摘要：海岛自动气象站气象设备具有高精密性和敏感性，加之海岛的特殊环境，使其变成一个较复杂的系统工程。本文本着有效、经济、耐用的原则进行综合考虑，得出在海岛的无人自动气象站应如何设计、安装防雷装置，才能使其有效地预防雷击和保护设备安全。
关键词：雷击电磁脉冲 海岛自动站 接地 防腐蚀
1 概述
随着气象事业的快速发展，通过广东“平安海洋”气象保障工程项目的实施，加快南海海洋气象观测系统建设，争取建设更多的岸基海洋综合气象观测基地、海岛气象观测站、石油平台气象观测站、GPS海风海浪观测站、远洋船舶气象观测站和沿海台风全视角监测站等，提高南海海域海洋气象立体观测能力。改进和完善台风、风暴潮、大风、海雾等海洋气象灾害预报系统。推进海洋气象服务系统建设，实现预警信息覆盖整个南海。通过大力提升海洋气象服务能力，积极构成一个覆盖全省的立体气象防灾减灾体系，促进我省率先基本实现具有世界先进水平的气象现代化。
通过对海岛自动气象站雷电防护装置的研究，跟踪监测海岛自动气象站在特殊地理环境下遭受雷击损坏的情况及如何预防，保障海岛气象站在雷暴天气下能正常稳定地运行。
2 海岛无人自动气象站的系统组成
海岛无人自动气象站由传感器、数据采集系统、供电系统（采用太阳能）、通信系统等几部分组成，可采集温度、雨量、风向、风速、能见度、气压等6 个气象要素的数据，并可扩充其它要素的数据采集，自动气象站每小时自动采集、处理、形成正点数据通过GPRS上传到省气象信息中心。海岛自动气象站内安装有10米标准风塔，全部配备强风传感器，其中一套采用螺旋桨强风传感器，GPRS和北斗双路通讯；另一套采用超声风强风传感器，采用GPRS通讯。
新建的海岛自动气象站一改过去由人工操作的特点，各个气象站都能24 小时自动观测、记录风向、风速、气温、雨量等气象要素，并传输到气象局及全省的自动站网上，大大加强了防灾抗灾气象服务能力。由于气象自动站无人值守，因此对建设和仪器的要求较高，需要较强的抗干扰、防风、防腐蚀、防雷等能力。
3 海岛无人自动气象站雷击原因分析
海岛自动气象站易招雷电损坏的原因, 一是安装在风塔上的接闪系统与数据线缆不能合理分开或屏蔽, 当雷击发生时, 数据线缆容易被雷电感应; 二是接地系统布局与各类数据线缆的走向不符合电磁兼容的要求。三是接地材料的耐腐蚀能力直接影响到防雷整体效果的问题。
海岛自动气象站特殊的地理位置使雷电防护变成一个复杂的系统工程。由于海岛自动气象站安装在孤立的海岛上，防雷条件恶劣。所处位置一般为岩石加少量土壤，电阻率高。又由于靠近海边，空气湿度大，而且含盐度极高，防御海水的腐蚀是防雷装置选材的难点。另外包括所处环境雷击概率提高、浪涌保护装置的耐受能力等，都是需要解决的问题。因此，需要从实际情况出发，结合以往的工作经验，因地制宜制定可行的方案，根据不同的情况随时进行调整，以达到最佳的雷电防护。
鉴于海岛自动气象站气象设备的高精密性和敏感性，加之海岛的特殊环境，因此必须采取综合严密的防雷措施，确保气象设备不受雷电侵扰，保证海岛气象观测系统稳定运行。
4 海岛无人自动气象站雷击防护措施
4.1 直击雷的防护
海岛自动气象站观测场内应安装独立接闪杆对站内设备进行直击雷防护，接闪杆的接地体应独立敷设。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆测风用的风传感器高度为一般为10m，是所有传感器中最容易受到雷电袭击的部件，《建筑物防雷设计规范》中强调接闪杆及其接地装置至保护物之间的距离不得小于3m，这规定充分考虑了接闪杆在受到直击雷击后的电感效应和电容效应，因此需在观测场外3米处设计安装独立接闪杆，利用单针避雷针滚球法计算其保护范围，其防护直击雷的保护范围可达到整个观测平台，实现对观测平台内所有设施的直击雷防护。
4.2 雷电电磁脉冲的防护
雷击电磁脉冲( LEMP )是由雷云的静电感应或放电过程中产生的电磁感应，以及作用在建筑物上的金属物件，如信号传输线、天线、金属管道、电线、等上的雷电辐射引起的，通过各种金属线路引入室内，导致耐压水平极低的各类电子设备损坏。
QX 3-2000《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》和QX 4-2015《气象台(站)防雷技术规范》强调“等电位联接”和“屏蔽”措施是自动站防雷工程设计和施工的关键,它能有效的防范雷电电磁脉冲对设备的灾难性威胁。
站点设备供电为太阳能电池板，自动站所有的信号线、电源线缆均穿入热镀锌金属管内，金属管两端及中间与地网连接。以达到各部位之间的电位分布均匀，使得电位差为零从而确保雷电流不会对各部分间造成高压反击及减小电磁干扰。自动站接口通道使用防静电感应接口芯片，大大减少静电感应危害；使用防雷器件、光电隔离、多重DC／DC供电隔离技术，较可靠地防范雷击和干扰。
应在海岛自动气象站的配电箱处，安装相应的电涌保护器加以保护。电涌保护器( SPD )是一种限制瞬态过电压和释放电涌电流的装置，必须能够承受预期通过它的雷电电流及限制线路上雷击电磁脉冲产生的峰值过电压。合格的浪涌保护器应该能够在过电压过电流经过后熄灭工频续流。
4.3 地网设计
海岛自动气象观测站防雷建设与区域气象观测站建设要求相同，要求防雷地网和设备地网分开。但是海岛气象自动站所处地理位置大部分为岩石土壤，电阻率高，空气湿度大，而且含盐度极高，防御海水、海风的腐蚀是选材的焦点，选取高档材质如扁铜、不锈钢等材料，虽能解决腐蚀的问题，但建设成本大幅增加，本着有效、经济、耐用的要求进行综合考虑，热镀锌钢材是海岛站防雷用材的首选。
海岛自动站设备防雷接地网的实施，应与观测平台土建同时施工，利用观测平台柱子钢筋作为防雷引下线。设备接地装置，水平接地体采用-40*4热镀锌扁钢，垂直接地体采用50×50×5×2500mm热镀锌扁钢，与观测平台四角的柱子底部焊接相连，有条件的，应做成环形接地体，条件允许的，应呈放射状敷设，并由观测平台基脚引入海水退至最低潮位的位置。
当气象自动站在全是岩石的海岛上，无法敷设垂直接地体时，应敷设多条热镀锌扁钢接地体引至海水退潮时最低处，当接地装置散流雷电流时，可瞬间地泄入海水中，而含盐成分多的海水又具有良好的导电性，加快散泄雷电流，减少或者避免雷击，从而保护自动站设备安全免遭雷击。
5 结论
海岛自动气象站的防雷保护，是一项系统的工程。随着海岛自动气象站的大量投入业务使用，其防雷设计成了自动站选址、设计和建设中的一个重要问题。在进行海岛气象自动站的防雷设计时，既要考虑好外部防雷基础问题，也要采用电磁兼容和接地等改进措施来降低雷击风险。因地制宜制定可行的方案，施工时根据不同的情况随时进行调整，以达到最佳的雷电防护。
参考文献
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论文作者:杜宇峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/27
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