谈气象信息办公网络系统设备的防雷设计

常保强 扈英磊 姬社英 严玉彬

摘要针对气象办公系统设备普遍存在着绝缘度低、工作电压低、抵御雷电危害能力弱等特点,简单地介绍了气象信息办公网络系统设备的防雷设计。

关键词自动气象站;传感器;数据通信电缆;采集器;主机;防雷设计

中图分类号 TP393;TU895 文献标识码B文章编号 1007-5739(2009)09-0292-01

近年来,自动气象站遭雷击的概率呈上升趋势,雷击不仅造成设备的损坏,影响气象预报及研究工作,还导致气象信息数据的缺失,甚至造成无法挽回的损失。遭受雷击的原因虽然是多方面的,但是可以通过相关措施预防和减少此类损害。自动气象站系统由两大部分组成,即室外部分和室内部分。室外部分主要是各种传感器和数据电缆,室内部分由采集器和主机组成。现就气象站系统设备的防雷设计要求作一简单地分析。

1气象站室外部分防雷设计

气象站室外设备主要是各种传感器与数据通信电缆,直接暴露在室外,容易遭受雷电的危害。传感器一般体积较小,但结构精密,在安装过程中既要注意把传感器安装在合适的位置上,以便能正确地检测数据,又要注意对传感器的防雷保护。选型的时候在满足工作要求的基础上应该尽量采用防雷式传感器,以提高其自身防雷能力。在传感器周边安装防雷设备,对于有接地要求的传感器,要提供良好的接地系统,接地电阻要小。

传感器检测到的信息数据通过通信电缆传输回主机,而通信电缆遭受雷击的可能性大,因此要做好通信电缆的防雷。一是在电缆上安装SPD(电涌保护器),阻断过电压及雷电波的入侵。二是对电缆进行屏蔽,屏蔽能对雷击电磁脉冲进行有效地衰减,是信息系统防护不可或缺的第1级保护,只安装信号SPD而不采取线路屏蔽措施是不完备的信息系统防雷。对于室外的线路屏蔽最好的方式是穿铁管埋地进入室内,不能埋地进入的,应至少在线路的首、末两端接地,或者采用屏蔽线缆。如因2点或多点接地对系统产生低频干扰,可将电缆穿入金属管,将外屏蔽层的金属管的两端或多端接地,金属管内的电缆可采用单点接地,这样既可保证有效的防雷,又有利于抑制低频干扰。另外,信号线路应尽量采用双绞线,因为双绞线具有较强的抗磁场干扰能力。线路采取了有效的屏蔽措施以后,还应当在信息系统设备前加装SPD。由于信号线路转移阻抗的存在,当雷电流流过屏蔽层时,使得芯线与外皮间产生感应过电压。上述的信号线路采取屏蔽措施后仍会击坏设备,就是因为加装的SPD不合适。对于一些要求过高、安全等级高的气象系统,应该优先采用光纤通信方式,因为光纤的物理属性能有效防止雷击,使系统更安全稳定地运行。

2气象站室内部分防雷设计

气象站室内部分由采集器和主机组成,它们都是由大规模集成电路构成,对雷电电磁波特别敏感,抗过压能力低。气象站室内部分的防雷应该从外做起,即首先应该做好采集器及主机所在建筑物的防雷。建筑物的防雷主要是应用防雷器件,如避雷针等。防雷器件首先起到对雷电流的吸收和泄放作用,同时也是一种等电位连接器。所有防雷器件的防护原理均是在雷击发生的瞬间,迅速启动响应,保证设备、大地、建筑物及其附属设备搭接构成一等电位体,从而避免过电压的损坏,实现均压等电位的关键就是整个建筑所在的地线系统。理想的建筑物避雷系统的接地装置,包括接闪器及引下线的理想状态最好是无任何电阻,一旦雷击发生,应使接地装置上任何一点对大地的电势差为零,因此接地的阻值应尽可能的小。IEC1024标准机房交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等4种接地宜共用一组接地装置。但是由于某些电子设备的工作状态不同、接地系统共地很难实现时,可以采用等电位理论达到瞬间等电位方式、常态独立接地方式。在做好气象站建筑物防雷的基础上,应该考虑内部电子设备的防雷问题。采集器与外部电缆相连,必须在接口处添加SPD防雷装置。采集器、主机等工作时必须要使用电源,室内电源系统是室内防雷的重点。对于电源线系统,雷电产生的强大过电压、过电流无法一次性在瞬间完成泄流或者降压,所以电源系统必须采取多级防雷措施。对于此点,我国现行的通信系统防雷技术要求有着明确的规定,即电源系统应该采取多级SPD雷电防护:一是总低压配电室的总配电柜电源输出端配置三相箱式电源避雷器1台,作为第1级防雷保护。标称放电电流选用50～100KA,预防直击雷。二是气象设备所在建筑楼层总配电箱电源引入端配置箱式电源避雷器,作为第2级防雷保护。配置三相箱式避雷器,标称放电电流选用40KA,预防感应雷击或操作过电压。三是气象设备机房配电箱电源引入端配置电源避雷器,作为第3级防雷保护。配置单相箱式避雷器,标称放电电流选用20KA,预防感应雷击或操作过电压。四是重要网络机柜或设备端采用模块式电源避雷器,作为第4级防雷保护。标称放电电流选用5KA,预防感应雷击或操作过电压。

3参考文献

[1] 中华人民共和国机械工业部.建筑物防雷设计规范[M].北京:中国计划出版社,2001.

[2] 中国建筑标准设计研究院.建筑物电子信息系统防雷技术规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.