浅析自动气象站防雷技术问题及其措施
​马香山
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​马香山,. 浅析自动气象站防雷技术问题及其措施[J]. 气候变化研究,2021.1. DOI:10.12721/ccn.2021.157006.
摘要:
近年来,随着自动气象站的增多,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,还导致气象信息数据的缺失,甚至造成无法挽回的损失。原因在于自动气象站位置的特殊性,并且自动气象站由采集器、传感器和主控微机等三个部分构成的自动化电子系统,它能够在特定条件下获取所测的气象资料,从而满足民众的气象需要,其具有网络密度大等诸多特点,因此在安装前应当考虑各方面因素,而这也正是其容易遭受雷击的原因所在。基于此,本文概述了自动气象站防雷技术的措施予以分析,并对雷电侵入途径,对自动气象站防雷工作存在的主要问题及其措施进行了探讨分析。
关键词: 自动气象站防雷技术问题措施
DOI:10.12721/ccn.2021.157006
基金资助:

引言

随着现代社会的迅猛发展以及社会的不断进步,相应的人们对气象服务就提出了更高层次要求,气象部门能够较为准确的提供气象资料,在预防自然灾害方面发挥着重要作用,同时为安全气象决策也提供了坚实理论依据。自动气象作为气象部门业务的重要部门之一,充分考虑到其结构以及系统的特殊性方面发挥着积极意义,但是也正是因为其这样使得其较为容易遭受雷电干扰,影响其正常运行。再者说来自动气象站的投入使用,根本性提升了大气探测的自动化水平,从某种意义上来说是气象业务、科研、服务实现现代化的重要体现,为了确保其监测数据的准确性和连续性,为民 众提供更加优质的气象服务,新形势下做好自动气象站防雷工作具 有迫切性。随着防灾减灾工作的深入开展,雷击事件也同许多气候事件一样,是当前我们遇到的又一难题,而这也是本文研究的关键所在。

1.自动气象站遭受雷击的途径及保护措施要求

1.1直雷击及其防护措施

直击雷是指雷电直接击在建筑或设备上。直击雷的破坏力是很大的,如果击在自动气象站设备上,就能在瞬间内产生很高的电压,产生火花放电,进而转化为热能和机械能,摧毁自动气象站设备。主要是针对室外的风向杆,有效避免直击雷影响的重要途径是安装避雷针。在观测现场外安装单独避雷针,如果观测场地限制避雷针和传感器之间的距离不能达到规定的情况下,可利用建筑物横竖两个方向的钢筋形成法拉第笼,进而将雷电流导入地下。

1.2雷电波入侵及其防护措施

雷电波侵入机房设备的途径多,系统遭雷击的几率就高,雷电对自动气象站损害的概率较大,其防护手段也较为复杂,是网络系统防雷的重点,又是防雷的难点。雷电击中导体时,会产生强大的电压波和电流波,自雷电击向导体两端传播。因此,有时雷电虽然没有直接击中自动气象站的设备,但若击中与自动站相连接的电压线、 信号线等导体时,会通过传导藕合的方式将雷电波引入自动气象站设备从而造成损失。电磁脉冲雷击的有效防护措施是要加强对自动气象站机房的防护,需要确保地板的防静电功能,进而有效防止静电引起雷击。在静电地板下安装环形闭合式电位连接带,在对角均安装上接地母线。将接地母线与观测站防雷电感应的接地网进行双向连接,将自动气象观测场与机房之间的电位差消除;要将机房内所有的机柜、不带电设备与其相近的电位连接连通到一起,并与地线连接在一起,消除雷击所带来的电位差,将雷电流引入到地下。

1.3雷电电磁感应及其防护措施

雷击放电时,其瞬间在其周围产生强大的变化电磁场,处在这个变化电磁场中的导体会感应出强大的电动势。如果这个导体与自动气象站设备相连,强大的电动势会沿着导体传导设备上,从而损坏自动气象站设备。具体防雷措施是为电源线路设置电涌保护器,将雷电流以分流的方式传送到地下,防止雷电流侵害电源线路。为确保雷雨天气电涌保护器的正常运行,通常为三级保护,一级是将电涌保护器安装在电源线路进入建筑物总配电开关部位,出现雷电时及时切断电源;二级是将电涌保护器安装在机房开关的控制部位对支线防护,发生雷电时将一部分的雷电流导入大地;三级是将电涌保护器安装在设备的用电开关部位或在插座上,用电终端保护电源线路,发生雷电在前两个级别未起到防护作用时,终端阻止雷电对自 动气象站设备的损坏。

2.防雷技术存在的问题

2.1防雷电位连接存在的问题

如前所述,防雷是一个综合性、系统性工程,不是单单靠设置避雷针、加装防雷设备就可以满足的。 防雷接地、屏蔽、等电位连接等措施也是一个完整的防雷系统的组成部分。但在采取这些措施时存在较多问题,主要表现在:

(1)接地网设置混乱。企业一个区域的接地网常常有两个甚至三个,究其原因,一是在设施的多次改造中,接地网重复建设,且未统一联结成一个整体;二是一些设备制造厂家常常以产品精密为由,要求其设备的接地是独立的;三是工程技术人员没有“共地”的意识,人为把信息系统接地与防雷接地等分开。从防雷保护角度,无论是电气地、信息地和防雷接地都该共用一个接地网,如果不是这样,系统遭受雷击时,不同地之间的电位差将高达几千甚至上万伏,会发生放电,造成设备损坏。

(2)屏蔽意识淡薄。 简言之“屏蔽”就是把雷电引起的脉冲电磁场屏蔽在被保护物体之外, 该措施也是重要的防雷技术措施之一。屏蔽指施虽然比较简单,但因雷电流频率范围比较宽,特别是低频段能量比率比较大,因此利用简单的屏蔽技术就可以阻断或分流大部分能量。例如变压器若采用隔离蔽措施,可以使来自 电网侧的雷电波干扰衰减100dB以上。屏蔽的主要对象有建筑物、传输线、电子设备等,如屏蔽得当,大大减缓电子设备本身的风险和投入。

2.2避雷针设置问题

将避雷针的防雷作用覆盖整个观测场,保证所有的设备均在避雷针防护范围。 但存在场地内的设备未全部在避雷针防护范围内,使设备易受到雷电电击的情况,造成设备受雷电损害率高,影响正常运行。为确保设备整体在避雷针防护范围内,需要对避雷针范围测量、计算,确定观测场地是否在避雷针有效防护范围内。

2.3避雷网、避雷带的安装问题

自动气象站避雷带预防直击雷破坏,实际铺设存在避雷带铺设不规范,影响防雷效果。因为选择防雷网格没有按防雷等级要求的规格,铺设后防雷效果不好,导致防雷装置出现问题。

3.加强自动气象站防雷工作的措施

3.1单独设立避雷针

单独设立避雷针,从某种意义上来说能够避免其在接受雷电时产生的电流损害到其它方位,也就是风向传感器和传输线的直接影响, 在依据实际情况对防雷进行调整后,在原有的基础上也就是其上面单独设立避雷针,高度大约可以在16米,其遵循的原理主要是当 原避雷针与金属管等进行电位连接后,而这将会在观测场同时存在然后依据按滚球法的方式计算,这样既能够保证其他设备不受损害,同时也确保自动气象站不会遭受雷击。

3.2将避雷针与金属管做等电位连接

采取此种方式能够有效防止避雷针的U型螺杆与金属管电气之间的不连接性,在实施过程中要全面把握各种因素,首要任务是将两者之间存在的绝缘体材料通过其它手段予以去除,在这个基础之上做 好接闪器的安装工作,避雷针的引下线,这样能够最大程度的降低自动气象站遭受雷电攻击的概率。

3.3做好接地防护

接地防护做好,可将直击雷或感应雷的雷电流通过接地装置传入大地。接地按照电子设备中较弱电子为根据,防雷电阻在4Ω以下。

结语

自动化气象站建设本身就是一项长期且艰巨的任务,具有综合性强的特点,因此在气象站开展防雷工作过程中必须依据实际情况制定行之有效的计划,综合运用各种技术,在这个基础之上结合自动气象站本身的特点,为下一步工作的开展奠定坚实基础,新形势下要求相关人员正确处理好当前自动气象站防雷存在的问题,从而找出 有效的解决方法,确保自动气象站各方面工作能够有效开展,根本性提高我国气象站对天气采集信息的质量,为民众提供更加优质的气象服务。

参考文献

[1]覃彬全, 杨磊, 付钟. 自动气象站防雷技术探析[J]. 气象水文海洋仪器, 2006(03):8-11.

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