关键词：自动气象站；雷电灾害；原因；防雷保护
前言
近些年来，雷电灾害发生频率居高不下，由此对自动气象站的影响及危害越来越不容忽视。雷电主要通过以下途径入侵自动气象站：1）感应雷入侵。当测站附近供电线路处于雷击区域内并形成感应雷，在供电线路中产生瞬间高压并通过自动站交流供电系统入侵自动气象站，造成自动气象站设备损坏。2）直击雷入侵。雷电直接击中自动气象站当中的气象观测仪器设备，并在瞬间产生高电压而形成火花放电，还会产生大量的热能与机械能，导致自动气象站的气象观测设备遭受严重损坏，不仅导致气象观测数据丢失，还会对正常采集与上传气象观测数据产生严重影响；3）接地线入侵。雷电击中自动站附近的接地点，其周围的电位会显著增加，由此产生的瞬间高电位往往会通过自动站接地线进入到电路，并产生强电流，进而严重损坏电路元器件；4）雷电击中连接自动气象站的数据线、电源线等导体，使电流波与电压波传播至导体两端，进而严重损坏自动气象站相关设备。
1自动气象站遭受雷击的原因分析
1.1未设置防雷装置与防雷网格
科学设置防雷装置对于做好外部防雷工作尤为重要。交流供电系统未安装浪涌保护器或安装不规范，合理安装浪涌保护器可以有效地防止感应雷入侵。对接闪器进行正确安装能够有效地引导雷电流并将其泄放入大地，以避免直击雷直接击中自动气象站的气象观测仪器设备，进而最大限度地保护气象观测设备的安全性。然而，在实际的工作过程中，自动气象站并未合理地设置防雷网格，也未科学安装接闪器，导致接闪器的引流作用无法得到充分发挥，进而引发雷电灾害。
1.2信号线缆未采取有效的屏蔽措施
就自动气象站而言，其观测场内部的大多数线缆均会穿过PVC管而直接敷设在观测场地沟当中，或者悬空敷设在地沟当中。虽然使用金属管对值班室与观测场之间的连接线缆进行敷设，然而并未对金属管两端采取有效的接地措施，进而导致其分流作用无法得到充分发挥。接闪杆在接闪时，雷电产生的雷电流将会通过引下线最终流入到接地装置中。同时风向数据传输线上将会产生感应电压，并通过数据线直接传输到观测场内的采集器接口或室外转接盒当中，严重时甚至还会出现电磁感应串扰链现象，导致气象观测工作无法得到顺利开展。
1.3风传感器铁塔与接闪杆混装
大部分人员在建设自动气象站时并未意识到风向传感器铁塔与接闪杆混装的重要危害。由于风向传感器往往安装在风塔上，且位于观测场的最高位置处，此时风塔类似于一根接闪杆，一旦遭受雷击，将会严重损坏风向传感器，使其无法位于正常工作状态，进而对自动气象站的正常运行产生严重影响。
1.4接闪杆的保护范围不合格
自动气象站在运行过程中，一旦接闪杆保护范围不合格，也将会导致自动气象站雷电灾害频发。在自动气象站建设初期，相关工作人员就应当对气象台站周围的布局进行仔细观察与研究，以确保自动气象站始终位于接闪杆的保护范围之内。在建设自动气象站过程中，部分工作人员普遍认为接闪杆保护范围过大是一种浪费。为节约资金，工作人员在建设自动气象站时缩小了接闪杆保护范围，进而引发严重的雷击事故。确保自动气象站位于接闪杆的保护范围之内，不仅能够有效地防止遭受直接雷击，还能保证各气象观测仪器设备位于正常运行状态。
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1.5直击雷防护方法不当
由于直击雷具有极强的破坏力，若直接击中自动气象站内的建筑物或观测设备，此时会有强大的电压出现，在形成火花放电的同时，还会转化为机械能和热能，对自动气象站的仪器设备造成损害。当前，大部分台站的风向传感器都安装在10m高的铁塔上，其直击雷防护措施是直接将一支富兰克林接闪杆安装在铁塔顶部，以实现对风向传感器及观测场内其他观测仪器的直击雷防护；接闪杆引下线的规格材料选用φ10的圆钢；在铁塔塔身缠绕着风向、风速信号电缆，并顺着塔身不断向下引出。当观测站出现雷雨天气时，铁塔顶端的接闪杆接闪时机雷电流向地下泄放的过程中，在数据传输线上会有瞬态雷电感应电磁场产生的较强感应过电压出现。雷电中的雷电流将会以风向、风速信号电缆为媒介进入到外转接盒内，进而损坏外转接盒内的部分芯片，影响台站观测工作的顺利进行。
2自动气象站防雷保护措施
2.1直击雷防护
直击雷防护是自动气象站防雷的关键，只有提升其的性能才能保证雷雨天气下的自动气象站持续稳定运行。结合《建筑物防雷设计规范》以及《气象台（站）防雷技术规范》中的相关规范要求，将自动气象站直击雷防护工作做好刻不容缓。将接闪器、接闪杆和立柱钢筋进行结合就组成了一个有效的直击雷防护装置，接地是钢筋的主要作用。在雷雨天气出现时，利用直击雷防护装置可直接将雷电流泄放进入大地，以降低雷电流造成的危害。
2.2接地系统
接地是防雷的基础性工作，接地包括有功能性接地和保护性接地两种。为了进一步提升自动气象站的接地性能，应确保接地连线的坚固性、地网的可靠性和泄流的通畅性水平。在设计接地网的过程中应始终确保材料规格、地网面积、土壤电阻率等与规范要求相符。自动气象站的接地宜选择共用接地网，单点接地方式，且应确保接地电阻值在4Ω左右；一旦接地电阻值比规定要求的数值要高，为了降低电阻值可以选用增加地桩、改变土壤结构、选用降阻剂等方式，始终确保接地电阻值与规定要求相符。对于新建的接地网来说，可以选择规格不小于50mm×50mm×5mm的镀锌角钢作垂直接地体，规格不小于40mm×4mm的镀锌扁钢做水平环形地网，埋设深度需超过1m。
2.3增加线缆屏蔽
受到地沟地面积水或潮湿的共同作用，会使穿线管道的腐蚀速度加快，由于观测场内的的各种电缆大都在观测场的地沟内穿镀锌钢管悬空敷设，且每间隔5m直接选用材料规格为φ10的镀锌圆钢管进行横向焊接，可以使用铁皮将钢管拐角处拧紧，确保钢管一体，避免电磁波干扰影响线缆的正常使用。
2.4设置独立的接闪杆
与自动气象站的防雷案例与实践经验相结合，尽管风塔作为接闪杆使用会起到一定的支撑作用，但是也有一定的引雷作用，进而导致自动气象站雷电事故发生率较高。接闪杆具有防雷接闪作用，在自动站直击雷防护时应当对其进行独立安装，要与风塔绝缘，独立接地网与观测场地网距离应大于5米。若安装独立接闪杆，接闪杆与其周围建筑物还应当保持一定的距离，另外，还要为接闪杆接闪提供独立的低阻抗泄放雷电流通道，且不会影响到周边设备的安全运行。除此之外，在安装接闪杆时对接闪杆进行设置要选用滚球法对其保护范围进行测算，以保证自动气象站各气象观测仪器设备均位于接闪杆的有效保护范围内，以保障其安全性。
结束语
新型自动气象站是一种自动化程度很高的电子设备，主要由电子芯片、传感器等组成，以弱电方式运行，绝缘等级低，存在着对雷电电磁场或雷电波等强电反应敏感的弱点，因此做好自动气象站防雷防护措施是雷电多发区保障自动气象站安全稳定运行的基础前提之一。只有严格按照《气象台（站）防雷技术规范》的要求认真做好自动气象站防雷设施的设计施工，在使用过程中做好防雷设施的日常维护和定期检查检测，就会减少和避免雷电对自动气象站的损坏。
参考文献：
［１］黄思源，刘钧．新型自动气象站观测业务技术［Ｍ］．北京：气象出版社，２０１４．
［２］ＱＸ４－２０１５气象台（站）防雷技术规范［Ｓ］
论文作者:杨倩
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
标签：雷电论文; 自动气象站论文; 防雷论文; 直击论文; 气象论文; 风向论文; 防护论文; 《科学与技术》2019年18期论文;