郭彬

摘 要 緊緊圍繞自動(dòng)氣象站的雷電防御，首先對(duì)自動(dòng)站進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并從室內(nèi)與室外設(shè)備兩個(gè)角度分析自動(dòng)氣象站存在的雷擊隱患，結(jié)合實(shí)際狀況針對(duì)自動(dòng)站雷電防御工作中存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，提出做好自動(dòng)氣象站雷電防御工作的幾點(diǎn)對(duì)策，以確保自動(dòng)站的安全、正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)氣象站；雷電隱患；雷電防御

中圖分類(lèi)號(hào)：P425.12 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）30--02

在雷雨多發(fā)的季節(jié)，做好自動(dòng)氣象站的雷電防御工作成為重中之重。目前，自動(dòng)站的主要雷電災(zāi)害包括有直擊雷與雷擊電磁脈沖等，盡管在多數(shù)氣象站都設(shè)置有避雷帶（針）等直擊雷的防御措施，能夠?qū)ㄖ锛白詣?dòng)站內(nèi)部工作人員的人身安全起到有效的保護(hù)作用，但是對(duì)于溫濕度傳感器、地溫傳感器等而言，現(xiàn)有的防雷措施根本不能對(duì)雷擊電磁脈沖起到有效的阻止[1]。一旦遭受雷電襲擊，傳感器、計(jì)算機(jī)等都可能會(huì)遭到損壞，使正常運(yùn)行的業(yè)務(wù)中斷。然而數(shù)據(jù)的采集、處理與上傳等一系列操作都必須確保自動(dòng)站的安全、連續(xù)運(yùn)行。但是，雷電災(zāi)害的發(fā)生嚴(yán)重威脅了其安全、正常運(yùn)行，因此做好自動(dòng)氣象站雷電防御工作極為迫切[2]。

1 自動(dòng)氣象站介紹及存在的雷擊隱患

1.1 自動(dòng)氣象站介紹

自動(dòng)氣象站包含有使用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、傳輸與通信等多種技術(shù)，是一種具有較強(qiáng)綜合性的電子電氣設(shè)備系統(tǒng)。通常情況下，完整的自動(dòng)站包含有計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器與溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、地溫和雨量等氣象要素傳感器等主要部分。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集器多安裝在室內(nèi)，而傳感器多在室外相對(duì)空曠的位置處安裝。

1.2 室內(nèi)設(shè)備的雷擊隱患

自動(dòng)站的室內(nèi)設(shè)備主要由計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器與氣壓感應(yīng)器等幾部分組成。與室外設(shè)備相比，以上室內(nèi)設(shè)備更容易受到電磁脈沖的影響而遭到損壞。雷電電磁脈沖往往通過(guò)采集器的傳感線(xiàn)路對(duì)室內(nèi)設(shè)備造成一定程度的損壞，有時(shí)也會(huì)通過(guò)電源線(xiàn)路對(duì)電子設(shè)備造成損壞，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)陷入癱瘓。若接地系統(tǒng)不能夠規(guī)范的接地也會(huì)使電子設(shè)備之間存在電位差，進(jìn)而對(duì)其造成損壞。

1.3 室外設(shè)備的雷擊隱患

室外設(shè)備主要包括有溫濕度、風(fēng)向風(fēng)速、地溫等各種各樣的氣象要素傳感器，由于傳感器多分布于特殊的環(huán)境條件下，再加上其本身對(duì)于電磁干擾的敏感性，導(dǎo)致傳感器遭受雷擊的可能性大大增加。室外設(shè)備存在的安全隱患主要包括以下幾點(diǎn)。①受到氣象觀測(cè)條件的制約，室外設(shè)備都在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)安裝，但觀測(cè)場(chǎng)都處于開(kāi)闊區(qū)域，周?chē)荒苡懈叽蟮慕ㄖ铩Ａ硗?，由于氣象要素傳感器感知?dú)庀笠氐男枰?，探頭都是由金屬制成，且具有極高的敏感性，導(dǎo)致傳感器遭受雷擊的概率大大增加。②在各種氣象要素傳感器中，風(fēng)向風(fēng)速傳感器遭受雷擊概率最高，自動(dòng)站通過(guò)將避雷針安裝在風(fēng)桿上，或者將風(fēng)向風(fēng)速傳感器安裝在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)等措施對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，一旦雷電襲擊感應(yīng)器上的風(fēng)桿，雷電產(chǎn)生的雷電波將會(huì)沿著風(fēng)桿快速傳往室內(nèi)采集器的傳輸電纜線(xiàn)，進(jìn)而對(duì)室內(nèi)設(shè)備造成一定的損壞。③雷電在襲擊觀測(cè)場(chǎng)避雷針的瞬間會(huì)有局部高電位與較強(qiáng)的電磁場(chǎng)產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)在室外安裝的感應(yīng)器的信號(hào)電纜電磁場(chǎng)會(huì)耦合到設(shè)備，進(jìn)而損壞設(shè)備；局部的高電位導(dǎo)致感應(yīng)器的金屬探頭由于受到電位反擊而被損壞。

由雷電產(chǎn)生的電磁干擾主要通過(guò)輻射耦合與傳導(dǎo)耦合2種方式傳輸?shù)阶詣?dòng)站，導(dǎo)致其遭受損壞，進(jìn)而無(wú)法正常運(yùn)行。通常雷電除了通過(guò)阻性耦合影響的反擊電壓對(duì)自動(dòng)站入侵之外，還能夠通過(guò)電源線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)通信線(xiàn)路、主控微機(jī)與采集器之間的通道等入侵自動(dòng)站。通常雷電入侵自動(dòng)站的方式有2種：一是通過(guò)供電線(xiàn)路侵入自動(dòng)站，二是通過(guò)通信線(xiàn)路造成入侵。

2 自動(dòng)氣象站雷電防御工作存在的問(wèn)題

2.1 觀測(cè)場(chǎng)地避雷針的保護(hù)范圍不合格

在觀測(cè)場(chǎng)地安裝雷電防御設(shè)備時(shí)，必須要邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)避雷針的有效保護(hù)范圍進(jìn)行計(jì)算與研究，以確保觀測(cè)設(shè)備能夠位于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。但實(shí)際上，觀測(cè)場(chǎng)地避雷針的保護(hù)范圍往往出現(xiàn)與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)不相符合的現(xiàn)象，部分設(shè)備并未處于避雷針的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，導(dǎo)致設(shè)備遭受雷擊的概率有所增加。

2.2 避雷網(wǎng)、避雷帶的不合理安裝

安裝避雷帶能夠有效防止自動(dòng)氣象站受到直擊雷的入侵，但只有正確地對(duì)避雷帶進(jìn)行敷設(shè)才能最大程度的發(fā)揮避雷針的功效。在敷設(shè)避雷帶的過(guò)程中通常會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有以防雷等級(jí)為依據(jù)選擇規(guī)格較為適宜的避雷網(wǎng)格，進(jìn)而導(dǎo)致防雷達(dá)不到預(yù)期的效果。

2.3 通訊系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置避雷裝置

避雷器能夠?qū)⒗讚舢a(chǎn)生的雷電流有效放大，并在斷路器采取動(dòng)作之前快速泄調(diào)經(jīng)過(guò)的雷電流，進(jìn)而對(duì)電路及后端用電設(shè)備起到一定的保護(hù)作用。自動(dòng)氣象站中的電路設(shè)備一旦遭受雷擊將會(huì)導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生概率大大增加。因此，通訊系統(tǒng)未設(shè)置有效的避雷裝置將會(huì)對(duì)自動(dòng)站的安全性造成嚴(yán)重威脅。

2.4 風(fēng)桿上避雷針、引下線(xiàn)與風(fēng)向風(fēng)速信號(hào)線(xiàn)的布設(shè)不夠規(guī)范

一些自動(dòng)氣象站為了追求信號(hào)線(xiàn)的外觀布設(shè)美觀，在風(fēng)桿金屬管內(nèi)將風(fēng)桿避雷針引下線(xiàn)與風(fēng)向風(fēng)速信號(hào)線(xiàn)并行引下，這一做法與相關(guān)的規(guī)范要求不相符合，由于風(fēng)向風(fēng)速信號(hào)線(xiàn)使用的電纜通常都帶有屏蔽層，導(dǎo)致避雷針在接閃之后將會(huì)屏蔽由雷擊產(chǎn)生的全部電磁脈沖，采集器不能忍受信號(hào)線(xiàn)上感應(yīng)出的高壓而無(wú)法正常運(yùn)行，甚至還會(huì)損壞采集器。

3 做好自動(dòng)氣象站雷電防御工作的對(duì)策

3.1 單獨(dú)安裝避雷針

設(shè)計(jì)單獨(dú)避雷針能夠很大程度防止接閃雷擊對(duì)傳輸線(xiàn)與風(fēng)傳感器產(chǎn)生一定程度的影響。在對(duì)防雷器進(jìn)行整改之后可以單獨(dú)在其上方設(shè)置避雷針，通常高度設(shè)為16 m最為適宜。為了確保金屬管與避雷針在做好等電位連接之后能夠在觀測(cè)場(chǎng)地共同存在，往往使用滾球法對(duì)避雷針的有效保護(hù)范圍進(jìn)行計(jì)算，以保證觀測(cè)場(chǎng)地內(nèi)的所有設(shè)備都處于避雷針的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。

3.2 合理的設(shè)置信號(hào)線(xiàn)與引下線(xiàn)

就傳感器的信號(hào)線(xiàn)纜而言，需要選擇帶有接地裝置的金屬管，并且其內(nèi)外皮都必須有金屬屏蔽層的PVC套管。此外，必須安裝好接閃器，在安裝避雷針引下線(xiàn)、電源線(xiàn)與信號(hào)線(xiàn)時(shí)必須分管穿行，禁止并管引入，以避免引下線(xiàn)上產(chǎn)生的雷電流對(duì)電源線(xiàn)或信號(hào)線(xiàn)產(chǎn)生一定的反擊作用。

3.3 做好接地防護(hù)

良好的接地能夠?qū)χ睋衾着c感應(yīng)雷等進(jìn)行有效防護(hù)，通過(guò)接地能夠?qū)⒗讚舢a(chǎn)生的雷電流泄放入大地。以自動(dòng)氣象站中弱電子設(shè)備具備的特性為依據(jù)，制定較高的防雷標(biāo)準(zhǔn)，通常接地電阻值要以低于4 Ω為最為適宜。以自動(dòng)氣象站管線(xiàn)布線(xiàn)的實(shí)際情況為依據(jù)，使地網(wǎng)圍繞觀測(cè)場(chǎng)地一周，并順著管道對(duì)接地體進(jìn)行安裝，并預(yù)留出充足的接地端子。如果降低電阻不能夠降至小于4 Ω，則需要采取有效的降阻措施，之后再將自動(dòng)氣象站內(nèi)部全部防雷裝置做共用接地連接處理，以起到良好的雷電防御作用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉春明.自動(dòng)氣象站的雷電防護(hù)措施解析[J].城市建設(shè)理論研究，2013（41）.

[2]劉春蘭，徐長(zhǎng)芹，柴德美.自動(dòng)氣象站雷電防御工作的探討[J].科技與生活，2011（10）.

（責(zé)任編輯：劉昀）