（山东省石岛气象台 山东荣成 264309）
摘要：科学技术的飞速发展使新型自动气象站在各气象台站得到广泛应用，不仅大大减少了气象观测人员的工作强度，还使气象观测的及时性与准确性显著提升。然而，新型自动气象站中往往包括多种弱电子设备，因此极易遭受雷电灾害的袭击，不仅会对电子设备构成一定程度的损坏，严重时还会导致新型自动气象站无法正常工作，对气象观测质量构成严重威胁。因此，做好新型自动气象站雷电灾害的安全防护工作非常有必要。
关键词：DZZ4；新型自动气象站；雷电灾害；原因；安全防护
1 雷电灾害入侵途径
通常情况下，雷电的呈现形式包括直击雷、感应雷及雷电波入侵三种，雷电灾害的入侵途径主要包括以下三种：①直击雷对自动站铁塔产生直接袭击，由此产生的高电位将会沿着导线并以波的形式进入到数据处理系统，对新型自动气象站内部的观测设备构成一定的毁坏。新型自动气象站一旦遭受直击雷入侵，不仅会导致部分设备或全部电路遭到损坏，还会丢失气象观测数据，由此产生的影响及危害巨大；②雷电击中气象台站附近的高层建筑物或突出物体，在电磁感应及静电感应的作用下将会产生强烈的过电压，对新型自动站采集器、传感器等设备造成一定程度的破坏。另外，过电压还会沿着数据线路、信号线路等侵入到值班室内，导致传感器被烧坏，气象观测系统出现瘫痪，情况严重时还将导致气象观测数据丢失；③一旦在新型自动气象站接地点位置区域遭受直接雷击，其附近的电压将会急剧增加，由此产生的瞬时高电位将会沿着自动站接地线进入到相应的电路中，并产生强大的雷电流，进而将电路元器件烧毁。
2 新型自动气象站雷电灾害原因分析
2.1雷电灾害多发生在高耸、空旷的建筑物上
DZZ4新型自动气象站作为一种自动观测气象要素的现代化观测系统，主要包括电源、微机终端、数据采集器、气象要素传感器等几部分组成。气象要素采集装置包含的气象要素传感器与数据采集器均安置在室外，气象数据处理装置与供电系统均安置在室内，且以上两部分通过电缆相互连接。气象要素采集装置多位于孤立且高耸状态，其中往往会积聚大量的电荷。此时，一旦上方出现积雨云，高耸且相对独立的风向风速传感器将极易成为引雷系统的一部分，在气象要素采集装置与积雨云之间形成放电通道，导致其中的采集器与传感器造成一定程度的破坏。此时雷电灾害主要表现为：雷电击中风向风速传感器、温湿度传感器、雨量传感器、气压传感器、数据采集器等，并对其造成不同程度的损坏。
2.2导线、电缆为雷击灾害创造了有利条件
新型自动气象站在实际工作过程中，必须依靠电力线路或太阳能为其提供稳定的工作电压，一旦出现断电现象，应当由蓄电池对其进行供电。而气象要素信息则应当通过数据通信线路对其进行采集与传输。
当雷电灾害发生时，即便新型自动气象站未遭受直击雷入侵，但是直击雷产生的强大雷电流及雷电电磁脉冲将会在数据电路及电网上通过感应、传导及耦合等多种方式产生较高的感应过电压。进而导致电信线路及供电电网上的电压过高。一旦自动站部分构件出现异常连接或接触不良等现象时，将会损坏甚至烧断自动站的交流供电电路，击坏通讯连接端口、烧坏传输线路等，由此造成的影响及损失严重。
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当在自动站周围发生雷电灾害时，直击雷或感应雷将会通过通信电缆、天线及架空线等多种方式把高电位引入到气象观测设备上，导致各种传感器、数据采集器、电脑终端等气象观测设备由于遭受电压反击而无法位于正常工作状态。
2.3数据采集器感应雷击发生频率较高
新型自动气象站数据采集器往往用于接收、处理与传输气象观测数据。就自动气象站雷电灾害事故而言，数据采集器发生雷电灾害的概率最大，占到雷电灾害事故总量的80%左右，主要原因包括以下几点：①数据采集器当中含有大量的电路板、导线及电子元器件，一旦遭受雷击，导体极易感应并积聚大量的电荷，并最终优先形成雷电放电通道（图2）；②多重导线相互连接为感应雷入侵创造了有利条件；③数据采集器作为一种电子电路，主要由印制电路板及电子元器件两大部分组成。该电子电路耐压能力较低，且微电子元件对电磁信号极为敏感。当发生静电感应时，雷电产生的感应电压降远远超过电子元器件与电路板的耐压限度，进而导致电子元器件被击穿甚至爆裂，印制电路板出现熔化或烧断，使数据采集器由于遭受严重损坏而无法正常运行。
3 新型自动气象站雷电灾害的安全防护
3.1设置避雷针
为有效防止新型自动气象站遭受雷电灾害的袭击，应当对避雷针进行独立设置，而且避雷针与周围建筑物之间必须保留适当的距离。这一设置既能够使避雷接闪得到明显降低，还能对雷电流进行有效防御，使雷电对观测设备的危害得到最大程度的降低。在安装时必须确保所有观测设备均位于避雷针的有效保护范围之内，一旦观测场地边缘未位于避雷针的有效保护范围之内，则应当单独增设避雷针，以有效防止观测场地内观测设备遭受雷电袭击。另外，还应当与新型自动气象站保护等级相结合，科学分析避雷针的安装位置及保护范围，进而对安装避雷针的最适宜高度进行判断。
3.2合理设置引下线
就新型自动气象站而言，其所有信号线均是套在金属屏蔽层PVC套管内或贯穿于已经接地的金属管当中。另外，在对避雷针引下线、电源线及传感器信号线进行安装时必须进行分管穿射，不仅能够大大减少引下线产生的引流及雷击现象，还能够有效保障气象观测设备安全。
3.3做接地处理
做好接地处理是做好雷电灾害防护工作的一项基础工程，接地网好坏将会对防雷效果产生直接影响。在对接地网进行设计时，为保证接地电阻值与设备要求相符合，必须综合考虑地网面积、材料规格及所在地土壤电阻率等多种因素。新型自动气象站的值班室接地系统与观测场均属于接地系统。为有效防止两地网之间出现电位差，由此引发地电位反击进而对气象观测设备构成一定程度的损坏，应当对其进行联合接地，即将值班室防雷地网与观测场相互连接，而且还应当确保其接地电阻值在4Ω以下。
3.4合理布线、等电位连接
称重雨量筒、能见度仪、风向风速、温湿度传感器数据均穿金属管敷设于铁塔中心或金属杆内，穿线金属管两端就近接地，所有设备金属外壳、支架等金属物均就近接地，电源线路穿铁管埋地敷设。设有气象自动站值班室的，合理放置各重要设备并且根据值班室大小与设备的多少均制作M型、S型或混合型等电位连接。
3.5安装适配的电涌保护器
电源采用市电作为自动站电源的，在电源侧根据防雷分区安装适配的电涌保护器，并且传感器数据线缆进入采集器数据处理控制单元前也应该安装与数据信号适配的电涌保护器。电源采用太阳能发电的，在电源侧安装适配的直流保护器。
参考文献：
[1]吴孙发，郑国强，叶国富.新型自动气象站雷电灾害的原因分析及雷电防护[J].农村实用技术，2019（3）：34.
[2]陈贻亮. 新型自动气象站雷电灾害原因分析及防雷保护措施[A]. 雷电委员会、中国气象科学研究院.第31届中国气象学会年会S9 第十二届防雷减灾论坛——雷电物理防雷新技术[C].雷电委员会、中国气象科学研究院:中国气象学会,2014:6.
作者简介：罗庆玖（1975-），男，汉族，山东省新泰市人，大专学历，助理工程师，从事雷电防御工作。
论文作者:罗庆玖
论文发表刊物:《科技研究》2019年5期
论文发表时间:2019/7/23
标签：雷电论文; 气象论文; 灾害论文; 自动气象站论文; 避雷针论文; 数据论文; 传感器论文; 《科技研究》2019年5期论文;