新型农业自动气象站防雷检测技术要求与设计

黄运忠 江 聪

（江西省全南县气象局，江西 赣州 341899）

目前，随着我国社会经济的不断发展与完善，也伴随着公共安全方面问题的出现。新时期，公共安全已成为各个领域关注的话题，人类社会的发展对环境造成了一定的影响，从而引发全球气候变暖等问题，随之而来的则是洪涝、雷电和暴雨等自然灾害的发生。新型自动气象站作为气象观测的主要手段，依托自身的优势，来监测地球环境与天气，以此为将来的天气变化提供有力的参考数据。

1.新型农业自动气象站简要概述

新型农业自动气象站即针对农业生态环境实时监控以及农业生产相关的环境监测，农田气象环境调控等需求设计的一款综合小型自动气象监测系统。其可以对农作物与植物相关的环境因素进行信息的采集，比如水分、土壤、热度和光照等农业气象，可以实时监测农作物的生产情况，并将监测结果与采集到的信息加以分析展现在人们的面前，人们可以及时对农田情况加以掌握，如果农田受某些条件制约而影响其生长情况，人们可以及时采用相关的防范对策。其在农业研究、标准测量与农业生产方面被广泛应用。比如，农业气象预报、农业灾害预警等。农业气象站有着自身特点，其中包括多样化传感介入、高精度数据呈现、低耗太阳能模式和大数据监控平台等。新型自动气象站就其自身组成来看，通常由数据采集、数据分析等装置组合而成，在此期间的采集装置就是人们所说的自动站。一般情况下，自动站可以分为如下几个部分，包含线路连接、传感设备、通讯和供电系统等。新型自动气象站的在具体运转的过程中，是依靠中央处理器完成对数据的采集、分析与执行等操作的。

随着城市化的发展，新型自动气象站也迎来了新一轮的市场机遇与挑战，新型自动气象站对地形与外部环境有着较高的要求，需要将其建立在地形相对较高与开阔的区域，为此采取相应的防雷技术措施变得极为重要。其次，防雷技术可分为雷电波入侵防护与直击雷两部分。其中的雷电波入侵即雷击感应，在云对地面放电以及云层放电同时发生时，如果受到雷击会增加半导体的电压，比如自动气象站附近的架空线缆或尖端物体遭到雷击，这时就会产生雷电电磁感应，由此形成的感应过电压传递到自动气象站，就会对数据采集装置造成直接影响，乃至击穿线路的绝缘层，破坏系统的传感装置，从而导致事故的发生。而直击雷是云层和地面之间形成的雷电，观测装置被击中后会损坏自动站的电子设备，导致数据收集出现问题，甚至影响数据的正常传输。为此，必须做好农业自动气象站防雷检测技术，尽可能地降低雷电灾害造成的损失几率。

2.新型农业自动气象站综合防雷工程设计要求及原则

首先，新型农业自动气象站综合防雷工程设计要求必须按照自动气象站所在地的地质、环境和气候等因素以及雷电活动情况，与自动气象站的特点与要求相联系，通过分流、接闪、等电位、屏蔽、电涌保护以及综合布线等方式，系统性地设计自动气象站。其次，防雷装置的架设与安装不能影响到新型自动气象站的正常工作，独立接闪杆不应对地面的温度与光照辐射造成影响。最后，互相连接的防雷装置必须使用同一材质，同时严格按照防雷规范与要求，积极开展整体雷电防护工作，坚持层层把关、多级防御的原则。

3.新型农业自动气象站雷电入侵的途径

3.1 高压电脉冲入侵途径

如果气象站周围有高层建筑物遭到雷击，静电感应或者电磁感应则可能对过电压产生感应，同时借助电源线缆将电流输送至室内，造成气象站的传感器与采集器等设施破坏，甚至有时可能对通信电缆绝缘层破裂区域产生高电压，把通信电缆当作传输媒介将电流输送至值班室，严重损坏传感器，此时就会影响气象站整个观测系统，致使其出现故障无法正常运行，同时还会造成观测信息的缺失，对农业工作者造成极大地损失。

3.2 直击雷与接地线入侵途径

对于直击雷的侵入，一旦其击中观测设备，就会损伤气象站所有电子设施，严重影响气象站气象要素的收集与上传。而接地线入侵时，接近地面的新型自动气象站遭雷袭击，接近地面的电位在短时间内迅速聚集与增加，从而造成高电位沿着站内接地线进入，导致强电流的电路，极易引发电路元件燃烧的情况，最终对观测仪器造成损坏。

4.新型农业自动气象站防雷检测技术要求探析

自从自动气象站投入使用以来，时常出现计算机、电话机以及仪器等设备受到雷击的情况。对此，对相关的防雷系统设计提出更高的要求并对其进行检测是很有必要的。

4.1 外部防雷之接闪器

按照《建筑物防雷设计规范》的基本要求，对新型自动气象站所要架设的观测场地进行相应的防雷设计和技术施工。通过接闪器或接闪杆，利用引下线和地网相连接的方式，真正实现基本防雷设计的标准，同时依靠滚球法来计算接闪器的保护范围，保证自动气象站下的电子设备皆受到接闪器的有效保护，以防雷电侵入。自动气象站下的建筑物有很多，其中包括值班室、机房以及办公楼，在此范围内的接闪器都利用避雷带或者避雷网的方式构成防雷系统。可以采用12mm的镀锌圆钢材质，支撑卡子可以使用0.15m，两者最好保持1m左右的距离。针对其它特殊区域可以使用避雷带或者避雷网，在此期间则应当沿着容易受到雷击的位置铺设。而接闪网的网格要求应小于10m*10m。对于观测场地的接闪器，相关人员可以依靠风塔安装避雷针，其长度要求应当在11m左右。

4.2 外部防雷之引下线及接地装置

新型自动气象站中的每个设备皆须用引下线和地网相连。同时，要求引下线的数目在2至3根。其次，则是接地装置。新型自动气象站使用的防雷接地技术，主要为单点接地和共用地网接地等方法，其对接地电阻也有相关的要求，其接地电阻必须在4Ω以内。此外，还需要保证接地引线长度与截面面积，要求其必须符合相关规范要求。

4.3 内部防雷之等电位连接

首先，需采用25mm*4mm的镀锌扁钢，将传感器、自动气象站、接地装置和百叶箱等向连接，自动气象站观测场地的金属栏杆要与接地装置焊接。接着，需采用5*5m的网状接地装置对观测场地的地面进行电位压处理。此外，每隔2个风塔在其中间铺设1*1m的接地装置，同时与跨步电压地网相联系，从而搭建一个闭合环路的系统。另外，还需对共用接地网与卫星、太阳能板等金属物进行等电位连接。

4.4 内部防雷之屏蔽与浪涌保护器的安装

首先，可以沿着供电室引出一条电缆，利用布设的钢管进行埋入，做好屏蔽处理工作。除此之外，还需要在防雷保护区域内连接等电位且与防雷接地装置相联系。接着，则是对浪涌保护器的安装。自动气象站的通信机房和配电箱都需要进行浪涌保护器的安装，而与网络相关的调制解调器，可以在其前方安装RJ11接口的保护器，在计算机网络设备附近安装RJ45接口的保护器。在此过程中，要求浪涌保护器的电压要大于1.5Uc，响应时间大于10s。数据采集器上面一般包括RS458的通信接口，应当安装与之相适合规格的保护器。

5.新型农业自动气象站防雷设计策略

5.1 预防雷电波侵入

在雷电放电时会产生很强的电磁场，同时，在如此极端的天气条件下电动势会直接进入气象站，此时相关人员可以采取相关有效的措施保护气象站遭雷击，比如，相关人员可以安装电涌保护器，让电源线通过并联的方式把雷电产生的电流引到地面，同时还需要避免雷电流对电源线造成损坏。其次，要想保证保护器可以在暴雨等极端天气下正常稳定的运转，可以采取三级保护。一级则是把保护器加装在建筑物主配电开关的电源线上，在雷电期间及早切断电源。二级即将保护器布置在机房开关的控制区域，起到直接保护作用。三级则是把保护器放置在设施的电源插座部分，通过中断用电来对电源线路实施保护，一旦保护电源线中断且没有雷电前两个保护级别，此时的自动气象站终端就额可以预防雷电破坏气象站。如果导体被雷电袭击产生强电流波，那么被雷击中的中心部位点会把强电流输送至导体的两端。而电流波利用线路侵入这一途径进入气象站，对设备与仪器造成损坏，对观测工作造成严重的影响。在此，可以采取强化气象站机房保护相关措施，同时应保证地板的抗静电作用，防止由静电导致雷击事故。此外，还可以在静电地板之下设置通电的闭合电位连接网或者连接带，同时按照对角线加装接地母线，要求其和接地网建立双向连接，用来观察雷电感应，消除气象站的观测场地和机房的电位差。

5.2 预防直击雷

新型自动气象站的场室通常由两部分组成，分别为工作室与室外观测场。尤其是我国北方的夏季，雷雨天气最为常见，是一种严重强对流的气候。一旦出现雷雨天气，天空中就会产生更多的乌云，而这些乌云皆是大气层中的带电云。在带电云和地面低距离的事物发生碰撞时，比如，在地面上的高层建筑物，则会产生较强的放电现象，此时强电流亦有可能产生更加强大的热效应，更有甚者会在金属物表面产生机械的力量。针对带电云造成的巨大破坏性，比如气象站这一建筑物，更需要强化防雷技术的保护。一般情况下，气象站的雷电预防皆以室外风杆为主，在此过程中，要想真正实现自动气象站的防护功能，最直接的办法则是架设接闪杆，通常有两种方式对接闪杆进行架设。首先，把独立接闪杆架设在观测场地外，同时，利用滚球方法对架设接闪杆的高度进行精确的计算。在架设期间，最值得注意的一点则是保持风传感器系统与接闪杆之间的安全距离，两者间的距离是最重要的，如果距离控制不好就会造成相互干扰的情况，不利于气象站的防雷作用。接着，如果此方法不可行，便可以直接把接闪杆架设在风传感器的金属架上面，且还需利用滚球方法来测量接闪杆的架设高度。在架设接闪杆的过程中，倘若受到场地这一基础条件的制约，则需要充分考虑风传感器和接闪杆两者的间距，相关人员应及时地做出改进。比如，还可以使用避雷针。

另外，因部分自动气象站皆处于室外，受雷电影响较为频繁，极有可能对气象站的设备造成不同程度的损坏。对此，相关人员需要结合实际情况，想尽一切办法，综合采取多种防雷措施，实现最大限度的安全防雷目标。其中等电位连接是首先要做的，即需要在共同的地面上方建立联合操作关系，有效避免各个自动气象站的设备遭雷袭击。然后，还需要在设备安装室里面架设金属框架门窗与钢条等，建立一个趋于完整的屏蔽系统。接着，相关人员可以采用内置电缆，从而保证防雷设计的有效性。

5.3 接地网的制作

接地处理即分流雷电电磁干扰与直击雷的最为行之有效的策略之一，也是均衡电位补偿系统的基础。其主要是为了雷电流经过低阻抗接地系统，从而向大地泻放，以此保护人员、设施的安全。此方式是防雷设计中的一项必要手段，同时，接地的作用直接影响着防雷系统的总体防护成效，接地处理是否良好最终影响其防护质量。一般情况下，新型自动气象站多采取水平接地与垂直接地的方法进行接地处理，在气象站的防雷设计过程中，接地地网的电阻范围应适当放宽，但仍需注意的是使用多种环形的物体进行接地处理，且采用多根支线进行延伸接地处理。在此期间，延伸接地的长度应当大于接地网的长度，以拓展电流经过范围。除此之外，针对接地方面的处理还可以通过土壤交换的方式达到相同的目的，即在实践中可以在接地物体周边的土壤中，掺入适量的木炭与煤渣等，利用这些物质可以有效降低土壤本身的电阻率，从而真正起到保护作用。

5.4 加强防雷装置的管理和维护工作

针对新型自动气象站的场地与室内的防雷装置，相关部门应当定期安排专人负责防雷装置管理与维护相关的工作。比如，某单位可以派遣一位员工到各个农业气象站对防雷装置进行相应的检测，并且严格按照施工图纸、装置参数、使用年限等基本标准与要求，使用相关仪器进行检测，并对装置进行维护与保养。防雷装置由于长时间暴露于室外，容易受各种极端天气的影响，如果不及时做好保养、维护工作，则会影响防雷装置的功能且缩短其使用寿命。同时，还需要对防雷装置的安装、配线以及设计等资料、图纸进行及时的保存与归档。此外，相关人员需要对每年雷雨季节气象站的防雷装置进行检测与评估，并且制作评估报告，利用大小会议对防雷装置进行分析，比如周会，将其纳入月度报告会议中，以此引起人员的重视，并且每年制作的检测报告必须完整的保存起来，倘若有需要改进的地方，则必须及早制定改进策略，付诸于实践，以消除安全隐患。

6.结束语

综上所述，在我国农业气象产业不断发展的背景下，自动气象站大力引入防雷技术。但是，因天气不确定性因素的影响和人类无法控制等特点，防雷检测技术与方法只提高了防雷保护参数，并不能确保气象站遭受雷击的威胁。要想提升防雷成效，就必须强化防雷设备、装置等的维护管理工作，并且还需要依托新时期科学技术的力量，使气象站的防雷检测技术充分发挥其自身的作用，提升新型气象站运行质量。