新型自动气象站雷电灾害的原因分析及雷电防护探析
​张策
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​张策,. 新型自动气象站雷电灾害的原因分析及雷电防护探析[J]. 气候变化研究,2021.1. DOI:10.12721/ccn.2021.157008.
摘要:
随着科学技术的快速发展,新型自动气象站的应用范围越来越广。它不仅能够减少气象工作人员的工作量,而且更能提高气象工作的准确率保证及时性。但新型自动气象站也存在一定的弱势,在运行过程中使用的弱点设备容易受到雷电袭击,损坏电子设备,甚至会使气象站无法正常运行,威胁观测质量。因而做好防护工作是非常重要的。本文主要论述了新型自动气象站受到雷电灾害的原因,以及防护措施。
关键词: 新型自动气象站;雷电灾害;原因;雷电防护措施
DOI:10.12721/ccn.2021.157008
基金资助:

引言

新型自动气象站是一类对气象数据进行自动观测和存储的设备,在目前各级气象部门中应用范围较为广泛。新型自动气象站的主要组成部分有:传感器、计算机、数据采集系统、传输电缆以及供电系统等等,且大部分的地点都在山顶或较为宽旷的地带。新型自动气象站具有自动观测天气数据并保存数据的能力,现在它是地面天气观测过程的重要组成部分。为了提供更准确的天气信息,通常将气象站安装在相对开阔且空旷的开放区域中,因此极易遭受雷击。自动站设备的电子系统具有集成度高的特点,同时其耐压程度较低,遇雷电天气,经常会受到雷击损坏,严重限制了观测业务的发展,因此积极完善自动站的防雷系统,确保自动站设备可以正常稳定运行是防雷保护工作的重中之重。

1.新型自动气象站雷电灾害特征

新型自动气象站引入了许多电子设备来实现其功能,从而使新型自动气象站承受压力的能力降低,并增加了遭受雷电灾害的可能性。新型自动气象站已引入了大量传感器和电子组件。电子元件的耐电压,抗电磁干扰和抗冲击电流能力较弱。在新型自动气象站中,综合评价新型自动气象站中电气元器件的耐受能力在毫焦耳级别。但是,雷电会引起兆级以上巨大的冲击,造成电子组件的破裂和击穿,并且组件的电路板也会熔化并永久损坏,从而影响新型自动气象站的运行。

新型自动气象站的电缆非常复杂,并且很容易传播雷电电磁脉冲和过电压,从而导致雷电天气事故。新型自动气象站不仅需要电力系统的支持来供电,而且还需要使用信号电缆进行数据传输,收集和处理。整个系统中有许多电缆,并且大多数电缆都暴露在气象站外部,导致引发雷电威胁的可能性大大增加。当感应到的闪电进入自动气象站时,它会直接感应出过电流和过电压,从而损坏设备,终端和系统。

2.新型自动气象站雷电灾害的原因分析

2.1避雷针保护范围不合格

气象台站避雷针的保护范围不合格,会使新型自动气象站遭受雷击。在台站建设之初,有关人员应严格观测和研究台站周围的布局,以确保避雷针保护范围合理。在该站的建设过程中,一些员工认为,过多的避雷针保护会导致资源浪费。由于盲目省钱,避雷针保护区域的范围不断缩小,导致严重的雷电灾害。在避雷针的有效保护范围内,可以避免直接的雷击,并保证观测设备的正常运行。

2.2线路屏蔽措施不完善

新型自动气象站的观测电子设备都有金属的外壳,为了防止雷电的袭击,线路多为通过金属管道进行直接的埋地。在防雷的区域,应尽量保证电缆两端的点位相等。但在实际的操作过程中,由于工作人员的不规范行为,会出现电缆屏蔽层带不接地或者仅一端接地的现象存在。因而会引起磁场强度发生变化,引发雷电。还有如果在气象站中电源或者通讯设备没有安装避雷器,在受到雷击的过程中,新型自动气象站的电路会受到直接的影响,使得雷电的危害程度增加。

2.3室内采集器和计算机安装问题

在新型自动气象站实际工作的过程中,电子设备受到雷击的风险较大。主要由于电子设备在运行的过程中,需要电源线,而雷电中的雷电流则可以通过这些电源线进行到室内。即便室内有接地的系统,但不同设备受到雷击后产生的电压不同,因而产生了较大的电压差,影响了设备的安全。如果室内的采集器遭受到雷击损害,对新型自动气象站的运行也将产生一定的影响。

2.4混合安装风传感器铁塔与避雷针

当前,在新型自动气象站上安装风传感器非常重要。但是,目前许多气象站将风向标塔和避雷针的装置进行了混合安装,这对雷电灾害构成巨大威胁,但许多气象站的工作人员和管理人员却没有引起重视,仍采用混合安装方法已成为雷电灾害的主要原因之一。通常,新型自动气象站的风向传感器安装在风塔的最高位置,风塔较高相当于避雷针容易受到直接雷击。雷击后,风传感器损坏,台站无法正常运行。

2.5风杆布线不规范

部分新型自动气象站在设计风向和风速的信号线时除了考虑了美观的问题,将风上的避雷针和引下线与金属管并行。这在操作上是不符合规范的,因为,风向中的风速信号用的是屏蔽的电线,很难在雷击接闪后完全屏蔽掉电磁脉冲。风向信号线上的感应电压电大,会影响采集器的工作,导致采集数据的中断。

3.新型自动气象站雷电灾害的防护措施

3.1设置避雷针

为有效的防治新型自动气象站受到电击的影响,应该设置避雷针,并且应该同周围的建筑物保持合理的距离。这样不仅使得避雷针接闪明显的减少,而且对雷电的袭击有一定的保护作用,使得观测设备不必受到雷电的危害。在安装避雷针的时候,应该注意观测场地的边缘是否在避雷针的保护范围之内,如果没有再设置避雷针,防止设备受到雷电的袭击。同时,应该对新型自动气象站进行分等级的保护,合理的安排避雷针的位置,对避雷针的高度进行科学的判断,保障保护范围。

3.2做好接地措施

对于防雷的保护工作做好接地的处理是最为基础的,良好的接地网会防止雷电。在进行接地网的设计过程中,应该保证电阻和观测设备必须相符,同时还应考虑接地面积以及材料等其他因素的影响。新型自动气象站的观测现场和工作人员的值班室都影响设置接地系统,保证两地之间不出现电位差。防止因为电位差对观测设备造成的伤害,同时,还应该注意观测现场和值班室接地系统的联通,保证接地的电阻值。

3.3完善线缆屏蔽

电缆屏蔽措施不完善是造成雷电事故的重要原因,因此在新型自动气象站中必须完善电缆屏蔽措施。风向和速度传感器的信号电缆必须屏蔽,建议使用金属护套电缆和等电位连接进行等电位保护。还必须在风塔的下游管道中进行等电位保护,这可以通过将其与风塔连接来实现。这种电缆屏蔽方法可以有效防止雷击风塔时的反击和闪络问题,并可以有效防止雷电电磁脉冲引起的电磁效应问题。对于观测现场电缆,可以使用两种方法进行防雷。第一种是直接进行部分转换,使用接地体和等电位连接来实现防雷保护,第二种是进行完全转换。电缆通过金属槽和金属管铺设在整条线上,以防雷击。

3.4做好等电位的连接

对于避雷针和金属管要进行等电位的连接,要除去固定的避雷针和金属管件的绝缘材料,来确定电气的贯通。防止避雷针的电流对风向风速传感器进行反击,保证气象观测工作的顺利。

结语

新型自动气象站虽然根据原有的自动气象站有所改变,采取了一些保护措施,但仍有一定的安全隐患存在。新型自动气象站的防雷仍是一个复杂的过程,需要各种技术的综合处理。根据自身气象站的特点和工作的特点,分析灾害造成的原因,有效的提高防雷技术。通过设置避雷针、做好接地处理、做好等电位的连接、安装浪涌保护器、设置引下线与信号线等方式保证新型自动气象站的正常运行。

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