農(nóng)村自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)探析

1、<p>　　農(nóng)村自動(dòng)氣象站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)探析</p><p>　　作者：葉愛華 楊茂春 陳連俠 李興</p><p>　　摘要分析了農(nóng)村自動(dòng)氣象站的雷電形成、入侵途徑及危害強(qiáng)度,探討了防雷技術(shù)在自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用,并對(duì)自動(dòng)氣象站現(xiàn)有的防雷措施提出了改進(jìn)意見。 </p><p>　　關(guān)鍵詞農(nóng)村自動(dòng)氣象站;雷電防護(hù);設(shè)計(jì);應(yīng)用;改進(jìn)措施 </p>

2、<p>　　AbstractThe formation,invasion approaches,and damage intensity of lightening in rural automatic weather stations were analyzed,and the lightening protection technologies applied in automatic weather stations w

3、ere discussed. According to existing lightening protection measures,some improving suggestions were proposed. </p><p>　　Key wordsrural automatic weather station;lightening protection;design;application;impro

4、ving measures </p><p>　　隨著氣象事業(yè)的不斷發(fā)展,農(nóng)村自動(dòng)氣象站正式大規(guī)模投入到探測業(yè)務(wù)上使用。由于自動(dòng)氣象站傳感器部分要暴露在室外,經(jīng)常出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象,從而造成了不少經(jīng)濟(jì)損失,影響自動(dòng)站安全運(yùn)行[1]。因此,應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)代防雷技術(shù)的應(yīng)用,改善自動(dòng)氣象站設(shè)備運(yùn)行環(huán)境,提高自動(dòng)氣象站運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。 </p><p>　　1自動(dòng)站設(shè)備的雷電入侵 </p>

5、<p><b>　　1.1雷電形成 </b></p><p>　　雷電是帶電的云層之間或是帶電的云層與大地之間迅猛的放電現(xiàn)象,雷電具有幾萬至幾千萬安培的峰值電流,雷電通道中具有幾萬攝氏度的溫度及強(qiáng)大的沖擊波。對(duì)影響自動(dòng)氣象站設(shè)備運(yùn)行的雷電最主要的有直擊雷和感應(yīng)雷2種。 </p><p>　　1.2雷電入侵途徑 </p><p>　　

6、雷電電磁干擾主要通過傳導(dǎo)耦合和輻射耦合方式傳送到自動(dòng)氣象站,使其失效或損壞。一般雷電入侵自動(dòng)氣象站除阻性耦合影響的反擊電壓之外,分別沿電源線、傳感器到采集器和采集器到主控微機(jī)之間的通道、網(wǎng)絡(luò)的通信線路入侵[2]。一是自動(dòng)站供電線路侵入。在電力線入室之前可能遭受直擊雷和感應(yīng)雷,直擊雷擊中高壓線經(jīng)過變壓器耦合為低壓后入侵;云地閃電擊中建筑物或建筑物附近時(shí),雷電流通過引下線泄入接地體,可通過電路中的零線、保護(hù)地線和布線中的接地線,以脈沖波的形

7、式侵入室內(nèi),使設(shè)備損壞。二是通信線路入侵。當(dāng)自動(dòng)氣象站周圍直擊雷防護(hù)不力時(shí),地面突出物或高層建筑物遭雷擊,雷電過電壓將地面土壤擊穿,使處于戶外的傳感器、采集器輕則失效,重則毀壞;同時(shí),可能擊穿網(wǎng)絡(luò)線或傳感器到采集器和采集器到主控微機(jī)之間的電纜線的絕緣層,使瞬態(tài)過電壓沿通信線直接入侵室內(nèi)。三是阻性耦合影響的反擊電壓入侵。所謂阻性耦合是指小電阻值的金屬物體上因雷擊流過大電流時(shí),會(huì)產(chǎn)生很高的電位,進(jìn)而影響到距離較近的設(shè)備。 </p>

8、;<p>　　1.3雷擊電磁脈沖浪涌危害 </p><p>　　自動(dòng)氣象站遭受直擊雷襲擊,除了直擊雷直接毀壞設(shè)備外,由直擊雷產(chǎn)生的直擊雷過電壓還襲擊自動(dòng)氣象站傳感器、采集器和主控微機(jī)。當(dāng)雷擊風(fēng)速風(fēng)向桿上的接閃器時(shí),高頻雷電流流過避雷裝置,造成接閃器和引下線的電位升高。雷擊電磁脈沖從電源供電線路和通信線路入侵自動(dòng)氣象站,造成自動(dòng)氣象站的損害概率較大。自動(dòng)站安裝在空曠處,從傳感器到采集器,再到計(jì)算機(jī),傳

9、輸線有一段距離,而且數(shù)據(jù)傳輸線與電源線、接地線等是處在幾乎相同的電磁環(huán)境,相互之間存在一定影響,數(shù)據(jù)傳輸線很難做到電磁屏蔽。這就容易造成雷電通過磁場耦合、電場耦合、電阻耦合等以傳導(dǎo)和輻射方式對(duì)自動(dòng)氣象站設(shè)備構(gòu)成侵害[3]。 </p><p>　　2現(xiàn)代防雷技術(shù)在自動(dòng)氣象站中的應(yīng)用 </p><p>　　自動(dòng)站利用接閃、分流、接地系統(tǒng)防御直擊雷,采取等電位連接防御地電位反擊,電涌保護(hù)器(SP

10、D)防御雷電波入侵及屏蔽措施防御感應(yīng)雷。一是接地及等電位連接。接地是防雷的基礎(chǔ)。應(yīng)建立聯(lián)合的共地運(yùn)行方式,按照自動(dòng)氣象站的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要求,觀測場的各傳感器設(shè)備與防雷地網(wǎng)間采用M型等電位連接,室內(nèi)的各個(gè)設(shè)備與地網(wǎng)間采用S型等電位連接。因此,自動(dòng)氣象站的通信線接地、感應(yīng)器、采集器通道接地以及保護(hù)接地,可采用統(tǒng)一的單點(diǎn)S型接地與自動(dòng)氣象站的防雷地網(wǎng)相連,以防止低頻雜散電流的干擾。二是浪涌保護(hù)。浪涌保護(hù)主要是防止雷電波從信號(hào)線、電源線入侵自

11、動(dòng)氣象站室內(nèi)造成各設(shè)備損壞的一種措施。在進(jìn)入?yún)^(qū)域自動(dòng)站的信號(hào)線、電源線上加裝相應(yīng)的浪涌保護(hù)器(SPD)。照明、大功率用電與自動(dòng)氣象站設(shè)備用電要分開[4]。三是屏蔽。從自動(dòng)站外線纜、設(shè)備的布設(shè)情況來看,應(yīng)將計(jì)算機(jī)、采集器等設(shè)備的金屬外殼有效接地,使其發(fā)揮一定的屏蔽作用。信號(hào)線、電源線采用屏蔽電纜或穿金屬管屏蔽,而且需要信號(hào)線、電源線的屏蔽層沿線路多點(diǎn)接地或至少應(yīng)在線路的首末兩端接地,放置設(shè)備的建筑物房間應(yīng)將房間的混泥土墻中的結(jié)構(gòu)鋼筋及門窗

12、的金屬框、防護(hù)欄進(jìn)行有效電氣連接</p><p><b>　　3改進(jìn)措施 </b></p><p>　　目前有部分農(nóng)村自動(dòng)站防雷方法與布局存在著一定的安全隱患,應(yīng)采取以下改進(jìn)措施:一是各傳感器的線纜都應(yīng)穿鐵管加以屏蔽,鐵管首尾兩端均要有良好的接地。二是對(duì)于電源線直接架空入室的站應(yīng)按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,做好電源線防雷電波侵入的措施。做地網(wǎng)時(shí)對(duì)施工中的焊接點(diǎn)必須

13、進(jìn)行防銹和防腐處理。很多設(shè)備和系統(tǒng)可以共同使用地網(wǎng),在可能的情況下如避雷針、比較集中的專用配電系統(tǒng)、弱電設(shè)施等設(shè)備之間的引下線應(yīng)盡量分開接入地網(wǎng),入室端電纜的金屬外皮、鋼管應(yīng)與防雷接地裝置相連。三是終端用電設(shè)備的電源插座改用具有內(nèi)置式電源防浪涌保護(hù)器的插線板,作為電源浪涌的最后防線,以消除部分瞬態(tài)過電壓。四是按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求,把信息系統(tǒng)所在建筑物或構(gòu)筑物按需要保護(hù)的空間,由外到內(nèi)分為不同的雷電防護(hù)區(qū),自動(dòng)氣象站應(yīng)置于高級(jí)別

14、防雷區(qū)內(nèi)且自動(dòng)氣象站的地網(wǎng)沖擊接地電阻要小于4Ω。 </p><p><b>　　4參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 王志軍,徐秀美.自動(dòng)氣象站防雷應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].黑龍江氣象,2007(2):35-36. </p><p>　　[2] 陳青嬌,梅機(jī),吳毓娟.多要素自動(dòng)氣象站的防雷設(shè)計(jì)淺探[J].今日科苑,2008(20):