新型自动气象站雷击安全隐患及安全防护措施
乐文娟
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乐文娟,. 新型自动气象站雷击安全隐患及安全防护措施[J]. 气候变化研究,2022.2. DOI:10.12721/ccn.2022.157015.
摘要:
本文在探讨新型自动气象站雷电入侵途径的同时,分析了新型自动气象站雷击安全隐患,并给出了几点雷电安全防护措施,以确保雷雨天气下台站可以正常运行。
关键词: 新型自动气象站雷击隐患防护措施
DOI:10.12721/ccn.2022.157015
基金资助:

引言

新型自动气象站可以对气象要素数据进行自动观测和储存,已逐渐成为地面气象观测的重要组成部分。新型自动气象站主要包括采集器、传感器、计算机、供电系统和传输线缆。为了提升气象要素数据的准确性和完整性水平,大部分的台站都建设在空旷开阔的地带,属于雷电高发区。再加上台站内的电子设备具有高集成度的特点,自身耐压水平低,在雷电天气出现的过程中,经常会因雷击而损坏,不利于地面气象观测工作的顺利开展。

1、新型自动气象站雷电入侵途径

1.1直击雷

夏季是雷雨天气频繁出现的季节,若新型自动气象站内的观测仪器设备被雷电直接击中,可能会造成部分设备或全部电路受损,进而造成气象要素数据丢失。因此,为了确保新型自动气象站可以正常运行,应做好其的防雷工作。在建站之初严格按照标准规范要求对台站的防雷和避雷进行科学设计,将接地体长度、焊接点防腐处理、垂直接地体间距等的规范化和科学性水平体现出来,设计的接地电阻值应低于4Ω,台站各项防雷指标应符合规范要求,避免出现雷击安全隐患。

1.2若是在新型自动气象站周围出现雷电放电,此时会有强大的电磁场出现,若台站恰好处于该电动势内,将会感受到台站导体所在的位置,在极短的时间内,这些电动势将会进入到台站的观测仪器设备上,进而对仪器进行破坏。

1.3雷电波侵入

若是雷电击中导体,此时会有巨大的电压波或电流波出现,且雷击中心点会沿着导体两侧进行传播,在传播电流波或电压波时遇到台站的网络信号线或电源线等线路时,将会以这些线路为媒介进入到新型自动气象站内的观测仪器设备中,损坏观测仪器设备的安全,甚至是阻碍地面气象观测工作的顺利开展。

雷电电磁干扰

1.4地电位反击

在对新型自动气象站接地进行设计的过程中,若是地网设计同规范要求不符,使得接地电阻值偏高,若此时出现雷击,不利于雷电流泄放进入大地。在出现雷击时,地极周围堆积有大量的电荷,电位向上浮动的过程中,会产生高电压,高电压会借助于设备的接地线反击到设备上,这就是地电位反击现象,会损坏台站观测仪器设备。

2、新型自动气象站雷击安全隐患

2.1室外设备雷击安全隐患

对于新型自动气象站来说,不同气象要素类型的传感器均在室外进行安装,因特殊环境和自身对电磁干扰具有较强的敏感性,自身存在很大的雷击安全隐患,这些安全隐患主要包括有:①为了方便地面气象观测工作的顺利开展,新型自动气象站的室外设备大都安装在观测场中,观测场四周不应有高大建筑物出现,还要确保开阔。为了方便各种气象要素传感器有效感知外界环境,在制作传感器探头的过程中大都选择了具有较强敏感性的金属物体,这种情况增强了雷击对传感器的破坏;②对于新型自动气象站中的风向、风速传感器来说,因自身安装位置较为特殊,为了降低雷电对风向风速传感器的影响,在其四周安装了避雷针,使其处于避雷站有效保护范围内。一旦雷电将感应器的风杆击中,雷电中产生的强大雷电流就会以风杆为载体不断向采集器传输电缆线中传输,此时将会有感应电磁脉冲出现在电缆线中,进而损坏室内设备安全,甚至是危害工作人员生命安全,影响地面气象观测工作的正常开展;③在雷电天气出现的过程中,一旦观测场内的避雷针遭受雷击,在局部区域会产生强大的电磁场和高电位,电磁场在经过室外各个气象要素传感器信号电缆后,会在设备上进行耦合,进而破坏对应设备的安全,若是高电位强度较大,将会损坏不同气象要素传感器金属探头的安全;④若是新型自动气象站遭受雷击,除了阻型耦合影响反击电压外,其他耦合方式则会沿着电源线、采集器,之后通过连接采集器和主控微机的通道、网络通信线路入侵,有很大的雷击安全隐患存在。

2.2室内设备雷击安全隐患

实际上,新型自动气象站中的气压传感器、计算机处理系统、各个气象要素采集器均安装在室内,相较于室外设备,这些设备极易因电磁脉冲而遭到损坏。室内设备雷击安全隐患主要包括有:①雷电电磁脉冲会借助于采集器传感器线路来损坏台站相关设备的安全,进而影响新型自动气象站的正常运行;②雷电电磁脉冲以电源线路为媒介来破坏新型自动气象站的电子设备;③若是接地设计同规范要求不符,在电子设备间则会出现电位差,进而破坏台站内观测仪器设备的安全。

3、新型自动气象站雷电安全防护措施

3.1直击雷防护

对于阳新县气象局来说,在对新型自动气象站进行直击雷防护的过程中,需严格按照《建筑物防雷设计规范》和《气象台(站)防雷技术规范》中的相关规范要求进行。将接闪杆、接闪器和立体柱钢筋进行结合就组成了科学有效的直击雷防护装置,而钢筋则起到了接地的作用,雷电天气出现时,在直击雷防护装置的作用下,会将雷电中强大的雷电流迅速泄放入地,降低其对台站的危害。应将风向传感器与接闪器进行配合使用,在风向杆上安装防雷装置,为了加固针体,应对螺母进行充分利用,并沿着风杆方向在接闪杆下部引出一根导线进行接地,并将其汇合到地网中心和其他接地线上。在安装接闪杆时,应保证接闪杆与传感器的高度差适宜,并将一层铜包钢材料包裹住导线,防止接闪杆下端导线被腐蚀。

3.2防雷接地技术

对于新型自动气象站的雷电防护,接地在防雷中占据重要地位,直击雷、感应雷、雷电波入侵的防护都是将雷电中强大的雷电流泄放进入大地。为了不断提升防雷效果,需要保证接地系统的规范、科学性。实际上,大部分台站使用最为普遍的是单点接地技术,共同接地网的电阻值不能超过4Ω。应在共同地网上引入系统工作接地和保护接地,保证接地引线的截面面积和长度同规定要求相符,防直击雷引下线和接地引线间的距离在5m以上。为了避免新型自动气象站雷击安全隐患,应做好卫星天线底座、风向杆、太阳能板等所有金属物体与共同接地网间的等电位连接工作。

3.3室内电涌防护措施

电涌防护的主要目的是防止雷电流沿着信号线或电线入侵到室内设备上,确保台站安全。应将电涌保护器提前安装到台站电源线或信号线上,以及时泄放雷电流,使观测仪器设备可以正常运行,保证地面测报工作顺利开展。

3.4观测场防雷

台站观测场的防雷应按照第一类建筑物防雷要求,将独立接地地网或避雷针加装到观测场中。在观测场外围栏的周围安装独立避雷针,使其与围栏间的距离保持在3m左右,避雷针的高度需在18m左右,可对避雷线进行交叉架空,确保观测场中的设备在避雷针保护范围内。

结论:

综上所述,新型自动气象站的结构和电气特性与建筑物系统间均有很大的差异,因自身较为特殊,需将重点放在电子防护上,做好新型自动气象站雷电安全防护,可有效确保地面气象观测工作的顺利开展。在台站防雷布线和建设过程中,不能一味的复制传统模式,需根据实际,不断提升防雷技术和施工工艺,并将防雷检测工作做好,选择科学完善的雷电防护措施,降低新型自动气象站雷击安全隐患。

参考文献:

[1]杨维军,万定祥,李中华,等.自动气象站防雷电源切换器的设计开发[J].气象科技,2013,(6).

[2]林苗青,翁武坤,周如梅,等.自动气象站防雷工作中的问题及应对措施[J].气象水文海洋仪器,2011,(3).

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