自动气象站雷电防护设计及措施

摘 要：自动气象站随着我国气象的发展而被广泛的应用起来，但是受到自身条件的影响，多数自动气象站在室外都是的，这样就在很大程度上增加了气象站维护的难度，尤其是夏季，雷雨特别多，这样就会经常出现雷击现象，该问题会给气象部门带来巨大的经济及数据损失。在这种背景下，加强防雷技术就显得尤为重要了，确保自动气象站的设备在良好的环境下运行，可以有效的提高自动气象站的稳定性及安全性。本文作者以山西天镇县为例对雷电入侵的途径以及所带来的危害进行分析，从而指出自动气象站在防雷技术方面的措施及设计意见。

关键词：气象站；防雷设计；入侵途径；解决方案

中图分类号：P415.12 文献标识码：A

作为一种全新的地面气象自动观测处理系统——自动气象站，它对气象数据可以实现自动采集、自动计算、自动处理、自动显示、自动存贮、自动通讯及打印等一系列自动功能。但由于其核心是集成电路微电子设备，非常容易受到电磁脉冲的干扰，对雷电的抵抗能力相对也较弱，它自身所有的防雷板根本起不到防护作用，一旦雷电电磁侵袭气象站，就会使设备遭到破坏，使大量气象数据丢失，严重者可将设备整体摧毁。正是由于这种极大的危害，因此防雷护站的工作就显得至关重要了。

1 雷电入侵自动气象站的主要途径

在山西天镇县的一个自动气象站，站内工作人员通过长时间的观察、分析及研究，其得出的结论是：雷电对自动气象站的干扰主要通过蠢到耦合和辐射耦合等方式，造成自动气象站受到损害或失效。以下是对自动气象站进行观察所得出的主要集中雷电入侵方式。

1.1 直接雷击

顾名思义，这种方式就是雷电直接击在了设备或建筑上。这种情况的发生虽然很少，但是雷电还是有机会通过这种方式对自动气象站的突出物体造成危害的。例如：风杆一旦被雷电击中，就会直接造成气象站设备受损，从而使数据丢失。

1.2 雷电波侵入

当雷电击中导体时，会有强烈的电压波和电流波产生，并由雷击中心点向两侧传播，当这些电压波或电流波在传播的过程中遇到气象站的电源线或网络信号线等线路时，就会使得这些雷电波直接通过这些线路侵袭气象站设备。

1.3 雷电电磁干扰

当雷电在气象站附近放电时，就会产生一个非常强大的电磁场，如果自动气象站正好处在这个电动势中，立即就会感受到它的导体，这些电动势就会导体立刻传输到站内设备上，这种情况下也会对自动气象站的设备造成损坏。

1.4 地电位反击

还有一种情况就是当气象站的接地电网中的电阻超标时，在发生雷电时，就会有大量的电流传输受阻，但是当发生雷击事件时，受到电荷的影响其电位发生浮动，从而形成高压，并对设备进行反向传输攻击，导致设备受损。

2 自动气象站雷电灾害

2.1 以气象站构成角度分析雷电灾害的形成

自动气象站是完全利用电子手段进行的一种观测系统。以其构成特点的角度出发，其雷电灾害的形成具有以下特点：受到设备敏感度及脆弱性的影响，使得其非常容易遭受雷电感应的侵袭；自动气象站内的线缆错综复杂，因此很容易传播雷电感应过电压和雷电电磁脉冲。

2.2 以自动气象站的安装环境角度来分析雷电灾害的形成

很多自动气象站为了更准确的收集气象信息，因此很多都将地址选在比较空旷、凸现的环境中。其中风速传感器，其安装位置要高出地面10～12m，其高耸、孤立的状态非常容易形成雷电放电的导体，破坏气象采集装置。

2.3 以山西天镇县的地理特点分析雷电灾害的成因

山西天镇县位于山西省东北部，其地形多为山区，属于季风气候，夏季炎热而多雨。据资料统计，每年山西天镇县落雷数在10万个左右，属于高雷区。这种自然条件的影响使得，其自动气象站更容易发生雷电灾害。

3 自动气象站的防雷措施

3.1 针对直雷击的防御措施

针对这种直接雷击现象，气象站的管理人员和防护人员采取了一系列的防护措施和设计方案。考虑风杆防雷措施，一般情况下，设计人员会在风杆上安装避雷针、连接导体，从而实现引雷击电流倾入大地的目的，达到防雷效果。

3.2 防御雷电波以及电磁波干扰的方法

气象站的设计人员主要是通过供电线、数据线以及信号线等线路的连接从而起到导电传输作用，所以说，对2种电波的防御就是对这3种线路进行保护。对于供电线，由于其线路较长，因此也比较容易引入雷电波。所以要特别注意的就是对供电线路的保护，可通过安装泄流型保护器对接线位置进行保护；对信号线而言，可依据其不同的材质，分别采取电缆敷设和电涌防护与接地装置相连达到防护的目的；数据线，主要是引入PVC管或设立电缆井或电缆沟，并做好防雨、防虫、防腐等工作，从而达到防雷效果。

3.3 地电位反击的防御措施

其根本在于将电流引入大地，从而避开雷电流对气象站的影响。因此接地防雷装置就是基础，其关键在于接地电网的质量，这是由于防雷措施是通过接地电网将电流引入大地的。因此，气象站的工作人员必须将自身的地理位置特点与电路情况相结合，进行合理的设计，选择质量较好的防雷地网，同时也要充分考虑接地网的材质、面积以及电阻等，从而使接地网能更好的服务于气象站的防雷工作。除此之外，自动气象站在进行防雷工作时还要安装这些泄流及防雷装置外，还有对这些设备进行及时的检修，特别是在雨季要确保其全面、系统、科学的运行，一旦有问题发生，及时处理，保障其处于良好的状态中运行。

4 结语

综上所述，自动气象站的雷电防护建设是一项复杂、专业性强、危险性高的系统化工程，应以预防为主、安全可靠为原则，长期坚持，并在工作中将自身特点同分流、屏蔽、等电位连接等技术相结合，不断的完善，归纳总结，合理安排防雷措施及防雷工作，从而确保自动气象站的防雷安全，确保自动气象站的正常运行。

参考文献

[1] 李国晋，邬铭法，孙荆茶，等.自动气象站雷电防护浅析[J].大众科技，2010（03）：94-95.

[2] 吴明江，牛萍.自动气象站雷电防护分析与探讨[J].气象水文海洋仪器，2010（02）：99-102.

作者简介：赵晓光（1988-），男，汉族，山西省怀仁县人，大学本科学历，助理工程师，从事气象防雷工作。