孙希山 杨虎
西藏自治区气象服务中心 850000
摘要：自动气象站是一种由大量电子元器件组合而成的电子电气设备，其耐压水平较低且集成化程度高。再加上大多数自动气象站均布设在空旷的高地，导致其极易遭受雷电的袭击，轻者损坏气象观测设备，导致出现数据无法正常采集与采集等现象，严重时还会导致整个系统陷入瘫痪状态，对正常开展气象观测工作极为不利。基于此，本文结合西藏自治区拉萨市城关区气象局自动气象站运行的实际情况，首先对自动气象站进行概述，后重点针对自动气象站存在的雷击安全隐患提出几点有效的防护措施，仅供其他气象部门借鉴与参考。
关键词：自动气象站；雷电；雷击安全隐患；防护
引言
近些年来，随着社会经济与科学技术的飞速发展，各地区气象部门纷纷建设新型自动气象站，并以此代替之前的人工观测业务。新型自动气象站的广泛普及与应用，不仅实现了气象业务的全天候自动化观测，还使气象观测精确率实现了显著提升。然而，受到新型自动气象站安装位置及其集成化程度高等多种因素的影响，导致其极易遭受雷电袭击，由此造成的影响及损失引起各地区气象部门的高度关注。与此同时相关部委制定了建筑物电子信息系统防雷技术规范、自动站场室防雷技术规范等多项规范与方案。但是，自动气象站雷击事故依然时有发生，严重影响了气象观测质量，甚至还会威胁到工作人员的人身安全。因此，做好自动气象站的雷电防护工作非常重要。本文重点研究了自动气象站存在的雷击安全隐患，并提出几点有效的雷电防护措施，对于尽可能减少雷电造成的影响及损失，进而保障自动气象站的安全、正常运行等具有重要意义。
1自动气象站概述
自动气象站是具有较强的技术性与综合性，由系统电源、采集器、传感器、通讯模块与计算机系统等多个部分组成，是一个集数据计算与处理、数据自动采集、传输、存储等为一体的电子电气设备系统。其中计算机系统与采集器安装在室内，而各要素传感器安装在室外。自动气象站各个设备的运行状态都将影响到自动气象站是否能够平稳运行。其中雷电作为影响自动气象站安全运行的一种常见的灾害性天气现象，其发生频率较高，且由此造成的影响及损失严重。因此气象部门必须重视自动气象站雷电防护工作，以始终确保各自动气象站设备均位于安全、正常运行状态。
2自动气象站存在的雷击安全隐患
2.1室内安全隐患
自动气象站的室内设备主要包括计算机处理系统、气压传感器与数据采集器等。与室外设备相比，自动气象站室内设备遭受雷击的概率更高。雷电以电磁脉冲的形式作用于采集器传感线路，还会通过电源线路损坏电子设备，进而导致计算机系统或采集器无法正常运行，严重时甚至还会导致自动气象站陷入瘫痪状态。另外，若自动气象站的接地系统与相关规定要求不符，则极易在电子设备之间产生一定的电位差，并雷击破坏室内设备，对自动气象站系统的正常运行产生严重影响。
2.2室外安全隐患
自动气象站室外设备主要包括温湿度传感器、风向风速传感器与地温传感器等。由于以上传感器具有较强的敏感性，且位于室外，进而导致雷击频率较高。以上气象要素传感器的安全隐患主要表现在以下几个方面：（1）为确保顺利开展气象观测工作，均在观测场内安装自动站室外设备，观测场周围既不能出现高大的建筑物，又要确保视野开阔。为确保各气象要素传感器能够精确感知外界环境，在对传感器探头进行制作时往往使用金属物体，其敏感性较强，进而使雷击对传感器的破坏明显增强；（2）就自动气象站当中的风向风速传感器而言，由于其安装在特殊位置，为尽可能减少雷电对风向风速传感器的影响，往往在其周围安装有避雷针，并确保风向风速传感器位于避雷针的有效保护范围之内。
当雷电击中感应器的风杆时，由此产生的雷电流将会持续传输至采集器传输电缆线，这时电缆线中也会出现感应电磁脉冲，轻者使室内设备遭受一定程度的损坏，严重时还会导致无法顺利开展气象观测工作，甚至还会威胁到工作人员的生命健康安全；（3）一旦雷电击中观测场内的避雷针，不仅会在局部区域产生强烈的电磁场，还会产生较高的电位，经过各要素传感器信号电缆之后，电磁场往往会在设备上发生耦合，并损坏相应设备。如果高电位的强度较大，则会对各要素传感器的金属探头造成一定程度的损坏。
3有效防护措施
3.1直击雷防护
尽管自动气象站出现直击雷的频率较低，但是直击雷造成的危害较为严重，做好直击雷防护工作是保证自动站安全、正常运行的一项重要措施。在实际工作中，应当严格依据《建筑物防雷设计规范》、《气象站防雷技术规范》等相关规范做好直击雷防护工作。现如今，大多数自动气象站均采用独立安装接闪杆的方式以尽可能减少或避免直击雷影响到传感器的运行状态。应当将接闪杆安装在整改之后的防雷器之上，并确保两者之间的距离位于16m左右。为使接闪杆的避雷作用得到充分发挥，并保证其不会对金属管产生影响，不仅要保证接闪杆与金属管同时存在，还要求以上两者之间的电位相等。因此，在安装接闪杆时，首先要使用滚球法测算接闪杆的有效保护范围，并使自动气象站当中的各观测系统与仪器设备均位于接闪杆的合理保护范围内，为自动站各系统及设备的平稳运行提供有利保障。
3.2防雷接地技术
接地在自动站雷电防护中占据重要地位。直击雷、雷电波入侵与感应雷防护均是采取有效措施将雷电产生的雷电流泄放入大地。为使防雷效果得到显著提升，应当确保接地系统的科学性与规范性。通常情况下，大多数自动气象站均使用单点接地技术，要求共同接地网的电阻值在4Ω以下，并将保护接地与工作接地引入到共同地网上，并保证接地引线的长度与截面面积符合标准要求，接地引线与防直击雷引下线之间的距离应当大于5m。另外，为防止自动站雷击安全隐患，还要严格做好共同接地网与太阳能板、风向杆与卫星天线底座等金属物体之间的等电位连接工作。
3.3合理布线
传感器是自动气象站的重要组成部分，因此必须对传感器的信号线进行合理选择与布置。在选择传感器信号线时接地装置应当带有金属管，而且其外皮应当具备一定的金属屏蔽功能，最好为PVC套管。另外，选用避雷针引下线当作引下线，在布设电源线、引下线与避雷针信号线时应当进行分管引入，切忌并管操作，进而防止引下线产生的雷电流对信号线与电源线产生一定的反击。
3.4等电位连接
首先，应当使用金属装置连接部分相互分离的导体，一旦出现雷击将会导致以上导体之间的电位差明显下降，进而大幅降低雷击电压。其次，还要使用导体装置连接建筑物当中的线路屏蔽管、金属水管与消防管道等。除此之外，还要合并接地装置与导体装置，不仅能够明显降低导体之间产生的电位差，又能保证出现雷击时不会因为较高的电位差而产生强电流，进而影响到自动站设备的正常运行。
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作者简介：孙希山（1986-）男，汉，山东省高密市人，本科学历，中级工程师，从事防雷监管，防雷检测，雷电监测预警及防雷科普宣传等工作