浅析区域自动气象站防雷与接地技术

摘要：区域自动气象站是我国新型综合观测系统的重要组成部分，而雷击事件已严重影响和威胁我县自动气象站的正常运行，本文就如何有效防雷电灾害，保障区域自动气象站正常、稳定运行提出一些防范措施进行分析探讨。

关键词：区域 自动气象站 防雷

中图分类号：K826文献标识码： A

引言：

舟曲县自2010年以来，已在全县范围建立了50套区域自动气象站。在气象业务中提供准确而又实时的气象数据，在整个天气预报业务中已成为很重要参考资料，也为我县防灾减灾工作提供了很好决策参考作用。而舟曲县隶属甘南州地属雷暴多发地区，所建区域地形复杂，拔海高度差异大，年平均雷暴日数达32天。在我县区域自动气象站建设初期由于自动气象站的防雷措施不够到位，在多雷雨季节时，由于雷击或雷电电磁感等经常造成自动气象站死机、或某一传感器、采集器失效、甚至造成自动站整个损毁事件。例如2012年有三套自动站，由于雷击事故，造成主控板损坏，2013年拉尕山自动气象站的风向传感器损坏，武坪自动站在一次雷雨天气后发现主控板失效、温湿度传感器损坏，多次造成自动气象站死机，这些事故都严重影响了自动气象站的数据连续采集、处理、传输，因此加强和完善自动气象站防雷系统的建设已是非常重要。经过整改曾遭遇雷击事故的自动气象站防雷设施，这些后建与整改后的自动气象站经过几年来的运行，雷击事件基本不再出现，现将自动气象站防雷建设经验与同行交流、探讨。

1、自动气象站的雷击隐患，自动气象站是专门用于气象数据自动采集、存贮、发送为一体的一套电子设备系统：主要功能有以下几块：气象要素传感器、主控器、太阳能电池板、蓄电池、通讯模块，现这些设备都安装在野外空旷场地上，。其安装环境与设备的耐雷击程度，存在着如下雷击陷患：

1.1 直击雷。自动气象站多建设在视野开阔、无高大建筑障碍物的田野或者山坡上，且测风塔是高达十米的独立铁塔外加拉线，其雷击风险概率无凝是很高的。

1.2雷电电磁感应。观测场避雷针遭雷击时产生的强大暂态电磁场，经温湿度传感器、雨量传感器的电缆电磁藕合到设备，造成设备损坏。

1.3雷电高电位反击。观测场避雷针遭雷击时产生局部高电位，造成自动气象站的金属探头因地电位的反击而损坏。

综合以上几个方面的自动气象站雷击隐患，我们在自动气象站建设与整改过程中得采取

相应的防雷措施来保障自动气象站设备。

2、自动气象站的防雷措施，针对自动气象站工作环境与及其弱电设备的特点，结合专家论文参考及从事防雷工程施工的经验，对自动气象站的防雷措施采取如下措施：

2.1防直击雷。对于直击雷的防护措施主要是通过采用避雷针、引下线，然后良好的接地装置迅速而安全的把雷电流引入大地。针对自动气象站工作的环境与设备的特点，按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）中的规定，确定自动气象观测站属于三类防雷构造物。

2.1.1 避雷针 在防直击雷时采用自动气象站场所中最高的风塔上再加装2米高φ60的镀锌钢管作为避雷针。

2.1.2引下线 按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）中的规定，对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋的杆塔、支柱，宜利用作为引下线[1]，由于自动气象站风塔是以50mm*5mm

的镀锌三角钢安装，其断口连接也采用φ12的6颗镀锌螺栓可靠连接，自动气象站风塔满足做为直击雷引下线的相关条件。

2.1.3 接地网现有的38个六要素自动气象站分布于不同的场所，其地理条件各不相同，接地网的建设就得因地制宜的操作。一般土壤条件（电阻率较低）允许的情况下，基本都采取以下防雷接地网建设。

2.1.3.1接地网接地材料采用8根50mm*5mm，L＝250mm的镀锌三角钢做为接地网主体。从实际工作中，从土壤的接面积推算，用角钢优于圆钢：主要体现在当遭受直击雷，因圆钢在雷电波的振动中容易造成松动，而角钢与土壤接触面积较大，能充分与土壤接触，故在雷电波的振动冲击中不易松动[2]。

2.1.3.2分别在自动气象站四周内在挖深0.6米的土沟中将镀锌三角钢敲打入深土中做为接地极。

2.1.3.3风塔基础的钢筋体是利用24根φ16，L＝1.8M的圆钢，做为4个桩柱主筋。其整个钢筋体可以做接地网的一个部分。

2.1.3.4最后用40mm*4mm镀锌扁钢将4根三角钢接地极、风塔基础焊接成环状接地网，然后将整个接地网进行土壤封盖，埋设深度约1.0米。

2.1.3.5 在某些处于一些山地(含有大量岩石)或是电阻率高的沙土性质的站点，则按实际情况增加接地模块与降阻剂等措施，使得整个接地网接地电阻

3防雷电电磁感应。 《气象信息系统雷电电磁脉冲防护规范》和《气象台（站）防雷技术规范》是中国气象局针对气象工作环境和气象仪器设备的特点，参照国家及国际上相关标准制定的。强调“等电位联接”和“屏蔽”措施是气象部门的防雷工程设计和施工的关键。它能有效的防范雷电电磁脉冲对设备的灾难性威胁[3]。当建筑物或者附近遭受雷击时，由于强烈的雷电脉冲的感应作用，使建筑物内外的线路、设备感应出危险的过电压，所以得采用屏蔽、防电涌防护措施来防御雷电电磁感应。在所有进入主控箱体的电缆线都采取带有屏蔽线的电缆，且两端进行可靠接地。在太阳能电源电路上加装SPD，进行限制过电压保护。

4防雷电高电位反击。在整个自动气象站内所有金属导体、传感器金属外壳都进行可靠接地，以防气象传感器因雷击时有高电位反击造成设备损坏。

小结

1、防雷保护是一个比较复杂的问题，需要各个方面综合考虑，包括自动气象站选址时就得

考察其土壤与场地环境等各个方面，才能做到自动气象站的防雷保护效果。

2、在自动气象站维护出现故障时，在某个传感器或其他电子配件更换后整个自动气象站正

常后除考虑自身元器件问题后也应仔细认真检查该传感器的接地端子是否可靠连接，以防雷电二次损坏设备。

3、雷电对于自动气象站电子设备的损坏是很严重的，故建议在雷雨季节到来之前，进行自

动气象站巡查的时候提前做好防雷设施的年检工作，以确保自动气象站能可靠正常的运行。

参考文献

[1] 国家技术监督局、中华人民共各国建设部 建筑物防雷设计规范2000,4-5

[2] 叶仕辉 自动气象站防雷技术探讨第六届中国国际防雷论坛2007,562-563 [3] 沈冠兰寿建明ZQZ－CII型自动气象站防雷与接地 浙江气象 2006(4),21-23

[3]苏邦礼等，雷电与避雷工程、广州：中山大学出版社，1999.

[4]中国雷电与防护， 2005 NO.1