寧武縣氣象局自動氣象站雷電綜合防護設計

摘要：本文詳細介紹了寧武縣自動氣象站觀測場地網的建設、觀測場內儀器設備的防雷、觀測場值班室的接地與防雷，從而對直擊雷防護、感應雷防護和自動氣象站共用接地技術等防雷技術措施進行了詳盡的闡述，對自動氣象站的雷電綜合防護具有一定的指導意義。

關鍵詞：自動站；場地網；防雷設施

中圖分類號： P415.12 文獻標識碼： A 文章編號： 1674-0432（2013）-18-64-1

1 自動氣象站防雷電的重要性

自動氣象站由硬件和系統軟件組成，硬件主要由傳感器、采集器、系統電源、通信接口及外圍設備組成，前端設備中的氣溫、濕度、氣壓、風向、風速雨量等基本觀測要素傳感器及若干個分采集器位于大氣觀測場地面；主數據采集器安裝在風桿上，而風向、風速傳感器距地高度超過10米，這就使這些地面傳感器極易遭受雷電感應和雷電波侵入。由此看出，自動氣象站的雷電及過電壓的防護將成為自動氣象站安裝過程中極其重要的部分。

2 氣象臺站雷電防護總體規劃

氣象臺站的雷電防護，根據其重要性、發生雷擊事故的可能性和后果，分為三級。根據2001年版防雷技術標準規范匯編中氣象臺（站）防雷技術規范QX-2000中氣象臺站防雷分級的有關規定，根據近30年歷史資料，我站地處平均雷暴日為38d/a（小于30d/a）的國家氣象觀測站，屬二級防雷設施，對其建筑物和構筑物外部防雷設計應符合GB50057-94，按第三類防雷建筑物進行外部防雷設計。氣象臺站的內部防雷設計應符合規范標準對氣象臺站做三級防雷分級的要求和設備所能承受的電磁場強度，在外部防雷的基礎上進行內部防雷設計。我站根據防雷規范標準結合自己的具體實際從以下幾個方面進行雷電綜合防護的設計。

2.1 觀測場地網的布置

觀測場長寬為25米×25米，防雷地網沿觀測場四周設置為環形、閉合地網，地網長寬為20米×20米，防雷地網四周沿觀測場圍欄距離均位2.5米。觀測場地網由地溝下部的垂直接地體和水平接地體，環形連接后組成。

2.2 地網垂直接地體

在地網的走向上每間隔5米制作一個垂直接地體。垂直接地體采用熱鍍鋅角鋼（規格50毫米×50毫米×5毫米）制作，長度為2.5米。

2.3 地網水平接地體

采用熱鍍鋅扁鋼（40毫米×4毫米）制作，長度為25米，在規定的深度上與垂直接地體焊接。

2.4 引下線（設備接地端）

在觀測場的四條小路上，有垂直接地體和水平接地體連接的位置（靠近儀器附近），向上焊接（銅焊）一根扁銅（40毫米×4毫米）至地溝30厘米高度，上端橫向焊接（銅焊）長40厘米的扁銅（打孔，并配備與孔徑一致的螺母），做引下線端，以備其他儀器設施的防雷接地。

2.5 焊接工藝

接地體之間的連接點應當做焊接、防腐處理，扁鋼的焊接長度為寬邊的二倍。觀測場地網的工頻接地電阻必須小于4Ω。

3 觀測場內儀器設備防雷

（1）在觀測場內人工EL風桿和自動站風桿上，設置了獨立的避雷針。自動氣象站的風傳感器安裝在10.5米高的風桿上，所以必須在傳感器頂設置避雷針予以保護。避雷針可安裝在風桿頂部，避雷針及其撐桿與桿體焊接、避雷針體下端設置防雷引下線，且引下線下端必須與防雷地網牢固焊接。避雷針的針體高度應使風傳感器置于其保護范圍之內。人工站風桿的避雷針安裝設計與自動站相同。（2）值班室外到觀測場內的全部地溝的蓋板下，放置寬45厘米長60厘米的鍍鋅鐵皮。（3）觀測場金屬圍欄在東、南、西、北四個方向中間分別用直徑10毫米鍍鋅圓鋼與觀測場地網相焊接。（4）觀測場北部有一通訊塔離觀測場有7米，該塔高30米，塔上安裝有避雷針，為防止雷電波沿引下線侵入地溝而對電源線及信號線造成損壞，避雷針的引下線穿鐵管入地并與觀測場地網可靠連接。該避雷設施可以用來保護觀測場的儀器設備，能夠保護到觀測場最南邊的日照計。（5）數據采集器。①數據采集器的電源保護器的防雷功能。電源保護器用于防護沿電源通道侵入機內的感應雷電和其他瞬時過電壓對設備的損壞，本保護器分為三段保護：A段為輸入端具有過流保護及大電流浪涌放電器。B段為中繼和RF過濾，C段為精細箝位保護。因此本保護器不僅提供過壓、過流保護，同時也具有消除電源噪聲干擾的作用。但是采集器防護電路最大通流量為1.7KA很難有效地防護較大能量的雷電感應。觀測場北部通訊塔上安裝的避雷針能對直擊雷進行有效的防護，避免了采集器遭受較大能量的雷電感應。②數據采集器防雷板：通道防雷板具有防感應雷擊的功能。③數據采集器接地及抗干擾要求。機箱內有接地連接端子，位于右下角處機箱側壁上；單獨使用接地電纜（>1.5平方毫米）連接到獨立的接地銅板上；連接端子要連接牢固，保證接觸良好；接地電纜通過機箱的專用過孔進出；接地電纜要盡可能短，無彎曲；接地電阻要小于10Ω；所有接入采集器的傳感器電纜都要求有良好的接地，線纜敷設于金屬線槽內，金屬線槽用100毫米×50毫米，金屬線槽沿自動站線纜地溝敷設，金屬線槽首端和尾端與觀測場地網可靠地連接。（6）溫度傳感器地上部分信號電纜的防雷。地面及淺層地溫傳感器信號電纜穿鋼管埋地進入觀測場地溝。自動氣象站的雷電防護應采取綜合防雷措施，就是對自動站系統進行層層設防，綜合治理，堅持用“接閃、屏蔽、等電位連接、合理布線、分流、限壓、接地”等措施進行綜合防雷，并且定期進行檢測驗收，才能有效地避免氣象設備遭受雷擊，保證觀測數據的正確性與及時性。

參考文獻

[1] GB50057-94《建筑物防雷設計規范 》（2000年版）.

[2] 中國氣象局關于自動站建設具體要求.

作者簡介：王旭，女，本科學歷，山西省寧武縣氣象局工程師，研究方向：氣象。