室外氣象電子設備防雷保護要點

李 霖，謝 丹，江彩英

（福建省南平市氣象局，福建 南平353000）

1 引言

雷電是電子設備的大敵，雷電對電子信息系統的危害是眾所周知，其常能夠大范圍地損毀信息系統和電氣設備，甚至造成人身傷亡[1，2]。氣象部門作為雷電災害防御的主管機構，對本部門氣象預警大樓內等設備密集場地的防雷較為重視，如：氣象臺會商室、機房設備及國家級氣象自動站的防雷均有通過專業人員的設計和施工，但對室外的一些設備卻重視不夠，如零散分布的各類監控攝像頭，屋頂的衛星接收等通信系統，遍布各鄉鎮村的區域自動站等。室外這些設備防雷防護工作的好壞，關系到氣象資料采集的延續性、完整性，也是氣象資料傳輸的有力保障，同時氣象維護人員在露天作業時還涉及到人身安全問題[3～5]。本文以區域自動站、衛星接收系統（室外設備）、視頻監控系統和車載移動氣象系統的防雷保護為例，總結室外氣象設備防雷注意事項和要點，為室外氣象裝備系統雷電防護提供參考。

2 區域自動站的防雷

由于受地形地域及防火防盜等因素的影響，區域自動站多布設在野外的空地、屋頂、高地等偏僻處。單雨站多半布設在河谷，土壤水份觀測站、農田小氣候站多半在水田附近，交通站在高速路邊的草地上。安裝自動站時由于時間緊、任務重，周邊環境的不支持，建設人員多半是綜合觀測業務人員，對雷電防護重視不夠，而自動站設計及安裝流程上也不太重視防雷，使得這些儀器的雷電防護常被忽略，防雷措施極不到位，在此對野外自動站雷電防護作如下幾點提醒。

（1）自動氣象站建設防雷應按照《QX4－2000氣象臺（站）防雷技術規范》及《QX30－2004自動氣象站場室防雷技術規范》等規范執行，在自動站選址上要綜合考慮自動站建設、通信、防雷等因素，以最經濟的角度確定地址，在自動站做基礎預埋時就應把接地的預設做好。

（2）凡有風傳感器的自動氣象站，為降低遭受雷擊的可能性，盡量避免安裝在山頂等突出部位。

（3）氣象觀測站點主控機箱內部應設有弱電防雷保護系統，氣象觀測站點頂部需要安裝接閃器（通常接閃桿方位使其平行于風桿，位于風桿正東側），并與基礎防雷接地裝置有效連接，防雷接地電阻應不大于10Ω。

（4）氣象觀測站點應做等電位連接，外露可導電部分和裝置外可導電部分均應做等電位連接，其過渡電阻≤0.24Ω，等電位接地端子與接地裝置電阻應小于4Ω。

（5）自動站的電源是由低壓輸電線路提供的，當電力線路遭到雷擊時，雷電流沿輸電線路以脈沖波的形式侵入到設備，造成設備損壞，因此，建議電源線路在接入自動站的前一段應埋地敷設，埋地長度l≥2√ρ，且不小于15m。

（6）自動站內的信號線應盡量避免架空布設。從提高防雷性能出發，建議所有穿線管采用金屬管，特別是對雷擊易發區或重要自動站的穿線管宜采用金屬管。金屬管應與接地體做好有效連接。

3 衛星接收系統室外設備的防雷

氣象局的衛星接收系統有CMACASE衛星接收系統和北斗衛星接收系統等，它們對氣象資料的接收、應急通訊等起到重要作用，且一般安裝于大樓的屋頂或陽臺等相對空曠無遮擋的高處，入室后多半直接與機房設備相連，所以應特別注意防止衛星天線遭受直接雷擊和機房設備遭受感應雷擊，注意事項如下。

（1）為了防止衛星天線遭受直接雷擊，在離天線3m以上安裝獨立的接閃桿，使其保護的天線位于直擊防護區內。

（2）衛星天線與防雷裝置連接（可用圓鋼將立柱和防雷網可靠焊接起來），使天線與大地處于等電位狀態。

（3）天線金屬部件均應良好接地，衛星天線面金屬部件的接地用不小于16m2接地線單獨引至接地網，保護天線的接閃桿的接地可以與辦公大樓的接地體進行共用接地。防雷裝置接地電阻要求不大于4Ω。

（4）在設備與饋線間、電源進線處應安裝避雷器。當信號傳輸距離較遠，如達20m以上時，需考慮信號電涌產生的信號衰減可能影響信息接收，實際實施中可只對衛星接收機進行電源防雷保護。

（5）天線高頻頭與室內接收系統之間的信號線路應穿金屬軟管沿墻屏蔽處理，特別提醒的是金屬軟管底端一定要可靠接地。

（6）衛星接收系統的室內設備需作屏蔽接地，同時對設備的所有防靜電接地、安全保護接地、浪涌保護器接地端等必須進行等電位接地處理，接地線按最短路徑布設引下。

4 視頻監控系統防雷

近年來，隨著氣象現代化建設的不斷推進，安全視頻監控系統作為氣象現代化建設的重要組成部分也越來越被重視。越來越多的監控設備被布設在氣象檔案室、人影彈藥庫、觀測場、農田小氣候氣象觀測站、交通氣象觀測站，這些監控既是安全的需要，也是氣象資料的有益補充，更是應對突發事件的有效證明，查看災害性天氣的及時有效手段，但視頻監控系統的防雷卻沒有得到重視，常見監控設備隨意搭設，供應商也對這塊極其忽視，而近年來的不少雷災都是因為雷電通過監控設備影響的，建陽雷達站就曾出現因為監控設備的防雷做得不夠而造成空調、電子門、監控頭等損壞的事件，因此必須重視監控設備的雷電防護。現根據本市氣象部門的視頻監控情況提幾點建設。

（1）視頻監控室的外部防雷裝置的設計應結合建筑物的防雷要求統一考慮，并符合有關國家標準、行業標準的要求。如：應該在房頂四周安裝接閃帶，通過引下線與接地裝置相連。

（2）選用的設備應符合電子設備的雷電防護要求，目前市場上有帶防雷功能的監控設備，或者單獨加監控防雷器、攝像機防雷器等防雷設備。

（3）系統應有防雷擊措施。應設置電源避雷裝置，宜設置信號避雷或隔離裝置。

（4）監控系統的室外設備如攝像機，要用獨立接閃桿進行保護。首先利用滾球法計算，以確定其接閃器的保護范圍和雷電防護區域，然后將室外設備安裝在防雷裝置的有效保護范圍之內。目前市場有監控攝像頭專用接閃桿（直徑約12～14mm，長度約0.3～1m）；為防感應雷時，接地防雷器盡量不用，宜采用防雷電路保護。

（5）整個監控系統應做等電位接地，其主要分為室外金屬構件等電位和室內金屬構件的等電位。我們都知道，無論是直擊雷防護還是雷電感應的防護，都是通過接地裝置將雷電流釋放到大地，所以就必須對監控設備進行安全可靠接地，監控機房宜采用共用接地裝置，其接地阻值宜≤4Ω。共用接地裝置還應滿足系統抗干擾和電氣安全的雙重要求，并不得與強電的電網零線短接或混接。

（6）室外立桿接地要求：現場土壤情況較好（石沙等不導電物質較少）時，可以利用立桿直接接地，可將攝像機與防雷器的地線焊接在立桿上，但攝像機立桿要盡量遠離接閃桿；現場土壤情況惡劣時，應借助導電設備，可利用40＊3的扁鋼沿立桿拉下，防雷器和攝像機的地線與扁鋼連接，用鍍鋅角鋼打入地底3m左右，與扁鋼焊接。

（7）室外的信號線路及通訊線路必須穿金屬管予以屏蔽，并做好等電位連接。信號線路也可采用光纜信號傳輸，兩端的轉換器進行屏弊和安裝信號電涌保護器。電源線、信號線不能平行布設在同一金屬線槽內，且其布設間距不能小于30.0cm，應盡量減小由線纜自身而形成的感應環路面積。

（8）應滿足系統基本的安全要求，確保做到系統單點接地。如攝像機安裝與金屬立桿不絕緣、與鋼結構不絕緣，大量使用接地防雷器等等，這些措施都會造成多點接地，存在人為造成的系統安全隱患。

5 車載移動氣象系統的防雷

隨著全球氣候異常變化程度的加劇，重大氣象災害頻繁發生，為了給防御氣象災害和突發氣象事件應急處理提供氣象支持[6，7]，移動車載氣象系統應運而生，如移動雷達、移動自動站、移動檢定系統及移動人影作業系統等。這些移動氣象車載系統的配備，對應對重大社會活動及突發公共安全事件等的應急服務發揮了重大的作用，但應急移動系統內部集成了眾多的電子系統，其抗雷電干擾能力極差，而且大部分應急服務是在極端天氣條件下進行的，因此車載移動氣象系統的防雷裝置安全運行問題日益凸顯。下面是我們結合工作實際對車載移動氣象系統防雷的幾點建議。

（1）野外作業選址：空曠地帶，要盡量遠離鐵塔、金屬立桿、孤立大樹等。為確保良好的接地效果，移動車載系統野外作業地點宜選擇在比較潮濕，現場土壤情況較好（石沙等不導電物質較少）的地方。

（2）宜在應急車上架設獨立接閃桿進行直擊雷保護，應按照應急車的外型尺寸 、車上天線的高度以及雷電防護區的劃分來布置接閃桿。接閃桿的支架應與車體絕緣。根據接閃桿在野外使用的客觀原因 ，應盡量采用具有提前放電功能或可防止側擊雷擊的接閃桿。并可根據車輛的實際情況，在車頂按對角線設計安裝可折疊式或可拆卸式接閃桿。

（3）系統設備、車體、發電機、通信設備等所有設備接地和防雷接地宜共用同一接地裝置，防止在緊急忙亂中出現多點接地現象。同時，系統所有構件（含系統附屬設備）都應與車體進行等電位連接。

（4）做好信號防雷：不同類型的數據傳輸線應選用不同類型的保護器，通信設備的輸入/輸出端口處和網絡設備接口處，安裝適配的電子系統電涌保護器；在收/發通信設備的射頻出、入端口處安裝天饋線路電涌保護器。

（5）定期由有資質的專業防雷檢測機構檢測防雷設施，評估防雷設施是否符合國家規范要求。

6 結語

本文通過近年來在室外氣象設備建設中遇到的雷電防護問題，建設后試圖對雷電防護做一個經驗小結，為后續室外氣象設備建設提供參考，確保氣象設備在防御氣象災害和突發氣象事件應急處理時，安全、高效地發揮重要的氣象保障作用。

[1]王鳴曉，林建民，馬光進，等.電氣設備防雷工程設計探討[J].氣象科技，2013，41（2）：417～421.

[2]李 輝，張 艷，王云林，等.煙花爆竹場所雷電防護及檢測技術探討[J].氣象與環境學報，2007，23（1）：51～55.

[3]王新清，李廣智，孫喜明，等.區域自動氣象站雷電防護探析[J].內蒙古科技與經濟，2013（7）：48～50.

[4]劉柳成.視頻監控系統防雷研究[J].技術與市場，2014，21（8）：44～45.

[5]李 斌，周圣軍.移動氣象臺防雷設計方案探討[J].山東氣象，2009，29（118）：79～81.

[6]徐 文，陳紅兵.移動氣象臺防雷技術[J].氣象科技，2012，40（4）：661～665.

[7]陳紅兵，徐 文.移動氣象臺防雷技術及對策研究[J].安徽農業科學，2010，38（27）：15419～15422.