自動氣象站存在的雷電隱患及其防護措施

劉偉彪 王國美 劉慧歡

摘 要 結合廣東省惠東縣氣象局的實際情況，首先對自動氣象站進行了概況，然后分析了自動氣象站的防雷隱患，最后給出了自動氣象站的雷電防護措施，僅供相關部門參考。

關鍵詞 自動氣象站;雷電隱患;防護措施

中圖分類號：P415.12 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）27--02

1 自動氣象站概況

對于自動氣象站來說是技術性很強的綜合性電子電氣設備系統，它主要是集計算機計算處理數據、通信、數據存儲、數據自動采集、傳輸和數據存儲等技術為一體。通常情況下，一個完整的自動氣象站主要包括雨量傳感器、風向傳感器、風速傳感器、地溫傳感器和蒸發傳感器等不同氣象要素的傳感器、計算機處理系統以及數據采集器等組成。其中，室外的空曠處主要安裝了不同氣象要素的傳感器，而計算機系統和數據采集器主要在室內安裝[1]。為了確保高大建筑物和工作人員的安全，大部分自動氣象站都安裝了避雷針或者是避雷帶，但是這些避雷設備并不能有效阻值雷電以電磁波的形式對各種氣象要素傳感器的入侵。各種氣象要素的傳感器一旦遭受雷擊，就可能對整個自動氣象站的正常運行造成影響，然而自動氣象站的主要工作就是連續安全的運行，所以做好自動氣象站的防雷工作至關重要[2]。

2 自動氣象站的防雷隱患

2.1 室外設備的防雷隱患

由于自動氣象站不同氣象要素的傳感器安裝在室外，這些氣象要素傳感器由于特殊的環境以及自身對電磁干擾敏感性的特點很容易存在防雷隱患，這些防雷隱患主要包括有以下幾點。一是為了氣象觀測的需要，自動氣象站的室外設備都在觀測場內進行安裝，觀測場的周圍不能存在有高大建筑物，同時還要十分開闊。加上傳感器為了有效感知各種氣象因素的需要，傳感器的探頭都是由敏感性很強的金屬物體制成的，這在一定程度上提升了雷擊對傳感器造成的破壞。二是由于風向和風速傳感器安裝的特殊位置，所以在其周圍安裝了避雷針，即使風向、風速的感應器均在避雷針保護的范圍內。但如果雷電擊中感應器的風桿，雷電中的雷電波就會借助于風桿向室內采集器中的傳輸電纜線中進行傳播，電纜線中會有感應電磁脈沖產生從而使室內的設備造成不同程度的破壞。三是當出現雷電時，如果觀測場的避雷針受到雷擊后在局部會有強大的高電位以及電磁場產生，電磁場會經過室外的各種氣象要素傳感器的信號電纜在設備上進行耦合，從而對相關設備造成破壞，如果局部有強大的高電位產生會使各氣象要素傳感器的金屬探頭因為受到電位反擊而破損。

雷電電磁脈沖干擾主要是借助于輻射耦合或者是傳導耦合的方式將其傳送到自動氣象站中，造成自動氣象站受到損壞或者失效。通常情況下，一旦雷電入侵到自動氣象站除了阻性耦合對反擊電壓造成影響外，其他耦合方式主要是順著電源線、不同氣象要素的傳感器到采集器，然后再通過采集器到主控微機之間的通道上、網絡的通信線路進行入侵。雷電入侵又可以分為兩種。一是對自動站供電線路的入侵。在電力線進入自動氣象站室內之前很有可能受到直擊雷或者感應雷，高壓線被直擊雷擊中之后會在變壓器耦合的作用下將高壓轉換成低壓進行入侵;如果建筑物或者建筑物周圍被閃電擊中時，雷電中的一部分雷電流會借助于引下線泄放進入大地，而另一部分的雷電流則借助于電路中的保護地線、零線和布線過程中的接地線通過脈沖波的形式入侵到室內，從而對相關設備造成破壞。二是入侵通信線路。如果自動氣象站周圍對直擊雷的防護不到位時，高層建筑物或者是地面突出的物體一旦遭受到雷擊，雷電中的過電壓會擊穿地面上的土壤或者是破壞建筑物。

2.2 室內設備的防雷隱患

自動氣象站中的計算機處理系統、氣壓傳感器以及數據采集器主要在室內進行安裝，這些室內設備并不同于室外設備，電磁脈沖很容易對其造成損壞。雷電中的電磁脈沖不僅會借助于采集器的傳感器系統對設備造成不同程度的破壞，還會通過電源線路對電子設備造成損壞，如果損壞非常嚴重會導致整個自動氣象站的氣象系統出現癱瘓。此外，如果自動氣象站的接地系統不符合相關規定要求，就會使電子設備之間出現電位差，從而對自動氣象站中的相關電子設備造成破壞。

3 自動氣象站的雷電防護措施

3.1 對管道和設備進行等電位連接

對自動氣象站來說，首先，需要對一部分分開的導體借助于金屬裝置進行連接，一旦雷擊出現會使這些導體之間的電位差大大降低，從而降低雷擊電壓。其次，對建筑物中的消防管道、線路屏蔽管、金屬水管等一些常見的導電裝置應使用導體裝置將它們之間進行互相連接;同時，要和接地裝置合并為一體，可以有效地將這些導體之間存在的電位差降低，在出現雷擊時，不會因為有較高的電位差而產生電流。另外，需要注意的是，在對管道和相關設備進行等電位連接時，要在連接導體的區域處留出等電位的端口，這種做法的優點是方便以后對新的設備進行接地連接。

3.2 線路接閃器和納米磁阻流器相結合

一般情況下，電源的開關可以對電源進行有效的控制，但是在使用開關的過程中經常會有很強的電磁場產生，如果遇到雷暴天氣時，此時使用開關很容易使開關產生電磁感應從而出現跳閘現象。通過查找相關資料不難發現，如果導體一旦被雷電擊中，這時的輸電線路就會跳閘，而此時的跳閘現象就是輸電線爆炸和燃燒的主要因素。因此，對于自動氣象站來說，降低或者是避免因雷擊造成的跳閘，可以有效防止因雷電造成的輸電線線路燃燒和爆炸事故，使雷電帶來的負面影響大大降低。相關科學研究表明，將線路接閃器和納米磁阻流器進行科學有效的結合可以有效防止電磁干擾，最大限度地降低電磁干擾對電源開關的影響，降低因雷電造成的輸電線路跳閘率。

3.3 對建筑物內外之間的導電線路或者是電子設備進行屏蔽

不管是高層建筑物還是低層建筑物，其內外部都有導電體存在，對于自動氣象站中的建筑物也不例外。如陽臺護欄、鋼筋、鐵門及鋼窗等都是建筑物外部常見的導電體。當雷暴天氣出現時，這些導電體的周圍會有磁場形成從而產生電流，所以，做好自動氣象站中建筑物外部導電體的接地屏蔽，可以有效阻止雷電借助于外部導體將電流帶進建筑物的內部，從而保護建筑物內部設備的安全。另外，還要對建筑物內部的電子設備進行電磁屏蔽，此種方法也通過金屬導體將建筑物內的電子設備進行連接封閉，在一定程度上攔截雷電產生的電流，從而保護電子設備，確保電子設備可以正常工作。

4 結論

隨著全球氣候變暖現象加劇，極端災害性天氣出現的頻率逐年升高，每年因雷電給社會帶來的危害越來越大。為了確保氣象站可以正常工作，給人們提供急需要的天氣信息，自動氣象站在做好防雷工作的過程中一定要結合實際，對防雷技術不斷進行完善，確保自動氣象站的雷電防護措施可以有效進行。

參考文獻

[1]于東海，翟玉泰，臧永杰.淺談自動氣象站防雷技術[J].氣象研究與應用，2010（12）.

[2]吳明江，牛萍.自動氣象站雷電防護分析與探討[J].氣象水文海洋儀器，2010（6）.

（責任編輯：趙中正）