李振山

（烏蘭浩特市氣象局，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137400）

由于經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和社會的快速進(jìn)步，自然災(zāi)害預(yù)警在氣象部門突發(fā)公共安全事件決策中發(fā)揮著十分重要的作用。作為氣象部門的基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和日常工作生命線，通過自動氣象站可獲取到高準(zhǔn)確度的氣象觀測資料，再加上業(yè)務(wù)成本低和觀測時空密度大，使得自動氣象站在各級氣象部門得到了廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步增強(qiáng)了氣象觀測質(zhì)量，對災(zāi)害性天氣預(yù)測的精確度水平也得到了大幅度增強(qiáng)。因為觀測氣象需要周邊空曠，且地勢比較高，因此氣象站的儀器大部分都在室外，發(fā)生雷雨等災(zāi)害天氣容易遭受雷擊影響，有些儀器精密度很高，所以更易受損。如果防雷措施沒有做好，帶來的后果就是財產(chǎn)損失，延誤預(yù)報工作，如果雷電波借助于導(dǎo)線入侵到室內(nèi)，甚至?xí)κ覂?nèi)人員構(gòu)成人身安全的威脅。所以，相關(guān)人員要全面掌握雷電影響的種類，并做好自動氣象站內(nèi)各方面的防雷措施。

1 自動氣象站系統(tǒng)組成及工作原理

對于自動氣象站來說，其系統(tǒng)都是由兩部分構(gòu)成，分別是自動站數(shù)據(jù)采集器設(shè)備和數(shù)據(jù)接收處理中心。自動站數(shù)據(jù)采集設(shè)備包含了傳感器、數(shù)據(jù)采集器、連接電纜、通訊及供電單元五部分。自動氣象站在控制和采集器氣象要素數(shù)據(jù)的過程中主要借助于微處理器。隨著各個氣象要素的變化，對應(yīng)不同種類的氣象要素傳感器輸出的電量也會發(fā)生改變，這種變化是因采集器對氣象要素進(jìn)行采集，之后開展線性化和定標(biāo)處理，確保工程量轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的氣象要素，并對采集的氣象要素數(shù)據(jù)開展質(zhì)量控制；儀器在進(jìn)行初步處理流程之后就可以顯示出最新的氣象變化要素，通過傳輸線傳到計算機(jī)供人工收集。

2 自動氣象站雷電入侵途徑

2.1 直擊雷

雷電直接擊中建筑物或地面上的相關(guān)設(shè)備稱之為直擊雷。直擊雷的破壞力巨大，若是雷電擊中自動氣象站中的觀測儀器設(shè)備，短時間內(nèi)將會有強(qiáng)大的電壓產(chǎn)生，同時會出現(xiàn)火花放電，之后就會瞬間爆發(fā)很大的熱能量，產(chǎn)生爆炸或者是著火而毀壞自動氣象站。

2.2 雷電波侵入

在出現(xiàn)雷雨天氣時，一旦導(dǎo)體遭到雷擊，此時會產(chǎn)生巨大的電壓波和電流波，且從雷擊點不斷傳播到導(dǎo)體兩端。因此，盡快雷電沒有直接擊中自動氣象站中的相關(guān)儀器設(shè)備，若是與臺站相連的導(dǎo)體，如電源線和信號線被雷電擊中，雷電波會借助于耦合的方式傳輸?shù)脚_站觀測儀器設(shè)備上，進(jìn)而損壞儀器設(shè)備安全。[1]

2.3 雷電電磁感應(yīng)

在雷擊放電中，強(qiáng)力的電壓和電流會產(chǎn)生普通物體無法承受的磁場，導(dǎo)體感應(yīng)到大電動勢就是在電磁場中。一旦該導(dǎo)體同自動氣象設(shè)備進(jìn)行連接，因電動勢強(qiáng)度較大，會借助于導(dǎo)體朝著觀測儀器設(shè)備上進(jìn)行傳輸，進(jìn)而損壞自動站相關(guān)設(shè)備安全。

2.4 地電位反擊

倘若自動氣象站內(nèi)鋪設(shè)的防雷地下網(wǎng)路沒有按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行，且在接地電阻值過大時，很難保證雷電流在短時間內(nèi)泄放進(jìn)入大地。若是出現(xiàn)雷擊，雷擊周圍會堆積有強(qiáng)大的電荷，電位發(fā)生波動的時候，很可能就會產(chǎn)生高壓，從而損壞機(jī)器，進(jìn)而造成設(shè)備受損，影響自動氣象站正常運行。

3 自動氣象站系統(tǒng)中的防雷關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信號線路防雷

通常情況下，自動觀測儀器設(shè)備在運行過程中主要選擇了50Hz、220±22V 交流電，且這種設(shè)備用電是從配電盤中連接專線進(jìn)行供電，應(yīng)避免同其他用電混合使用。為了確保自動氣象站電源線安全，應(yīng)將三級防雷保護(hù)工作做好，可在配電房進(jìn)線總開關(guān)處安裝浪涌保護(hù)器，且該浪涌保護(hù)器的型號是380V、通流量為60kA（8/20μs），將其作為第一級防護(hù)；在值班室總配電開關(guān)處布設(shè)同第一級防護(hù)型號相同的浪涌保護(hù)器，將其作為第二級感應(yīng)雷電防護(hù)。對于從配電房引入到值班室內(nèi)的電源線，需要選擇金屬管進(jìn)行保護(hù)，還要沿著電纜溝將埋地敷設(shè)工作做好，配電房保護(hù)與金屬管道首末兩端需將接地屏蔽工作做好。在自動站UPS前端安裝浪涌保護(hù)器，其型號是220V、通流量為20kA（8/20μs），將其作為第三級感應(yīng)雷防護(hù)。

需要引起注意的是，從自動站UPS 短輸出的電路包含了兩路，分別是給自動站供電器供電、打印機(jī)或計算機(jī)供電。

另外，電源輸出時也有兩條線路，分別是室外風(fēng)電傳感器專用的交流電、室內(nèi)繼電器專用直流電，為了確保這些電源線路的安全，應(yīng)將電源線的感應(yīng)雷防護(hù)工作做好，還要關(guān)注風(fēng)傳感器電源線的金屬管屏蔽工作，可沿著自動站電纜溝對金屬管直接敷設(shè)，同時還要將金屬管首尾兩端的接地工作做好。[2]

3.2 供電線路防雷關(guān)鍵技術(shù)

由于供電系統(tǒng)的線路較長，在雷雨天氣出現(xiàn)時，遭受雷擊或雷電電磁感應(yīng)的概率較高，很容易引入雷電波，室內(nèi)的人員和財產(chǎn)都面臨著雷擊風(fēng)險。因此，臺站工作人員應(yīng)重視起雷電波防護(hù)工作。尤其是商業(yè)配電柜供電線路中的低壓，若是V 型負(fù)荷電纜不能準(zhǔn)確埋入地下，可優(yōu)先選擇護(hù)套電纜，并沿著電纜溝把保護(hù)套套在管子上然后埋入地下就行，這個過程中也要注意電纜的安裝要在電線的連接處。另外，應(yīng)將金屬橫擔(dān)、電桿拉線和電涌保護(hù)器同接地裝置進(jìn)行有效連接。若是線纜直接選用架空方式連接，可將電涌保護(hù)器布設(shè)在商務(wù)樓配電柜內(nèi)部，同商務(wù)樓的兩根基極金屬橫桿需做好接地工作。若是低壓線路是從配電盤引入觀測點附近，可選擇V 型線纜或者是穿鋼管引入后直接埋地。若是值班室同觀測點之間有較遠(yuǎn)的距離，需在引入處直接安裝緩動式浪涌保護(hù)器。與此同時，將浪涌保護(hù)器分別與鋼管兩端、電纜金屬皮進(jìn)行有效連接。若是低壓線路同商業(yè)建筑觀測場地的距離較遠(yuǎn)，且鉑載電纜不能全部埋入地下，可選擇護(hù)套電纜或?qū)K載電纜穿鋼管或護(hù)套電纜引入。將接地裝置分別與電纜金屬外皮、浪涌保護(hù)器、拉線、電桿金屬橫擔(dān)、鋼管端頭進(jìn)行有效連接。

為了避免雷擊不會侵害到供電線路，可以相應(yīng)的改變一下接地方式，比如中性點非有效接地可以作為防雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這樣的接地方式也能應(yīng)對雷電，還可以避免就地故障，還能防止短路和跳閘等方面的問題出現(xiàn)。在面對二相或三相落雷時，該方法避雷的作用也較為明顯。可選擇對地閃絡(luò)的一相作為避雷線使用，將雷擊對線路和設(shè)備的危害降到最低，進(jìn)一步增強(qiáng)分流及耦合作用，使得雷擊出現(xiàn)的閃絡(luò)相電壓大幅度減少，確保線路的避雷和耐雷能力有效增強(qiáng)。

3.3 氣象信號線防雷關(guān)鍵技術(shù)

實際上，自動氣象站中的風(fēng)向風(fēng)速、降水量和濕度傳感器等主要借助于各種信號傳輸線對氣象要素變化信號進(jìn)行采集，且這些信號傳輸線主要在室外專用信號機(jī)的信號1 和信號2 中進(jìn)行組裝，而在觀測場則是L 箱所在位置。風(fēng)向、風(fēng)速、濕度、風(fēng)向等氣象信號主要利用這兩條專用線路進(jìn)行連接和采集。對于集電極接口電路來說，其抗感應(yīng)雷擊功能較為強(qiáng)大，可防止因長信號電纜引發(fā)的雷擊受損或電磁干擾。在遙測信號電纜入口處并不用對信號浪涌保護(hù)器進(jìn)行安裝。但為了保證信號箱有良好的接地，需要保證觀測場與信號箱的地網(wǎng)可以牢固連接。另外，對于信號1 和信號2 傳輸線來說，應(yīng)選擇金屬槽進(jìn)行屏蔽，金屬槽型號主要是100mm×50mm，在敷設(shè)中應(yīng)沿著自動電纜槽四周進(jìn)行，電纜槽尺寸以500m×400mm 規(guī)格為主。為了確保設(shè)備接地的可靠性水平，應(yīng)將金屬線槽的一端同觀測場網(wǎng)進(jìn)行有效連接，另一端則要同值班室入口處的工作場網(wǎng)進(jìn)行連接。應(yīng)保證兩端接地的可靠性水平，在降低沿著遙測信號線入侵雷電波的同時，還可以控制電壓幅度，使其始終位于集電極接口電路允許范圍內(nèi)，保證設(shè)備接地的可靠性和運行安全。另外，為了規(guī)避雨水和老鼠的侵入，可從風(fēng)桿內(nèi)部引入數(shù)據(jù)線到電纜溝，確保氣象信號線安全。[3]

3.4 值班室防雷關(guān)鍵技術(shù)

對于值班室內(nèi)的等電位連接銅排來說，應(yīng)選擇科學(xué)方法進(jìn)行布設(shè)。通常情況下，應(yīng)將距離地面的高度控制在1.5m 左右，選擇一根引下線將其與銅排進(jìn)行有效焊接，而且在值班室地下的防雷地網(wǎng)同樣有標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)妥善連接，將電阻值控制在3Ω 以內(nèi)。另外，對于值班室內(nèi)的所有電源插座均要將接地工作做好，設(shè)備內(nèi)部有金屬類材料的話可增加6mm2的軟銅芯線，使其同匯流銅排進(jìn)行有效連接。該部分的防雷需要獨立施工，值班室地下的防雷網(wǎng)路和外邊的觀測場要分開進(jìn)行施工，在同標(biāo)準(zhǔn)要求相符后，需做好等電位連接工作，且接地點數(shù)量至少有兩處，管道的兩個端口與室內(nèi)室外都進(jìn)行可靠連接。

3.5 智能監(jiān)管預(yù)警系統(tǒng)防雷關(guān)鍵技術(shù)

自動氣象站內(nèi)所安裝的防雷措施主要是借助于浪涌保護(hù)器來監(jiān)測遙信端口，防雷系統(tǒng)會通過端口用自身的設(shè)定程序來采集信號，如果正在采集信號的流程中出現(xiàn)了斷開信號的狀況，智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)會發(fā)出報警提示?？諝忾_關(guān)檢測也在智能監(jiān)管預(yù)警系統(tǒng)中包含著，可時監(jiān)測空氣開關(guān)閉合及斷開狀態(tài)，若是出現(xiàn)雷電天氣，會智能地斷開空氣開關(guān)，系統(tǒng)可第一時間發(fā)布報警提示，技術(shù)人員就有了足夠的時間來進(jìn)行應(yīng)對。雷擊技術(shù)監(jiān)測的主要組成部分有信號處理電路、電磁技術(shù)器、電流感應(yīng)器件等，而電流感應(yīng)器件在浪涌保護(hù)器接地線的作用可以感應(yīng)到電流信號，之后通過限幅、整流、濾波等一系列環(huán)節(jié)后，驅(qū)動電磁計數(shù)器對雷電次數(shù)進(jìn)行記錄，若是受損，系統(tǒng)會及時報警。

4 自動氣象站系統(tǒng)防雷設(shè)施維護(hù)

實際上，防雷設(shè)施建設(shè)完成后并不是置之不管，隨著使用時間的延長，已經(jīng)安裝好的防雷設(shè)施會逐漸老化，再加上人為破壞或動物撕咬，會使防雷效果大打折扣，很難確保觀測儀器設(shè)備安全。因此，做好防雷設(shè)施日常維護(hù)顯得極其重要。

4.1 加強(qiáng)防雷設(shè)施日常巡視

在日常工作中，需要技術(shù)人員定期巡視自動氣象站防雷設(shè)施，主要檢查防雷設(shè)施外觀是否有明顯變化或破損，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)第一時間邀請專業(yè)防雷人員進(jìn)行檢測，并及時整改或更換已經(jīng)損壞的防雷設(shè)施，避免出現(xiàn)空檔，為氣象探測設(shè)備保駕護(hù)航。

4.2 避免人為或動物損壞

對于臺站內(nèi)的工作人員來說，要清楚防雷設(shè)施性能和安裝位置，全面掌握防雷設(shè)施功能和日常維護(hù)辦法，避免損壞防雷設(shè)施。若是兄弟單位部門進(jìn)行參觀，要事先講明相關(guān)紀(jì)律，提前規(guī)劃行走路線和注意事項。若是臺站內(nèi)有施工建設(shè)工作，需標(biāo)記好隱蔽位置的防雷設(shè)施，并向施工人員詳細(xì)說明，防止因施工不當(dāng)而損壞防雷設(shè)施。禁止寵物和野生動物進(jìn)入臺站內(nèi)，同時還要對老鼠蟲蟻定期進(jìn)行查收，避免其咬壞防雷設(shè)施。

4.3 定期進(jìn)行防雷檢測

實際上，自然老化、人為損壞或動物蟲蟻均會對防雷效果產(chǎn)生影響，一旦發(fā)現(xiàn)要及時整改，若是防雷設(shè)施位置較為隱蔽和已經(jīng)受損的防雷產(chǎn)品，單純通過工作人員的肉眼觀察是很難發(fā)現(xiàn)的。因此，每年需定期對臺站防雷設(shè)施進(jìn)行檢測，可邀請專業(yè)防雷檢測機(jī)構(gòu)選擇專門設(shè)備檢查防雷設(shè)施，最好是在每年雷雨季節(jié)到來前檢測，若是發(fā)現(xiàn)防雷問題需及時整改，始終確保防雷設(shè)施的合格性水平，促進(jìn)臺站觀測設(shè)備可以持續(xù)穩(wěn)定運行。[4]

5 結(jié)論

綜上所述，對防雷設(shè)施進(jìn)行科學(xué)合理布設(shè)對于確保自動氣象站持續(xù)運行極為重要，為了將防雷設(shè)施的防雷作用充分發(fā)揮出來，在臺站建設(shè)之初就應(yīng)根據(jù)防雷設(shè)計要求，做好防雷和土建工程的同步施工、驗收和投入使用。在臺站建設(shè)完成后，除了將觀測儀器設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)工作做好外，還要加強(qiáng)防雷設(shè)施日常巡視，定期做好防雷檢測、避免人為和動物因素?fù)p壞防雷設(shè)施，進(jìn)一步增強(qiáng)臺站防雷減災(zāi)能力，為氣象現(xiàn)代化工作的順利開展保駕護(hù)航。