農村自動氣象站雷電防護設計探析

1、<p>　　農村自動氣象站雷電防護設計探析</p><p>　　作者：葉愛華 楊茂春 陳連俠 李興</p><p>　　摘要分析了農村自動氣象站的雷電形成、入侵途徑及危害強度,探討了防雷技術在自動氣象站中的應用,并對自動氣象站現(xiàn)有的防雷措施提出了改進意見。 </p><p>　　關鍵詞農村自動氣象站;雷電防護;設計;應用;改進措施 </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,農村自動氣象站正式大規(guī)模投入到探測業(yè)務上使用。由于自動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)濟損失,影響自動站安全運行[1]。因此,應加強現(xiàn)代防雷技術的應用,改善自動氣象站設備運行環(huán)境,提高自動氣象站運行的穩(wěn)定性和安全性。 </p><p>　　1自動站設備的雷電入侵 </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大的沖擊波。對影響自動氣象站設備運行的雷電最主要的有直擊雷和感應雷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耦合和輻射耦合方式傳送到自動氣象站,使其失效或損壞。一般雷電入侵自動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之間的通道、網(wǎng)絡的通信線路入侵[2]。一是自動站供電線路侵入。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,雷電流通過引下線泄入接地體,可通過電路中的零線、保護地線和布線中的接地線,以脈沖波的形

7、式侵入室內,使設備損壞。二是通信線路入侵。當自動氣象站周圍直擊雷防護不力時,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,可能擊穿網(wǎng)絡線或傳感器到采集器和采集器到主控微機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。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,會產(chǎn)生很高的電位,進而影響到距離較近的設備。 </p>

8、;<p>　　1.3雷擊電磁脈沖浪涌危害 </p><p>　　自動氣象站遭受直擊雷襲擊,除了直擊雷直接毀壞設備外,由直擊雷產(chǎn)生的直擊雷過電壓還襲擊自動氣象站傳感器、采集器和主控微機。當雷擊風速風向桿上的接閃器時,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氣象站,造成自動氣象站的損害概率較大。自動站安裝在空曠處,從傳感器到采集器,再到計算機,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、電阻耦合等以傳導和輻射方式對自動氣象站設備構成侵害[3]。 </p><p>　　2現(xiàn)代防雷技術在自動氣象站中的應用 </p><p>　　自動站利用接閃、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,電涌保護器(SP

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

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

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

13、進行防銹和防腐處理。很多設備和系統(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)、弱電設施等設備之間的引下線應盡量分開接入地網(wǎng),入室端電纜的金屬外皮、鋼管應與防雷接地裝置相連。三是終端用電設備的電源插座改用具有內置式電源防浪涌保護器的插線板,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《建筑物防雷設計規(guī)范》要求,把信息系統(tǒng)所在建筑物或構筑物按需要保護的空間,由外到內分為不同的雷電防護區(qū),自動氣象站應置于高級別

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