前端安装一个信号电涌保护器，以防感应雷从通信线路侵入，损坏设备。对它们的防护可选择标称放电电流为5kA（80/20？s、漏电流≤20？A、插入损耗≤0.3dB的信号SPD；SPD的接地线要尽量短，一般

（5）自动站遥测信号线防雷。自动气象站的温度、湿度、雨量、地温、风向、风速传感器采集的气象要素变化信号经各个信号传输线汇集于室外专用信号箱（信号箱一般安装在观测场内）的信号1和信号2两条专用传输线，这六种气象信号经此两条专线接入采集器的接口电路，由于采集器接口电路内置防感应雷击功能，避免系统由于长的信号线缆所带来的雷电干扰和损坏。所以遥测信号线缆的入室处不用加装信号电涌保护器。但信号箱应与观测场的地网牢固连接，使信号箱接地良好，且信号箱输出线（即信号1和信号2传输线）要用金属线槽屏蔽。可选用100×50金属线槽，金属线槽沿自动站线缆地沟敷设，一般线缆地沟尺寸为500×400，金属线槽首端与观测场地网连接，尾端在进入值班室处与工作地网连接，两端接地要牢固可靠。这样的屏蔽措施可有效削减沿遥测信号线侵入的雷电波的幅值，使其幅值限压在采集器接口电路所允许的范围内，避免损坏设备。

（6）观测场地网的防雷接地。观测场的地网主要功能就是把雷电流传输到大地。一般情况下，地网是沿着围栏周围设计为闭合的环形，接地极安装在围栏外以保证数据缆线与接地线之间的安全距离。观测场内所有的设备必须要与地网实现牢固的连接。还有就是观测场的地网沿着自动气象站线缆地沟辐射会延伸至值班室，与值班室的采集器、计算机等设备的保护及设备的工作接地合设一个共极，辐射延伸接地体铺设在线缆地沟的底部，埋设深度离地面至少一米，埋设完毕后要回土并且夯实被挖出的土壤。

四、结束语

总之，自动气象站的防雷建设是综合各个领域防雷的一项专门技术，它不仅要考虑防直击雷，同时更要考虑防感应雷和雷电波入侵，它牵涉面广、技术性强，要求防雷技术人员必须熟练掌握各种防雷规范和标准，应用各种先进的防雷技术，从而确保自动气象站的防雷安全，保障其在雷雨季节正常的运行。

参考文献

[1]GB50057-94.建筑物防雷设计规范[S].

[2]QX3-2000.气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范[S].

[3]QX4-2000.气象台（站）防雷技术规范[S].