自動氣象站防雷保護(hù)方案和措施

1、自動氣象站防雷保護(hù)方案和措施 自動氣象站防雷保護(hù)方案和措施 摘要：本文通過對新建或改擴(kuò)建自動氣象站的場室，以及使用中增添設(shè)備所需防雷設(shè)計(jì)與施工均應(yīng)按程序步驟，首先應(yīng)明確防護(hù)目標(biāo)、方案、按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)、施工安裝和復(fù)查驗(yàn)收。 關(guān)鍵詞：自動氣象站 防雷保護(hù) 方案與措施 引言：自動氣象站場室的防雷裝置必須確定專人負(fù)責(zé)維護(hù)管理。防雷裝置的設(shè)計(jì)、安裝、配線等圖紙資料應(yīng)及時歸檔保存。每年雷雨季節(jié)前后應(yīng)對自動氣象站場室的防雷設(shè)施進(jìn)行檢測和維護(hù)。每年的檢測報(bào)告須存檔保管，如須整改，應(yīng)及時制定整改措施并加以落實(shí)，消除隱患。 當(dāng)發(fā)生雷擊災(zāi)害事故造成直接或間接損失時應(yīng)將情況及時上報(bào)上級主管部門及通知當(dāng)?shù)胤览准夹g(shù)機(jī)

2、構(gòu)，分析雷擊災(zāi)害原因，采取必要整改措施，以防止再次發(fā)生雷擊災(zāi)害事故。 1自動氣象站防護(hù)等級的劃分 根據(jù)安裝自動氣象站臺站性質(zhì)、雷擊事故后果以及所處的地理位置、氣候背景、雷電參數(shù)劃分，一般分為三級【9】。 1.1遇有以下情況之一時，自動氣象站場室防雷等級應(yīng)劃分為一級 1.1.1國家基準(zhǔn)氣候站、大氣本地站； 1.1.2地處平均雷暴日大于含30d/a的國家根本氣象站； 1.1.3地處平均雷暴日大于含80d/a的一般氣象站以及其他場所； 1.1.4遇有以下情況之一時，自動氣象站場室防雷等級應(yīng)劃分為二級 1.1.5地處平均雷暴日小于30d/a國家根本氣象站； 1.1.6地處平均雷暴日大于含40d/a且小

3、于80d/a的一般氣象站和其他場所； 1.2除一級和二級防雷自動氣象站場室以外的自動氣象站場室，均應(yīng)劃為三級防雷自動氣象站場室。 2避雷針的安置 從在眾多自動氣象站受雷擊的案例中以及上面對自動氣象站雷擊侵入途徑的分析，采用測風(fēng)桿作為避雷針支撐體的方法是不可取的。這種方式甚至有可能增加自動氣象站受雷擊的概率，加重了測風(fēng)桿受雷擊損壞的程度，有害無益。自動氣象站防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對于自動氣象站對于外部防雷裝置的規(guī)定是值得商榷的。 做自動氣象站外部防直擊雷措施時，強(qiáng)烈建議采用獨(dú)立的避雷針，并且保證與周圍設(shè)備、建筑物要有足夠的平安距離。這樣才能確保避雷針在接閃時，雷電流有單獨(dú)的低阻抗泄放通道，而不會干擾到周

4、圍的設(shè)備。 獨(dú)立避雷針的安置首先要考慮到測風(fēng)桿在觀測場中所處的位置。在上面入侵途徑的分析中，避雷針與測風(fēng)桿之間至少要有3m的平安距離，在實(shí)際安置時建設(shè)中兩者之間要有45m的距離。避雷針要確保場內(nèi)所有設(shè)備都在其保護(hù)范圍內(nèi)，在場地邊緣一些設(shè)備如一些觀測需要而添加的輻射、日照觀測儀如果不在保護(hù)范圍內(nèi)，需另外加裝避雷針進(jìn)行保護(hù)。根據(jù)自動氣象站的防雷等級，避雷針在場地中的位置和保護(hù)范圍，最終確定避雷的高度。 3自動氣象站的地網(wǎng)建設(shè) 如果自動氣象站的周邊條件允許最好采用獨(dú)立的防雷地，但也可以采用共地的方式。如果采用獨(dú)立的防雷地，及可能使防雷地遠(yuǎn)離觀測場內(nèi)的地網(wǎng)和線纜【5】。如果條件允許可以將防雷地敷設(shè)在觀

5、測場外，與觀測場內(nèi)的地網(wǎng)和線纜隔離，以到達(dá)對場內(nèi)設(shè)備干擾最小的目的。 在實(shí)際建設(shè)過程，一般采用共地的方式。自動氣象站地網(wǎng)由工作室地網(wǎng)、室外觀測場地網(wǎng)構(gòu)成；兩地網(wǎng)應(yīng)不少于兩處進(jìn)行等電位連接【7】，該連接線可采用不小于16的鍍鋅圓鋼，該連接線埋設(shè)深度應(yīng)不小于0.5m。 工垂直接地體。如兩地網(wǎng)之間的距離大于100米時，兩地網(wǎng)可不互相連接，但各地網(wǎng)沖擊接地電阻應(yīng)符合相關(guān)要求。 自動氣象站觀測場應(yīng)采用垂直接地體與水平接地體組合的方式埋設(shè)接地系統(tǒng)，人工接地體的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5米；垂直接地體應(yīng)沿水平接地體均勻、對稱分布，其長度宜為2.5米，間距宜為5米。垂直接地體可采用角鋼、鋼管或圓鋼；水平接地體可采

6、用扁鋼或圓鋼；接地體規(guī)格要求如下：圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm；角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5mm。 .4觀測場內(nèi)信號線的敷設(shè) 觀測場探測設(shè)備信號傳輸線應(yīng)選用帶屏蔽層的電纜并穿金屬管埋設(shè)，并在進(jìn)入電纜溝端和外轉(zhuǎn)接盒端將金屬管就近接地。 金屬管及信號線金屬屏蔽層在進(jìn)入電纜溝和離開電纜溝處均應(yīng)就近接入觀測場地網(wǎng)。金屬管應(yīng)保持首尾電氣貫穿，假設(shè)該金屬管長度超過20m時應(yīng)增加其接地點(diǎn)。 5浪涌電壓的防護(hù)措施 自動氣象站包含大量敏感的電子設(shè)備，自動氣象站內(nèi)部設(shè)備損壞就要是由于各種原因產(chǎn)生的過電壓其的侵害。自動氣象站加裝浪涌保護(hù)器SPD，可以

7、有效的限制瞬態(tài)雷擊過電壓并引導(dǎo)浪涌電流就近分流入地。 5.1電源線上SPD的安裝 自動氣象站場室低壓配電系統(tǒng)電源線路宜采用具有金屬護(hù)套或絕緣護(hù)套電纜穿金屬管埋地引入自動氣象站，金屬管及電纜金屬護(hù)套兩端應(yīng)就近可靠接地。 假設(shè)已建站的架空線路防雷改造穿管埋地引入有困難時，宜將架空線路終端桿、終端桿前第一、二桿上的絕緣子鐵腳作接地處理，同時在終端桿上增設(shè)一組通流容量不小于100KA的電源浪涌保護(hù)器SPD【2】。 5.2數(shù)據(jù)線上SPD的安裝 自動氣象站工作室調(diào)制解調(diào)器前端應(yīng)裝設(shè)接口型式為RJ11的信號SPD；在計(jì)算機(jī)前端的網(wǎng)絡(luò)信號線上安裝接口型式為RJ45的信號SPD。信號SPD的箝位電壓應(yīng)大于1.5

8、Uc信號線路上最大持續(xù)運(yùn)行電壓，額定泄放電流ISN3KA8/20s，響應(yīng)時間宜低于10ns，其他參數(shù)應(yīng)符合系統(tǒng)要求。數(shù)據(jù)采集器上一般包含RS232和RS485通訊接口，應(yīng)當(dāng)安裝相應(yīng)規(guī)格的SPD。 位于觀測室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器通過信號線來接收從傳感器上傳來的測量信號。我們在對雷電入侵途徑的分析中指出室外的測風(fēng)桿是自動氣象站最易遭到雷擊的局部，相應(yīng)的與風(fēng)向傳感器相連的信號線路也是過電壓侵入的最主要路徑?，F(xiàn)實(shí)中的自動氣象站的雷擊事故也證明了這一點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集器損壞大局部是信號端而不是電源端。 在現(xiàn)行自動氣象站防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣規(guī)定的“觀測場信號傳輸線進(jìn)入轉(zhuǎn)接盒及采集器前端宜加裝ISN不小于5kA8/20

9、s的信號SPD。這條規(guī)定我認(rèn)為也是存在問題的。 如果測風(fēng)桿受到直擊雷，雷電流必然測風(fēng)桿頂端風(fēng)向、風(fēng)速傳感器沿信號線泄放。信號線承載了大局部的雷電流，直擊雷的幅值一般都超過5kA，因此標(biāo)準(zhǔn)中給出的SPD的通流能力就無法滿足要求。一些臺站嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)安裝了SPD，但是數(shù)據(jù)采集器照樣還是損壞，原因也就在于此。傳感器所連接的信號線不能傳輸時雖然是弱電流，但這些信號線路不同于一般信號線路，它們都處于LPZOB區(qū)甚至LPZA區(qū)，雷電磁脈沖沒有衰減，信號線上還有受直擊雷的危險。因此這些信號線上SPD的安裝不能參考一般信號系統(tǒng)防雷標(biāo)準(zhǔn)，在這些信號線上應(yīng)裝具有大通流能力的SPD進(jìn)行保護(hù)。 6自動氣象站防雷保護(hù)的一些其他手段和措施 在雷暴來臨之前可以切斷觀測室內(nèi)的電源，中斷微機(jī)與外部通訊，防止雷電流從電源線、通訊線侵入。在個別臺站，外部防雷裝置不充分，地勢高聳，數(shù)據(jù)采集器前端又沒