浅析自动气象站防雷措施及分析

摘要：近年来，随着基层自动气象站的增多，自动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。因此对自动气象站进行系统的防雷分析。设计一个完整/适当的防雷方案。切实保护自动站有关设施避免雷击。不但为业务工作的正常进行与运转。提供有效的保证。而且为观测值班员营造一个相对安全的环境。针对2009年发生的一起自动气象站雷击事件进行分析，并提出相关的防雷措施。

关键词：自动气象站；雷击事例；防雷措施

自动气象站是气象观测的重要组成部分，它对地球表面一定范围内的气象状况及其变化过程进行系统地连续地观察和测定，为气象预报、气象信息、气象科学研究和气象服务提供重要的依据。自动气象站的设备大都采用半导体器件和集成电路，这些设备普遍存在着绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，并且分布在不同的地理环境和气候环境中，在运行过程中较容易遭受雷电的侵袭，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场的侵入将会严重影响自动站设备的正常运行。笔者针对2009年发生的一起自动气象站雷击事件进行分析，提出相应的防雷措施。

2009年7月18日13时27分，在建边农场气象站发生一次强雷电，造成自动气象站采集器主板和电源均被击坏。事后根据对自动气象站设施遭受雷击现场调查分析，自动气象站原来的防雷设施安装存在一定的问题。自动气象站的防雷应根据《气象台（站）防雷技术规范》（Qx4-2000），《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》（Qx3-2000）等规范要求做好直击雷和感应雷防护，从接闪、分流、屏蔽、均压、合理布线、接地几个方面进行综合防护治理，以达到预防和减少雷击灾害的目的。

自动站现行数据传输和防雷与接地的电磁环境自动气象站的组成完全是集成度高的电子敏感设备系统，应该具有较好的电磁兼容性，使之在有限的空间、时间和频谱资源下各种设备可以共存。由图1可以看到，对自动站电磁环境形成影响的是接地系统、供电系统、雷电感应和雷电波侵入等。根据实际影响自动站运行质量的电磁环境情况，这里着重讨论雷击时可能存在的电磁骚扰。绝大多数台站在工程建设中，将线缆穿PVC管或金属管，管道设在预先设计的电缆沟里，接地极则埋在电缆沟底，同时也采取了屏蔽接地等措施，但为什么一旦遇雷，就不可避免地出现设备受损的情况呢？关键的问题还是图1所示的方式不利于电磁兼容。

原自动气象站防雷设施存在的问题主要有：一是避雷针下线的布设存在问题，避雷针引下线与风向风速信号线同时布设在金属管内腔，避雷针引下线与信号线路没有保持相应的安全距离；二是避雷针接地、信息采集箱接地，不应单独设立；三是风向风速仪金属支撑杆未作接地；网是室内的采集器、电脑等设备进行重新布线、规范等电位连接时，将观测场接地和楼房接地及电缆钢管接地互连。

针对这些问题采取以下整改措施：一是避雷针引下线与风向风速信号线分别布设在不同的金属管内腔，使避雷针引下线与信号线路保持相应的安全距离；二是合理使用及制作接地地网，其接地电阻小于4n；依据接地共网不共线的原则，拆掉原来信息采集箱上的静电接地线及接地铜板，使信息采集箱上的金属固定件与采集箱金属管电气贯通，形成等电位连接，金属管底座与地网用金属导体贯通；三是风向风速仪金属支撑杆接地；四是按要求重新进行线路布设。采取整改措施后，虽然测站四周经常发生雷电，甚至比以前雷击时更强，但自动站设备均安然无恙。经受住了强雷电的考验，这说明整改到位，综合防雷措施合理科学。由于自动站的设置布局要求，自动站一般都设置在较空旷地带，四周要求无高大建筑物，比较独立，而根据雷击放电规律，雷击场所一般是较高建筑物、空旷地带孤立建筑、池塘、金属物体等，因此自动气象站较易遭受雷击。上述雷击事例事后尽管对被击设备进行了及时维修，但是仍造成自动观测站观测间断，若自动气象站设备连续性受到破坏，天气预报准确度降低。不但为气象科学研究留下缺憾，也会给农业生产带来很大影响。自动气象站防雷既关系到天气预报的准确性，又关系到气象设备的安全性。

根据笔者工作经验，自动气象站雷电防护措施主要有：

1、条件允许的情况下，尽可能将避雷针系统与风传感器部分分开设置，按照防雷规范保持2个系统间有效的距离；受观测场地限制，确实难以分开的，应考虑将避雷针与风传感器保持更大的距离，做好雷电流引下线与风数据传输线之间的电磁屏蔽。

2、接地极尽量安置在观测场围栏外，使得数据线缆等可以保持与接地连接线之间的安全距离；距离不够时。设法使线缆与接地线的交角增大，最好成直角。

3、应该将不同性质的线缆、接地线通过金属走线槽分开布置：按照电磁兼容的原则，弄清各个线缆电流的方向，设计好地线的走向和地线与线缆的距离，合理考虑电感性和电容性的影响，主要解决雷电过程可能存在的电感性影响。

4、室内等电位接地板，最好用铜质材料，要有足够的面积和厚度，厚度大于3nun，以减少接地板的直流电阻和高频电阻；同时，接地线尽量平直粗短，为了减少接地线的电感，可采取用接地板截断的办法来减少接地线长度。

5、根据当地的雷暴日及其工作环境，并按照自动观测站防雷电波要求，对进入机房的电路安装相应极别的SPD，防止雷电波入侵。

结束语：

自动气象站的防雷是技术难度比较大的，探讨其防雷不仅可以解决自动气象站的防雷问题，提高地面大气自动探测水平，更能提高防雷的水平。因此，我们既要理解雷电形成的机理，又要清楚雷电路与场的雷电效应关系，在现有的自动站设备的技术基础上，从电磁兼容角度搞好各种线缆的设计，减少事故率，保证最大化的运行效率。自动气象站的良好运转需要得到必要的技术支持，才能发挥其巨大作用，为农业发展提供精确天气信息。