小型自动气象站在雷电防护方面存在的主要问题

闫友理 杜明峰 李旭钦

【摘 要】本文针对现在小型自动气象站存在的一些问题，提出一些意见及看法。

【关键词】小型自动气象站、防雷

【中图分类号】P457 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0064-01

一、前言

近几年，暴雨冰雹大风等恶劣天气出现频率越来越高。很多地区还出现50年甚至100年一遇的强降水。生活中我们也经常收到各种级别的气象预警。面对这些情况，气象观测及数据采集工作的重要性不言而喻。如今小型自动气象站已成为开展精细化预报、气象决策服务所不可缺少的气象信息来源。为了保证它的正常运行，本文从雷电防护的角度，阐述了大多数小型气象自动站存在的一些隐患，并提出一些建议。

二、小型自动气象站雷电防护的概述

2.1首先从环境角度考虑，小型自动气象站建设的地理环境多位于空旷凸现区域，如常见的建筑物屋顶。这种环境在雷电学里是极易遭受雷击的位置。

2.2其次从自动站的自动化电子系统的构成来看，它主要有采集器、传感器和主控微机三大部分组成，这些设备一旦遭受雷电侵袭，可能造成系统瘫痪甚至损毁。

2.3国家气象规范也对自动气象站场室防雷等级划分做出了严格的要求，根据安装自动气象站的台站性质、发生雷击事故的可能性和后果以及雷暴日数，将自动气象站场室的雷电防护等级分为三级。

遇有下列情况之一时，自动气象站场室防雷等级应划分为一级。

a）国家基准气候站、大气本底站；b）地处平均雷暴日大于（含）30d/a（d/a：天/年）的国家基本气象站；

c）地处平均雷暴日大于（含）80d/a的一般气象站以及其他场所；

遇有下列情况之一时，自动气象站场室防雷等级应划分为二级。

a）地处平均雷暴日小于30d/a国家基本气象站； b）地处平均雷暴日大于（含）40d/a且小于80d/a的一般气象站和其他场所；

除一级和二级防雷自动气象站场室以外的自动气象站场室，均应划为三级防雷自动气象站场室。

三、小型自动气象站雷电防护的现存问题

自动站环境的特殊性，建设自动站时一般考虑到了自动站的直击雷防护，多采用安装独立的接闪杆进行防护。但实际很多自动站的防雷装置并没有严格按要求设计施工，反而给设备带来了更大的隐患。

3.1很多小型自动气象站的风传感器的固定杆多直接做接闪杆使用，一旦接闪，雷电流将沿着接闪杆入地。这种情况下雷电流对传感器会造成很强的闪电电涌侵入。

3.2 近年来很多自动站都加装了独立接闪杆，意图对各采集设备进行直击雷雷电防护。但实际雷电防护的效果却没有达到。例如很多建在高层建筑屋面上方的自动气象站，装设的独立接闪杆高度很多只有4米左右（这点是一般是由施工难度及造价等原因所致），而风传感器的固定杆高度一般都有2米以上，2杆的水平距离一般都有3米，通过滚球法，很容易得出，此独立杆根本无法保护风传感器。

3.3 小型自动气象站内的设备没有专门的接地端子，很多直接连接在建筑物的引下线处。表面上看，设备是做了等电位处理，实际一旦建筑物接闪带或接闪杆接闪，强大的雷电流通过引下线泄放的过程中，将会对直接连接在引下线上的设备造成严重的闪电电磁干扰。

3.4小型自动气象站设备的供电存在很大安全隐患。

首先因为绝大多数小型自动气象站的建设都是在有需要的时候才进行选址，并不是建筑主体建设的时候就有规划。在这种情况下，小型自动站设备的供电线路一般都是另外敷设，而所敷设的电源线几乎都没有做屏蔽处理，更有甚者，为了布线方便，直接将电源线捆绑在接闪带上。这种做法对设备及线路带来了极大的危险性。

其次，自动气象站的电子设备及线路基本未安装电涌保护器。在前文所叙述的各种防雷隐患存在的情况下，又未安装电涌保护器，更加大了小型自动气象站遭受雷电的风险。

最后，有些自动站就算安装了电涌保护器，其参数也很少符合规范要求。一般都未安装T1类实验的产品，而且为了节约成本，很多电涌保护器没有专用的接地点，接地形式也没采用凯文接线法，其安装根本达不到规范要求。

四、如何改变气象自动站雷电防护现状

防雷工程是多学科、多行业相互联系的一项系统工程。因此，自动气象站的防雷也是综合各个领域防雷的一门专门技术。它不仅需要考虑防直击雷，还要考虑防闪电静电感应、闪电电磁感应和闪电电涌的侵入。我就从这两方面做以下阐述。

4.1 直接雷防护部分

其接闪器、引下线和接地体的布置要严格按规范要求设计及施工。对于风传感器的固定杆做接闪杆的情况，将接闪杆系统与风传感器部分分开设置，塔标管内置引下线向外引出与接地网接地。塔杆与接地网须等电位连接，并按照防雷规范保持两个系统间有效的距离；若观测场地受到限制，确实难以分开的，也应考虑将接闪杆保持与风传感器更大的距离，做好引下线与风传感器数据传输线之间的电磁屏蔽。

如做独立杆保护自动气象站，其独立杆的保护范围以及安装和接地电阻等一定要符合规范要求。以上接闪杆的接地极尽量安置在观测场外，使得数据线缆等可以保持与接地连接线之间的安全距离。距离不够时，设法使线缆与接地线的角度增大，最好成直角。

特别强调，如自动气象站为一类时，必须装设独立接闪杆或架空接闪线或网。

4.2接地及冲击接地电阻

对于电气设备、杆塔、构架或过电压保护装置等用接地线或接地极连接的措施，根据其作用可分为功能性接地和保护性接地两类，包括工作接地、保护接地、过电压接地、防静电接地、屏蔽接地等。小型气象自动站接地系统应采用共同地网，单点接地方式，冲击接地电阻宜小等于1Ω。如果需新建地网，宜采用水平环型地网，其冲击冲击电阻宜小等于1Ω。

4.3雷电感应防护部分，主要考虑电源系统和信号系统。

4.3.1电源系统

如设备采用TN-S或TN-C-S系统供电时，线路如在LPZ0区的部分一定要做屏蔽处理。在设备端和线路由LPZ0区进入LPZ1区的位置，安装T1类实验产品的电涌保护器。其参数要符合规范要求。

现在很多地区的小型自动气象站都采用太阳能供电，这点非常值得提倡的。它大大降低了供电线路对自动气象站及建筑物内部的设备因雷电遭受的风险。

4.3.2信号系统

信息设备损坏的主要原因是雷电浪涌通过各种信号线和电源线引入设备内部，破坏其芯片和接口，所以应在信号线之间加装信号防雷装置。具体参数应根据设备及规范要求仔细分析。这里值得强调的是，除了安装电涌保护器，综合布线也非常重要。电源线、信号线必须分开专门敷设。弄清各个线缆电流的方向，设计好地线的走向和线缆的距离。保证线路之间的安全间距，通过对线路进行屏蔽、接地、均压、等电位连接等综合处理而达到减少电磁干扰的目的。应重点考虑雷电过程可能存在的电感性影响。

五、结束语

小型自动站的雷电防护安全，直接关系到了气象数据的正常采集。它为气象系统及时而准确的给社会提供服务做了保障。因此，我们应该结合各方努力，尽快解决和完善小型自动站存在的相关问题。建设一个更加美好而和谐的社会。

参考文献

[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343—2012

[3]《建筑防雷与接地技术》张小青

[4]《自动气象站场室防雷技术规范》

[5]《气象台（站）防雷技术规范》