宜昌市天地雷电防护有限公司当阳分公司 湖北宜昌 444100
摘要：随着社会经济与科学技术的发展，我国气象事业也突飞猛进，与其同时各种新型自动气象站在气象领域得到广泛应用。然而由于大多数自动气象站均在室外安装，因此极易遭受雷电的袭击而无法位于正常工作状态，严重影响了气象观测质量。基于此，本文着重针对自动站防雷工作中的常见问题进行分析，并在此基础上提出安全防护措施，以期能够为自动站的安全、正常运行提供一定的参考。
关键词：自动气象站；雷电；防雷；问题；安全防护
引言
自动气象站的投入使用，不仅大大减轻了工作人员的劳动强度，还使气象观测效率与质量实现了显著提升。为保证持续、准确地观测天气状况，自动气象站的安全工作必须引起高度重视。自动气象站各系统设备的安全、正常运行，不仅能够确保正常采集数据，还能为保证各仪器设备位于正常运行状态。在雨季来临之前，若无法及时做好自动站的雷电防护工作，将极易导致自动站遭受雷电的入侵，使自动站无法正常工作，进而严重制约了气象观测质量。因此，做好自动站雷电安全防护工作显得尤为重要。
1自动站概况及其遭受雷击的原因分析
1.1自动站概况
自动站由电源、各种气象要素传感器、采集器、专用电缆、微机等设备组成。其中采集器主要由电路板、电路、温度湿度板、风雨版等部分组成，外围设备主要包括打印机、计算机、数据采集箱等几部分。自动气象站能够自动获取并加工数据信息，进而实现各种功能，是目前较为先进的气象系统之一。然而随着弱电子设备的增加，自动气象站遭受雷击的概率显著增加，特别是在每年的7月份，雷电灾害的发生概率达到最高。自动气象站一旦遭受雷电的袭击，将会破坏部分弱电设备，导致无法及时保存自动站中的部分信息，进而对气象观测质量产生严重影响。因此，做好自动站防雷工作非常重要。
1.2自动站遭受雷击的原因分析
当阳市位于湖北中部地区，其东部毗邻荆州，西部靠近三峡宜昌，北部连接襄阳隆中。境内属于亚热带季风气候区，具有气温适宜、四季分明、雨热同季、日照充沛等特点，据多年气象观测资料显著，当阳市年平均温度为16.6℃，年平均总积温为6045.6℃，年平均降水量992.5mm，年平均降水日数为120d，年平均时数为1693.3h，日照百分率达到38%，年平均无霜期为274d。在全球温度升高背景下，当阳市气候发生异常变化，雷暴天气的发生概率明显增加，特别是在夏季午后，近地面的气温有所升高，大气不稳定性较强，进而引发强对流天气过程。一旦发生雷电天气将严重威胁自动气象站的安全、正常运行，因此做好自动站雷电防护工作非常严峻。
自动站遭受雷击的途径主要包括直击雷、电磁感应、地电位反击等几种。①直击雷。直击雷具有较强的破坏力，一旦直击雷袭击自动站仪器设备，将会在瞬间产生较强的电压，进而导致出现火花放电，并转换为机械能与热量，对自动站内的电子设备构成一定的损害，进而导致气象数据丢失；②雷电电磁感应雷击放电时，将会在瞬间产生较强的变化电磁场，同时导体还会感应出较强的电动势。若自动站设备与以上导体进行连接，则强大的电动势将会沿着导体进入到设备上，对设备遭受一定程度的损坏；③地电位反击。一旦自动站接地系统与技术要求不符，且接地电阻值较大时，当遭受雷击时将会导致雷电流未能及时泄放入大地，大量电荷堆集在地极周围，电位往上浮动，进而导致电压较高，高电压将会对设备遭受反击，进而损坏设备；④避雷器安装不当或质量较差。一旦避雷器安装不当、质量不符合要求、残压较大或接地装置与接地线之间无法正常连接时都将导致接触电阻值较大，一旦发生雷击，将会自动站设备构成严重损坏。
2自动站防雷工作中的问题分析
2.1避雷针的保护范围不合格
在对自动站避雷针进行设置时，应当确保观测场内部所有设备均位于避雷针的保护范围之内。然而，在实际的防雷工作当中依然存在着避雷针无法对所有设备进行保护等问题，导致部分设备极易受到雷电袭击，使自动站无法正常运行。
2.2避雷针与装有风传感器的铁塔混装
通常情况下，风塔处于气象观测站的最高位置处，既能够承载风传感器，又能发挥一定的避雷接闪器作用，因此往往被当做独立避雷针来使用。相关规范中明确规定，独立避雷针支柱及接地装置到被保护物体及相关管道、电缆等之间的距离应当在3m以上。而且避雷针与风塔之间也应当保持一定的距离，以防止雷电袭击对风传感器造成一定的损坏。
图1 避雷针与风塔安装示意图
2.3电源、通讯系统上未正确安装避雷器
安装浪涌保护器的主要作用在于当遭受雷电袭击时，能够快速泄放雷电流，进而对自动站电源、通讯系统进行保护。一旦未合理安装避雷器，将导致自动站遭受雷击的概率显著增加，通讯系统由于遭受雷击而发生故障，甚至还会出现电路通电等危险事故，不仅导致自动站无法安全、正常运行，还严重威胁了工作人员的人身安全。
2.4风杆上引下线、避雷针、风向风速信号线无法规范布设
在对自动站引下线、避雷针、风向风速信号线进行布设时必须严格按照相关要求，然而部分自动气象站为追求布设信号线的规整及其美观性，往往采取并行设置的方式，而未严格按照规范要求对引下线、避雷针及风向风速信号线进行设置，使雷击风险大大增加。一旦遭受雷电的袭击，不仅会对采集器的功能产生一定程度的影响，还会导致其遭受破坏而无法正常工作。
3自动站雷电的安全防护
3.1避雷针独立安装
在自动气象站防雷工作当中，避雷针具有显著的防雷防闪作用。在自动站直击雷防护时应当对避雷针进行独立安装，并确保其与建筑物、周围设备等之间保持充足的距离，并保证避雷针在接闪过程中具备独立的低阻抗泄放雷电流通道，同时也不会对周围设备构成威胁。而且，在安装时还要考虑到风塔的位置，确保风塔与避雷针之间的距离在3m以上。在设置避雷针时应当使用滚球法测算避雷针防护范围，以确保自动气象站的各系统设备等均位于避雷针的保护范围之内，以避免雷电对其造成损坏。
3.2对引下线及信号线进行合理设置
传感器作为自动站系统的重要组成部分，在对传感器信号线进行选择时应当注意选择带有金属管的信号线缆，或者选取具备金属屏蔽功能的PVC套管内部，而且还要对其进行正确的接地处理。传感器信号线、避雷针引下线、电源线应当进行分管穿设，能够有效防治引下线产生的雷电流对电源线、信号线产生反击，进而对设备构成一定的损坏。
3.3做好接地防护工作
做好接地防护工作，能够确保直击雷、感应雷等产生的雷电流通过接地装置快速泄放入大地。依据自动站弱电子设备做好接地防护工作，应当设置防雷电阻低于4Ω；如果依据管线布线分布，在开展接地防护工作时应当将地网环绕观测场地一周，之后再经管道接地，同时还要预留好接地端子，并做好降阻处理工作，以确保接地电阻位于4Ω以下。之后，要确保自动气象站所有防雷设施均进行接地处理，以实现雷电防护效果的显著提升。
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论文作者:双小雪
论文发表刊物:《防护工程》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/10
标签：避雷针论文; 雷电论文; 防雷论文; 工作论文; 设备论文; 自动气象站论文; 信号线论文; 《防护工程》2019年第5期论文;