探讨自动气象站的雷电防护技术

朱建晴 张世武

[摘 要] 雷电是一种发生非常频繁并且破坏性极大的大气现象，为了保证气象站顺利带给人们气象信息，自动气象站的雷电防护技术显得尤其重要。本文首先介绍了雷电的危害及其入侵方式，其次分析了自动气象站遭雷击的原因，最后提出自动气象站的雷电防护技术。

[关键词] 自动气象站 雷电防护 技术

[中图分类号] P415.1+2 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）07-0290-01

一、雷电的危害和入侵方式

雷电是大气现象当中的其中一种，每次雷闪能够释放出数百兆焦耳的能量。其强大的电流能让放电通道中的瞬时温度升高到6000-10000摄氏度，产生的热效应、电效应和机械效应具有严重的破坏性。根据资料显示，世界上很多国家和地区每年都会发生多起雷击灾害事故。并且由于雷电具有突发性、快速性的特点，让人避之不及。有数据统计，2007年我国雷电灾害共发生19902起，其中死亡人数是678人，受伤人数是768人，雷电造成的经济损失达到10亿元人民币。雷电对自动气象站带来的危害具有破坏性，雷电可造成气象站的传感器、采集器和主控危机的破坏。雷击电磁脉冲可通过电源线路和通信线路入侵自动气象站，这种入侵造成破坏的概率很大。通常情况下，自动气象站都是建立在空旷的地方，传输线从传感器到采集器再到计算机有一段距离，加上数据传输线和电源及接地线等都在相同的电磁环境中，相互之间有影响，数据传输线难以做到电磁屏蔽。这就导致雷电通过磁场、电场和电阻耦合以传导或者辐射的方式破坏自动气象站。

雷电对自动气象站的入侵方式主要是传导耦合和辐射耦合这两种方式。一种是通过供电线路的入侵，雷雨天气时，雷电首先会电击到建筑物，然后电流会随着建筑物传导给地面，再通过电路中的零线、保护地线和布线中的接地线，以脉冲的形式侵入室内，造成电器设备的损坏。另一种是通过通信线路入侵，当建筑物遭到雷击后，一些处于户外的例如传感器、采集器等设备很容易受到损坏。

二、自动气象站遭雷击的原因

根据有关资料和现场实地勘察，自动气象站的建设场地主要分为两大类：一类是建设在原气象观测场，另一类是根据气象数据监测的需要，建设在非气象观测场的其他场所，这类大为单要素自动气象站，有少部分为多要素自动气象站。对于建设在原气象观测场的自动气象站，其防雷接地系统主要是在原气象观测场防雷系统的基础上改建而成。由于以前的人工观测场大多为机械制式的设备，耐压能力较强，因此，雷击表现不是很严重。而自动气象站大多由集成度较高的电子弱电设备组成，且处理及传输设备均为电子弱电设备，其耐压能力相对较弱。在建设自动气象站时，由于对风杆的直击雷防护、等电位连接以及屏蔽措施考虑不周全，导致雷暴时自动气象站很容易损坏，严重影响了自动气象站的正常运行。而对于在非气象观测场的自动气象站，由于观测需要，大多建设在建筑物的屋顶或野外，其防雷措施一般仅安装一只避雷针，基本上缺乏雷击电磁脉冲的防护措施，一旦自动气象站遭受雷击就很容易损坏。

三、自动气象站的雷电防护技术

1.線路接闪器和纳米磁阻流器的防雷新技术

通常情况下，电源开关能够很有效地控制电源，但是开关的使用过程中会产生很强的电磁场，如果遇到雷电发生时，使用开关容易产生电磁感应导致跳闸现象出现。据一系列调查报告显示，当雷电击中导体的时候，这时输电线路跳闸是导致输电线燃烧、爆炸的主要诱因。所以，降低雷击的跳闸率是有效防止雷电导致输电线路燃烧的主要方法，从而降低雷电带来的负面影响。最新科学研究表明，线路接闪器和纳米磁阻流器能够有效地避免电磁干扰，从而使电源开关的电磁干扰降到最低，减少雷电导致的输电线路的跳闸率。

2.对设备和管道进行等电位连接的防雷安全措施

首先对一些分开的导体用金属装置进行连接，在雷击出现时可以降低这些导电体之间的电位差，从而实现降低雷击电压的目的。其次对建筑物中的一些常见的导电装置，例如：线路屏蔽管、金属水管、消防管道等也利用导体将其连接起来，与接地装置合并为一体，从而也可以有效地降低这些导电体的电位差，在雷击发生时不至于因电位差过高而产生电流。另外还需要注意的是，在对设备和管道进行等电位连接的防雷安全措施的时候，要在导体连接处的那块区域留出等电位端口，这样可以方便以后有新设备的接地连接。

3.屏蔽建筑物内外导电线路和电子设备的防雷安全措施

在建筑物的外部和内部都广泛存在导电体，建筑物外部的常见的导电体是钢筋、铁窗、铁门、阳台护栏等。遇到雷击天气时，这些导电体附近能形成磁场产生电流，因此，对这些建筑物外部的导电体进行接地屏蔽，能有效避免雷电通过外部导体将电流带进建筑物内部。此外，还应对建筑物内部的电子设备进行电磁屏蔽，也是用金属导体将这些电子设备进行连接封闭的方法，来达到阻止雷电产生的电流破坏电子设备的正常使用。

四、总结

随着经济的发展，雷电给社会带来的危害越来越严重，尤其是南方多雷雨的地方雷电灾害更加严重。为了保障气象台能正常运转带给人们急需的天气信息，气象站的雷电防护十分重要。

参考文献

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作者简介：石金铖（1981-），男，黑龙江鹤岗市人，本科，就职于鹤岗市气象局。