自動氣象站防雷防護措施探究

彭明敏 何湖清

摘 要：自動氣象站能夠克服地域、氣候的影響，傳送給人們不同地區的氣候情況，是現在社會普遍應用的一項技術手段。但是自動氣象站的正常運行經常受到雷電的干擾，文章通過查找自動氣象站在工程設計、施工過程中的問題，提出有效的改進方法，在研究自動氣象站觀測場設備防雷性能基礎上，全面分析了自動氣象站防止雷電干擾的安全對策。

關鍵詞：自動氣象站；防雷；防護措施

自動氣象站一般由傳感器、數據采集系統、主控微機、通訊部件等幾部分組成，通過感應外界的氣候變化產生傳感器中的電量的變化，然后這種變化會轉換為數據的形式存儲到信息系統中，傳輸到觀測部門，工作人員對不同的數據進行分析整理就可以得出當地的氣象概況，實現了遠距離的氣象感知，為了確保自動氣象站的正常運作就必須做好防雷防護措施。

1 雷電對自動氣象站的破壞形式

在自動氣象站的日常運作中主要存在四種雷電的侵害方式，第一種就是直擊雷，也就是說雷電直接擊中氣象站的設備系統，造成站內設備的損壞，嚴重的時候會造成設備的完全癱瘓。但是在自動氣象站一般都會安裝接閃桿等設備，這種直接擊中的情況比較不常見。第二種是高電壓脈沖，這種侵害方式產生自靜電感應以及電磁感應，這兩種感應能夠同時反應在電線中，達到十幾千伏的電壓，對自動氣象站的感應裝置產生不良影響，尤其是位置比較高的氣象裝置，在雷電發生時會最先受到沖擊。第三種是電位升高的現象，這種情況是隨著直擊雷的產生而發生的，雷電通過接地線傳到導線中，與導線連接的電路設備就會受到損害，屬于間接性的雷電沖擊。第四種雷電反應叫做交流電線路入侵，在無人管理的情況下，自動氣象站的用電是由低壓輸電提供的，當這個供電裝置被雷電擊中時，產生的電沖就會通過導電線進入到自動氣象站的器材中，這樣就會造成設備不能正常運轉，工作失效，在自動氣象站中電源板屬于一個比較脆弱的裝置，容易發生故障，應該多加維護。

2 自動氣象站防雷措施中的問題

2.1 自動氣象站防雷裝置不規范

部分自動氣象站風向、風速信號線在不單獨穿金屬管保護的情況下，僅考慮到布線美觀需要，與風桿上接閃桿引下線在風桿金屬管內并行引下，這相當于將風速信號電纜敷設在接閃桿引下線上，嚴重違反了文獻[1]第3.5.6條的規定[1]。在這種情況下，風向電纜自身就攜帶著屏蔽設備，但是它的屏蔽層沒有足夠的能力來抵擋雷電沖擊的脈沖，接閃桿在每次接閃后都會產生損壞，風向感應導線上的承受能力不足，當電壓過高的時候就會對采集器造成損壞，影響其正常的工作應用。這樣的情況也比較常見，比如德國的一個自動氣象站，其中的采集器在兩年之間損壞了三次，遭受雷電沖擊的頻率比較高。有的時候是因為采集器內部的元器件損毀造成其斷電之后無法正常運行，有的情況就是自動氣象設備的主要微機部分的接口遭到干擾，使得采集數據的設備的失靈，就是因為風桿上接閃桿引下線與風向、風速信號線布線不規范造成的。為了使自動氣象站整體上顯示出整潔簡便的外觀就改變了風速測線的方向，這是本末倒置的做法。

2.2 電纜與防雷接線的設置缺陷

為減少電磁干擾的感應效應，自動氣象站觀測場內設備采取了以下基本屏蔽措施：觀測場電子設備采用金屬外殼，各種傳輸線路采用屏蔽電纜并穿金屬管埋地敷設[2]。電纜在設置時接地過程中會出現一些問題，比如防雷措施執行工作人員在安裝線路時沒有按照相關要求規范操作，屏蔽層面有時接地設置有的時候就會進行不接地安裝，當其中一側與相同電位的導線連接時另一端就會出現電位懸浮的情況，這時屏蔽層能夠防止靜電發生的感應電流但是對磁場強度變化產生的電壓變化就起不到任何有效的防護作用了。另一方面，為了使自動氣象站的各個設備之間的電壓數據達到一個平均的標準，觀測地點的風桿上的防雷裝置會進行接地操作，各種金屬外殼接地與防雷裝置接地線共同形成一個地網，一起在一個整體的接地系統中工作運轉，但是在日常的實際操作中，工作人員容易出現理解錯誤的情況，在設置接地網之間的線路距離時沒有根據情況具體分析，將集中不同裝置的接地線連接在了一起，影響了自動氣象站的防雷工作的正常運轉，容易產生安全隱患。

3 自動氣象站防雷防護措施分析

3.1 防護直擊雷的具體措施

地面測報值班室必須具備有效的直擊雷防護措施，其防雷措施是執行GB50057-2004《建筑物防雷設計規范》國家標準和QX4-2000《氣象臺（站）防雷技術規范》等[3]。一般情況下，直擊雷的防護裝置是由接閃桿、接閃器與立柱鋼筋等設施組成的一個引線設備，鋼筋是起到一個接地的作用，當發生雷電氣候的時候，周圍的危險電流就會通過這一裝置被引導入地，將傷害減弱到最小。風傳感器在自動氣象站的位置一般安裝在10米高的風向桿上，這一高度在雷電發生時比較危險，所以必須結合接閃桿共同使用。在風向桿的最上面安裝防雷裝置，使用螺母加固針體，在接閃桿的下端連接一根導線沿著風桿的方向接地，最終在地網的中心與其他接地線匯合，在安裝接閃桿時應該注意它與傳感器之間的高度差，保證傳感器在防雷設備的保護范圍之內，接閃桿下端的導線外層可以增加一層銅包鋼材料，可以有效地防止導線被外界因素腐蝕影響正常工作。

3.2 自動氣象站對感應雷的防護措施

感應雷是通過與自動氣象站設備連接的電源線、通信線、遙測信號線的靜電感應或電磁耦合產生的感應過電壓（即瞬間高壓脈沖），它直接沿電源線、通信線、遙測信號線侵入自動站設備，使設備遭到永久性損壞[4]。在安裝感應器的過程中需要在每個感應入口增加一個保護器，防止因為電涌超過感應器的承受極限而損壞機器，在這一基礎上還可以使用屏蔽層來增加感應保護器的強度，防止自動氣象站的設備遭受雷電的沖擊。一般情況下，自動氣象站設備用250V左右，50Hz的交流電，使用專門的電線供應電量，必須避免混合用電的情況發生。在給自動氣象站供電的過程中，應該使用分別輸出的方式，第一種是為氣象站內部的采集器提供電能，使用11V左右的直流電，另一種是為自動氣象站外的傳感器供電，使用250V左右的交流電，在供電過程中需要始終注意防雷防護。在氣象信息的傳播過程中，為了保證氣象信息數據的實時性、準確性，自動站的微機通信設備的接口一般都會采用專門的供電導線，通信導線的外層需要包裹一層金屬外殼，電線需要沿著自動氣象站的電纜方向進入值班室，在這種情況下其中的金屬線槽需要做好屏蔽措施，兩個線頭都需要進行接地處理，防止雷電從通信線的接口進入影響微機通信設備的安全，造成氣象傳輸系統的損壞，電涌保護裝置工作電壓應該設置為160V。

4 結束語

在自動氣象站工作中可以采取多種形式對雷電采取防護措施，在自動站觀測環節使用層層設防的方式綜合應對，在這一過程中需要對雷電防護的各個細節進行細致的分析考察，以確保達到理想的防雷的防護效果，因為任何一個環節的失誤都會增加雷擊災害發生的概率，所以需要對已經投入使用的防護設備進行規范整改，確保防護措施的安全有效的運行。

參考文獻

[1]周圣軍，陳成國，劉長海，等.自動氣象站觀測場防雷常見問題與防護措施[J].山東氣象，2010，1：54-57.

[2]梁邦全.多要素自動氣象站防雷防護初探[J].氣象水文海洋儀器，2010，2：90-92+96.

[3]林苗青，翁武坤，周如梅，等.自動氣象站防雷工作中的問題及應對措施[J].氣象水文海洋儀器，2011，3：110-113.

[4]戴世昆，晏敏.自動氣象站的雷電防護措施[J].廣西氣象，2005，3：55-57.