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自动气象站雷电防御存在的问题及措施研究

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：骆培绘

[导读] 地面气象观测工作是开展气象业务、气象服务和气象科研的基础。近些年来，随着科学技术水平的快速增强，各种现代化的观测仪器设备在气象观测中得到了广泛应用，大气探测的准确度和自动化水平不断增强。受到自动气象站安装位置和自身构造的原因，其在运行过程中很容易遭受雷击，不利于观测工作的顺利开展。

广东省吴川市气象局骆培绘 524500

摘要：地面气象观测工作是开展气象业务、气象服务和气象科研的基础。近些年来，随着科学技术水平的快速增强，各种现代化的观测仪器设备在气象观测中得到了广泛应用，大气探测的准确度和自动化水平不断增强。受到自动气象站安装位置和自身构造的原因，其在运行过程中很容易遭受雷击，不利于观测工作的顺利开展。本文结合自动气象站遭受雷击的原因，重点分析了自动气象站雷电防御存在的问题，并给出了相关的防护措施，以降低雷电对自动气象站的危害，使其可以正常、稳定的运行。
关键词：自动气象站   雷电防御问题   措施
        引言
        随着现代化气象建设工作的不断推进，自动气象站在大气探测地基系统中发挥着重要作用，由于自动气象站属于自动化观测设备，主要包括采集器、传感器、数据通讯设备等，具有科学性和高精确性等特征，是气象部门开展精细化预报的关键。由于自动气象站是有高集成化的弱电子设备组成，自身抵抗外界的抗干扰能力相对较弱，极易遭受雷击。再加上自动气象站主要安装在高海拔的空旷区域，使得雷击危险系数大幅度增加，为了降低雷电对自动气象站的危害，确保其可以安全稳定的运行，做好自动气象站防雷工作刻不容缓。早在2004年中国气象局就出台了自动气象站场室防雷技术规范，因自动气象站的升级改造，原有的防雷技术规范有很多不足，同现代化的自动气象站防雷要求间还有一定差距存在。如何对自动气象站防雷保护进行完善，本文主要结合自动气象站雷电防御存在的问题进行分析，并给出相关防护措施。
        1、自动气象站遭受雷击的原因
        吴川市位于广东省西南部，临近南海，全市地势北高南低，缓缓向海倾斜，没有明显山脉，地形包括低丘、平原、台地和沙土四类，属于亚热带季风气候，日照充足、热量丰富、高温多雨，季风气候特点较为明显，使得气象灾害频繁出现，其中雷电灾害更加严重，吴川市雷电灾害主要在每年的4~9月份较为集中，尤以7月份出现频率最高，属于雷电多发区域，做好雷电灾害防御显得极其重要。由于吴川市以往人工观测场地大都是机械设备，自身抗压能力较强，遭受雷击概率相对较小。自使用新型自动气象站以来，在原有防雷基础上对防雷系统进行改建，使得部分防雷设施保护不到位，增加了雷击概率。若是自动气象站遭受雷击，在对相关仪器设备造成损坏的同时，还会影响其的正常、稳定运行。
        2、自动气象站雷电防御存在的问题
        2.1避雷针保护范围不合格
        在观测场中，若是避雷针保护范围不合格也会对气象站产生影响。在自动气象站建设之初，应积极组织有关专家严格观察和研究自动气象站的周围布局，确保安装的避雷针在合理保护范围内。但是在实际建设中，未根据实际要求，缩小了避雷保护区范围，很容易引发严重后果。对于避雷针来说，其保护范围在预防雷击中发挥着十分重要的作用，可有效保护自动气象站安全，避免遭受雷击，进而确保观测仪器设备持续稳定运行。
        2.2缺少避雷带与避雷网格
        在外部防雷中，对避雷带进行科学合理的安装显得极其重要，只有对接闪器进行正确安装，才能对雷电流进行引导，顺利将雷电流泄放进入大地，降低其对自动气象站相关仪器设备的危害。若是不能规范合理的设置避雷网格范围，将不能对接闪器进行合理安装，其引导雷电流的作用也就发挥不出来。
        2.3缺少金属护栏接地
        对于金属制作的护栏来说缺少接地处理，再加上一部分线路未敷设金属槽或作穿钢管处理后仍旧裸露在外面，进一步增加了雷击潜在风险。
        2.4避雷针与风传感器铁塔混合安装
        在建设自动气象站时，有一部分工作人员未认识到避雷针与风向传感器混合安装的危害。通常情况下，会在自动气象站最高的风塔位置处安装风向传感器，此时的风塔如同一根避雷针，一旦遭受雷击，很容易将风向传感器损坏，影响自动气象站的正常运行。

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        3、自动气象站雷电防护措施
        3.1科学合理的应用雷电防护的疏导和拦截
        为了避免雷电侵袭可以选择疏导的方式，也就是借助于接地装置将雷电流泄放进入大地，并将因雷电产生的过电压控制在相关仪器设备可以承受的范围内，防止雷电对其的危害。拦截防护方式则是结合设备工作频谱与雷电波谱之间的差异，借助于过滤器来隔离或者拦截雷电，降低能量的释放。对于自动气象站来说，缺少较好的接地条件，通过雷电拦截就是常见的方式。将疏导与拦截结合，可以进行多层次、全方位防护，应单独安装风传感器铁塔与避雷针。
        3.2设置避雷针
        为了确保自动气象站及其周围的观测仪器设备在避雷针保护范围内，需做好自动气象站独立避雷针的安装，同时还要与周围建筑间保持一定距离。这种设置不仅可以防止避雷接闪情况，还能对雷电流进行单独抵抗，将雷电流造成的危害降到最低。针对避雷针的设置，需提前做好风塔观测位置的分析，确保独立避雷针与风塔间的距离在3m左右。避雷针安装时需将观测内各个观测设备的维护工作做好，使其在合理范围内；若是避雷针保护范围内不包括观测场边缘设备，可以单独增设避雷针，需避开电源传输线路以对避雷针进行安装，还要综合考虑电缆铺设情况。
        3.3安装避雷带，设置避雷网格
        应严格根据外部防雷要求做好避雷带的安装，以充分发挥出雷电防护作用。同时还要正确合理安装接闪器，并借助于避雷针将雷电中的雷电流泄放进入大地，确保自动气象站观测仪器设备安全。为了将避雷带和接闪器的防雷作用充分发挥出来，应对其进行正确安装，使自动气象站可以正常运行。
        3.4合理设置引下线与信号线
        自动气象站中包括多种不同类型的传感器，由于传感器属于精密型仪器，很容易遭受雷电侵袭而出现损毁。应严格根据自动气象站防雷规定要求将传感器信号输出电缆放到PVC套管中或者接地金属管内，禁止直接裸露在外面。除此之外，还要对自动气象站传感器的避雷针引线、信号线、电源线等进行穿金属引入，使用科学有效的方法布设接地电网，以保证接地网不共线，电路平稳通畅，防止遭受雷击。
        3.5做好屏蔽措施
        由于自动气象站观测场内的电场具有高强度特征，应做好风向风速数据线的屏蔽，将导线外层两端及风杆进行电气连接，而风杆和自动气象站观测场中的地网进行有效连接。若是不能在金属风杆内布设数据导线，或者是选择金属塔作为支撑物，应对数据导线透过金属管进行垂直布设。导线外层金属塔和金属套管应进行电气连接，保证金属套管电气流的稳定性，需将金属塔与自动气象站观测场的共用电网进行连接。做好自动气象站供电系统以通讯系统的屏蔽防护，应根据就近原则将金属管道与距离最近的电缆沟或外转接盒进行连接，始终确保自动气象站可以正常稳定的运行。
        3.6安装浪涌保护器
        雷电出现的过程中会有强大的过电压产生，如果选择单一的防雷措施很难将雷电消除，需选用多级防护，并限制电压在合理范围内。因自动气象站中的供电方式选择的是TT制式和架空引入。为了提升雷电防护措施，可在总配电箱出安装浪涌保护器，将其作为一级防护，自动站机房的入线端安装浪涌保护器，将其作为二级防护，且一级和二级浪涌保护器间的距离需超过5m以上。针对机房内所有设备机壳和浪涌保护器来说，需将其的接地和等电位连接工作做好；可以将台站所有接地选择一组接地装置，并在接地装置前端串联20A大小的动力型开关。
        结论：
        综上所述，自动气象站防雷是一项综合性、系统化的工程，对技术方面的要求较高。对于自动气象站工作人员来说，为了对雷击进行有效防御，需要不断明确自动气象站雷电防御存在的问题，并在此基础对台站雷电防护措施进行灵活应用，将自动气象站雷击危害降到最低，进一步促进气象观测工作可以顺利开展。
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作者简介：骆培绘（1989.12）男，汉族，广东省湛江吴川人，本科学历，助理工程师，从事研究方向或职业：雷电防御方向。