自动气象站雷电过电压防护分析

摘要：本文简要分析了雷电过压攻击的具体路线：供电线、通信线;探索了过电压应对之策：接地、屏蔽等方法，以此保证自动气象站运行的安全性，加强防雷工作落实，给出有效的过电压防护方案。

关键词：电源线;接地;分流

中图分类号：TP2

引言：

自动气象站的整体体系包括硬件与软件。硬件程序包括信息采集装置、信息感应设备、数据通信接口、供电设备等。数据采集、数据感应等设备，无法有效应对电磁干扰问题。电磁干扰来源，主要表现为两种类型：一类是人为产生的干扰源，对电力程序隔离装置、运行系统各位置造成过电压问题;另一类是雷电引起的过电压现象。两类电磁形成的威胁，均具有较大危害作用，亟需制定有效防护措施。

1雷电过压攻击路径分析

1.1电源线攻击

气象站运行时，主要的供电设施是使用低压线，将电源传输至气象站室内，此时电力线路将会承受雷电攻击，以配电线走向为依据，以行波状态攻击供电设备，致使气象站发生运行异常，难以有序运行。直击雷的攻击主体，是以高压线为主要目标。雷击作用产生的过电压，在变压器耦合作用下，电压恢复至初级，在220伏特线路中运行此种电压，成功攻击气象站内部的电源设施。在直击雷作用下，极有可能转移线路压力，形成过电压现象。同时，在220伏特的线路表层，感应雷能够准确捕获过电压，对气象站形成较大威胁。

1.2通信线攻击

在气象站周边地区，并未形成有效的防雷体系。气象站周边区域内，各种高出地面的物体，比如建筑、路灯等，极有可能在雷电作用下被击穿。雷电作用期间形成的过电压，会击穿地面表层的泥土，致使户外安装的传感设备、其他设施无法有序运行，甚至引起设备损坏，或者击穿绝缘层，比如网格线、数据采集设备、通讯线路等。在各路绝缘层受损后，会引起瞬时过电压迅速流转现象，在通讯线路的指引下，瞬时产生的过电压会攻击气象站。如果感应雷击已然造成通讯线路损坏，会在通讯线路表层获取过电压攻击气象站的信息，间接对气象站形成较大危害。

2过电压应对方法

2.1接地保护

围绕气象站进行的雷电保护工作，接地防护是较为关键的一种措施。接地保护对于各类雷击具有一定防护作用，包括直击雷、感应雷等。在保护时，主要是将雷电流转移至大地中，减少雷电危害。因此，为获取优异的防雷效果，选用优质的接地设备，确保转移雷电流的有效性。一般情况下，气象站进行接地保护时选择的工艺为“单点式”。此种接地方式，电阻小于4Ω。在工艺连接时使用共同地网方式，确保雷击流转移至相同的地网区域。在接地连接时，应保证接地线与防雷线之间的间距大于5米。此外，在电位连接时，分别连接方向感、卫星线路底座等设备，保证气象站整体的防雷效果，促使气象站有序运行。

2.2屏蔽保护

屏蔽保护法，是以保护主体为目标，借助金属网、箔等物质，对目标物体进行包围，有效阻断雷击形成的电磁脉冲，提升闪电攻击气象站的困难性。屏蔽措施是保障雷电磁脉冲形成辐射作用的最佳防护方法。在实践进行屏蔽时，有序连接屏蔽套、屏蔽设备，形成有效的接地保护体系。在户外装设的各类设备，比如传感器、信息采集器等，需要使用屏蔽线进行连接，同时给予多点接地防护。

雷电发生较多的区域，应在电缆表面上方30厘米处，增设两组金属，用于接地保护。针对存放计算机设备的气象站，在使用低压电源线时，應防止线路架空。一般情况下，使用铠装电缆方式，进行线路保护，增设电源避雷设备。对于网络通信线路，应对其进行地区敷设，确保线路通信的屏蔽效果。同时，在网线两侧装设通信避雷设施，确保通信有序，减少雷电作用。

2.3分流保护

现阶段防雷工艺中，分流保护方法，是用于保护电气设备的关键措施。分流措施，是导线从户外引进室内，在导线与接地目标之间使用避雷装置。气象站实际运行期间，会在供电线路、通信线路等位置，形成完整的保护体系，确保避雷设备的使用效果。如果发生感应雷、直击雷等作用，会形成较大的过电压现象，在导线帮助下，由户外传至室内。此时，避雷装置表层存有的电阻，会在短时间内发生减少时间，甚至会形成短路时间，闪电作用下形成的较大电流，在避雷装置的帮助下，短时间内向大地释放电流。此种保护方法，主要保护的设备有信息采集、信息感应各类设备。

2.4均压保护

均压保护，与接地、避雷设备的使用，具有相互协调性。在均衡联通电位时，主要使用截面规格较大的导线，有效连接雷电流攻击的各类设备。气象站中，应在电位均衡线路上，进行各类设备的连接，对设备进行集中防雷保护。使用放电管，有序连接供电线、互联终端等，确保电子设备的防雷有效性。如果观测区域，相同终端所在机房的间距较小，可进行有效的共地处理方法，保持各设备电压的平稳性，有效去除过电压形成的威胁。

3气象站过电压应对实例分析

3.1科技防护

3.1.1科技设备防雷的需求与规定

某气象站在进行过电压应对、雷电防护各项工作时，应积极防控外线路感应事件，积极配置通信设备，借助高功能集成设计、智能通信等工艺，有效控制通信网络形成的风险电路数量，加强整网雷电对抗能力。以室内终端、控制设备、监控体系为主，积极制定防雷措施。在气象通信体系中，高效整合交换器、信息传输等各类设备，确保系统连接质量，线路连通长度介于100与200米之间。在连接线路中，会受到雷电感应作用，转移雷电浪涌方向，极易增加雷电威胁。因此，加强防雷设计，是保证气象站运行的关键措施。

（1）IEC-61644要求中，明确给出气象站通信联通、信号接口的防雷方法。

（2）ITU-TK相关文件中，针对气象站各项通信防雷工作，给出多种指导措施。

3.1.1各地区防雷的侧重方向

结合江门、东莞、湖南各地区的气象站通信工程实际受到的雷害问题可知：在气象站中增设的网络接口、智能控制体系、移动通信设备等，均在不同程度地遭受雷击威胁，发生设备损坏问题。同时，在气象数据通信网络中，数据接口、采集板等各类组件，均在雷击中发生损坏。由此说明：互联终端、控制程序、通信接口等位置，均是雷电过电压主要的攻击位置，整体防雷能力较弱，应引起气象站单位的高度关注。

3.2过电压保护措施

3.2.1选用过电压保护设备，氧化锌避雷器

由架空线路终端位置向气象站引入的线路，伏特值有两种类型，分别为10kV、6.6kV。以防雷视角为出发点，使用屏蔽电缆，确保缆线埋设的有效性。如果在气象站内部添加配电变压设备，屏蔽电缆再进行防雷保护，应将其引入地下。屏蔽缆线长度须介于300至500米范围内。

在线路终端、线缆拼接等位置，在接地保护时，需要装设避雷器。在安装前期，应进行避雷器类型的选择与确认。案例气象站最终选用的避雷器，为氧化锌类型，电压值为12.7kV。结合GB11032的文件规定：当避雷器的电压为10kV时，能够确保雷暴强度的防护质量，符合城市各领域防雷的各项要求。因此，在案例气象站中，选用氧化锌避雷器，其电压12.7kV高于10kV，能够有效保证各位置的防雷质量，比如变压器、通信线路接口等。

3.2.2配电体系使用的过电压防护设备

气象站结合雷电类型、主要发生威胁的地区等因素，对配电系统给予有效保护，确保保护设备选择的适用性。案例气象站在供电系统保护工作中，要求在器件回路程序中添加保险丝，添加时采取串联方式。现阶段，在进行配电防雷工作时，保护主体会在自身损坏、过电压作用下，发生设备燃烧时间，间接降低供电线路整体的运行能力。结合实际发生的雷电事故，气象站为确保供电的有序性，应保障保险丝处经过的电流量级，等同于上个位置保险丝的5/8。

在实践测试中发现：冲击通流量不高的设备，在雷电作用下，整体运行的剩余时间，远低于冲击通流级别较高的设备类型。配电区、供电区主要承接供电线路沿线的电流能量。因此，在进行配电体系防雷时，应尽量选用高级别的保护设备，确保设备运行时间的充足性，减少保护设备频繁更换问题。

气象站在为供电系统选择防雷设备时，应结合TN系统的电力供应情况，明确供电程序中防雷器的安装形式。案例单位在供电系统连接时，是以TT系统为主要连接形式，输电线路电压为380伏特，此时在防雷保护时，可对N线进行加装处理，使用放电管拼装成防雷器，形成防雷保护体系。

3.2.3电源线过电压的防雷应对之策

结合YD/T585-92文件的規定内容，介于12至60伏特之间的配电系统，其绝缘测试时，测试时间为1分钟，电压有效参数为500伏特。由此发现：在配电体系中，雷击允许参数不小于500伏特，一般达到工频6倍。结合供电需求，确保防雷器电压余量不超过300伏特。

气象站各类设备的供电压力，有一定调整区间。如果将设备运行压力调整为48伏特，实际允许电压的变幅介于-40伏特与-57伏特之间。换言之，如果供电压力处于-57伏特位置，可以更换设备。在气象站进行供电设计时，使用的电压调整措施为“直流供电”。一般情况下，气象站电压维持在-48伏特左右。在选择防雷设备时，用电电压应介于70伏特与90伏特之间。为保障防雷器的使用效果，应回避防雷器形成的电压浮动问题，维持各类设备运行的有序性。同时，电源线连接的防雷器，应配有保险丝器件，防雷器实际输出的电流不小于3KA，此时防雷器可进行接地保护连接。

结论：综上所述，在新时期，结合自动气象站的设备引入情况，扩充防雷功能，积极回避过电压问题，确保气象资料交互的高效性，逐步提升气象站运作能力，为各部门生产运输、工作规划给出天气信息的参考依据。

参考文献：

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[2]罗永志，王艳辉.配电线路雷电感应过电压的避雷器防护分析[J].电瓷避雷器，2019（01）：84-88+94.

[3]崔思东.通信系统雷电与过电压防护[J].中国新通信，2018，20（13）：222.

作者简介：何秋宏1983年04月，性别：男，民族：汉，籍贯（省市）：广东省揭阳市，职称：中级，学历：本科，主要从事：电气、防雷装置检测。