小型自動氣象站在雷電防護方面存在的主要問題

閆友理 杜明峰 李旭欽

【摘 要】本文針對現在小型自動氣象站存在的一些問題，提出一些意見及看法。

【關鍵詞】小型自動氣象站、防雷

【中圖分類號】P457 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0064-01

一、前言

近幾年，暴雨冰雹大風等惡劣天氣出現頻率越來越高。很多地區還出現50年甚至100年一遇的強降水。生活中我們也經常收到各種級別的氣象預警。面對這些情況，氣象觀測及數據采集工作的重要性不言而喻。如今小型自動氣象站已成為開展精細化預報、氣象決策服務所不可缺少的氣象信息來源。為了保證它的正常運行，本文從雷電防護的角度，闡述了大多數小型氣象自動站存在的一些隱患，并提出一些建議。

二、小型自動氣象站雷電防護的概述

2.1首先從環境角度考慮，小型自動氣象站建設的地理環境多位于空曠凸現區域，如常見的建筑物屋頂。這種環境在雷電學里是極易遭受雷擊的位置。

2.2其次從自動站的自動化電子系統的構成來看，它主要有采集器、傳感器和主控微機三大部分組成，這些設備一旦遭受雷電侵襲，可能造成系統癱瘓甚至損毀。

2.3國家氣象規范也對自動氣象站場室防雷等級劃分做出了嚴格的要求，根據安裝自動氣象站的臺站性質、發生雷擊事故的可能性和后果以及雷暴日數，將自動氣象站場室的雷電防護等級分為三級。

遇有下列情況之一時，自動氣象站場室防雷等級應劃分為一級。

a）國家基準氣候站、大氣本底站；b）地處平均雷暴日大于（含）30d/a（d/a：天/年）的國家基本氣象站；

c）地處平均雷暴日大于（含）80d/a的一般氣象站以及其他場所；

遇有下列情況之一時，自動氣象站場室防雷等級應劃分為二級。

a）地處平均雷暴日小于30d/a國家基本氣象站； b）地處平均雷暴日大于（含）40d/a且小于80d/a的一般氣象站和其他場所；

除一級和二級防雷自動氣象站場室以外的自動氣象站場室，均應劃為三級防雷自動氣象站場室。

三、小型自動氣象站雷電防護的現存問題

自動站環境的特殊性，建設自動站時一般考慮到了自動站的直擊雷防護，多采用安裝獨立的接閃桿進行防護。但實際很多自動站的防雷裝置并沒有嚴格按要求設計施工，反而給設備帶來了更大的隱患。

3.1很多小型自動氣象站的風傳感器的固定桿多直接做接閃桿使用，一旦接閃，雷電流將沿著接閃桿入地。這種情況下雷電流對傳感器會造成很強的閃電電涌侵入。

3.2 近年來很多自動站都加裝了獨立接閃桿，意圖對各采集設備進行直擊雷雷電防護。但實際雷電防護的效果卻沒有達到。例如很多建在高層建筑屋面上方的自動氣象站，裝設的獨立接閃桿高度很多只有4米左右（這點是一般是由施工難度及造價等原因所致），而風傳感器的固定桿高度一般都有2米以上，2桿的水平距離一般都有3米，通過滾球法，很容易得出，此獨立桿根本無法保護風傳感器。

3.3 小型自動氣象站內的設備沒有專門的接地端子，很多直接連接在建筑物的引下線處。表面上看，設備是做了等電位處理，實際一旦建筑物接閃帶或接閃桿接閃，強大的雷電流通過引下線泄放的過程中，將會對直接連接在引下線上的設備造成嚴重的閃電電磁干擾。

3.4小型自動氣象站設備的供電存在很大安全隱患。

首先因為絕大多數小型自動氣象站的建設都是在有需要的時候才進行選址，并不是建筑主體建設的時候就有規劃。在這種情況下，小型自動站設備的供電線路一般都是另外敷設，而所敷設的電源線幾乎都沒有做屏蔽處理，更有甚者，為了布線方便，直接將電源線捆綁在接閃帶上。這種做法對設備及線路帶來了極大的危險性。

其次，自動氣象站的電子設備及線路基本未安裝電涌保護器。在前文所敘述的各種防雷隱患存在的情況下，又未安裝電涌保護器，更加大了小型自動氣象站遭受雷電的風險。

最后，有些自動站就算安裝了電涌保護器，其參數也很少符合規范要求。一般都未安裝T1類實驗的產品，而且為了節約成本，很多電涌保護器沒有專用的接地點，接地形式也沒采用凱文接線法，其安裝根本達不到規范要求。

四、如何改變氣象自動站雷電防護現狀

防雷工程是多學科、多行業相互聯系的一項系統工程。因此，自動氣象站的防雷也是綜合各個領域防雷的一門專門技術。它不僅需要考慮防直擊雷，還要考慮防閃電靜電感應、閃電電磁感應和閃電電涌的侵入。我就從這兩方面做以下闡述。

4.1 直接雷防護部分

其接閃器、引下線和接地體的布置要嚴格按規范要求設計及施工。對于風傳感器的固定桿做接閃桿的情況，將接閃桿系統與風傳感器部分分開設置，塔標管內置引下線向外引出與接地網接地。塔桿與接地網須等電位連接，并按照防雷規范保持兩個系統間有效的距離；若觀測場地受到限制，確實難以分開的，也應考慮將接閃桿保持與風傳感器更大的距離，做好引下線與風傳感器數據傳輸線之間的電磁屏蔽。

如做獨立桿保護自動氣象站，其獨立桿的保護范圍以及安裝和接地電阻等一定要符合規范要求。以上接閃桿的接地極盡量安置在觀測場外，使得數據線纜等可以保持與接地連接線之間的安全距離。距離不夠時，設法使線纜與接地線的角度增大，最好成直角。

特別強調，如自動氣象站為一類時，必須裝設獨立接閃桿或架空接閃線或網。

4.2接地及沖擊接地電阻

對于電氣設備、桿塔、構架或過電壓保護裝置等用接地線或接地極連接的措施，根據其作用可分為功能性接地和保護性接地兩類，包括工作接地、保護接地、過電壓接地、防靜電接地、屏蔽接地等。小型氣象自動站接地系統應采用共同地網，單點接地方式，沖擊接地電阻宜小等于1Ω。如果需新建地網，宜采用水平環型地網，其沖擊沖擊電阻宜小等于1Ω。

4.3雷電感應防護部分，主要考慮電源系統和信號系統。

4.3.1電源系統

如設備采用TN-S或TN-C-S系統供電時，線路如在LPZ0區的部分一定要做屏蔽處理。在設備端和線路由LPZ0區進入LPZ1區的位置，安裝T1類實驗產品的電涌保護器。其參數要符合規范要求。

現在很多地區的小型自動氣象站都采用太陽能供電，這點非常值得提倡的。它大大降低了供電線路對自動氣象站及建筑物內部的設備因雷電遭受的風險。

4.3.2信號系統

信息設備損壞的主要原因是雷電浪涌通過各種信號線和電源線引入設備內部，破壞其芯片和接口，所以應在信號線之間加裝信號防雷裝置。具體參數應根據設備及規范要求仔細分析。這里值得強調的是，除了安裝電涌保護器，綜合布線也非常重要。電源線、信號線必須分開專門敷設。弄清各個線纜電流的方向，設計好地線的走向和線纜的距離。保證線路之間的安全間距，通過對線路進行屏蔽、接地、均壓、等電位連接等綜合處理而達到減少電磁干擾的目的。應重點考慮雷電過程可能存在的電感性影響。

五、結束語

小型自動站的雷電防護安全，直接關系到了氣象數據的正常采集。它為氣象系統及時而準確的給社會提供服務做了保障。因此，我們應該結合各方努力，盡快解決和完善小型自動站存在的相關問題。建設一個更加美好而和諧的社會。

參考文獻

[1]《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010

[2]《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB 50343—2012

[3]《建筑防雷與接地技術》張小青

[4]《自動氣象站場室防雷技術規范》

[5]《氣象臺（站）防雷技術規范》