自动气象站综合防雷技术探析
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摘要:本文主要对自动气象站的系统组成及工作原理进行分析，并对自动气象站综合防雷技术进行论述，以供同仁参考。
关键词:自动气象站；系统组成；工作原理；综合防雷
Abstract: This paper mainly carries on the analysis to the system composition and working principle of automatic weather stations,and lightning protection technology for the automatic weatherstation is discussed, for reference.
Keywords: automatic weather station; system; working principle;integrated lightning protection
中图分类号：P415.1+2文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、前言
随着科技的进步和我国气象现代化建设的发展，气象部门在自然灾害预警，提供突发公共安全事件决策依据中起到了独特而重要的作用。其中自动气象站的普及大大提高了气象观测的质量、增强了灾害性天气预测的准确度。然而，自动气象站也因其安装位置及系统结构的特殊性，在运行过程中较容易遭受雷电的侵袭，影响其安全运行。本文主要对自动气象站的系统组成及工作原理进行分析，并对自动气象站综合防雷技术进行论述，以供同仁参考。
二、自动气象站的系统组成及工作原理
（1）系统组成。大部分自动气象站系统都由自动站数据采集设备（通常所说的自动站）和数据接收处理中心两部分组成。自动站数据采集设备主要有传感器单元、连接电缆、数据采集器、供电单元和通讯单元五个部分组成。目前我区主要使用的是四要素自动站，其结构如图。
工作原理。自动气象站是通过微处理器进行实时控制和采集处理的。随着气象要素的变化，各个相应传感器输出的电量也产生变化，这种变化由数据采集器采集，并进行线性化和定标处理，实现工程量到要素的转换，对数据进行质量控制;通过预处理后得出各个气象要素的实时值，再传输到主控微机，并实时显示。
三、自动气象站综合防雷措施探析
（1）直击雷防护。自动气象站的风传感器安装在10m高的风杆上，所以必须在传感器顶设置避雷针予以保护。安装方式有两种:一是在观测场外安装独立避雷针，利用滚球法计算避雷针高度，但应尽量将避雷针系统与风传感器部分分开设置，并按照国家规范要求保持两个系统间的有效安全距离；二是如果受观测场地限制，确实无法将避雷针系统与风传感器部分分开设置时，可以在风传感器的金属支架上直接安装避雷针，并计算所安装避雷针的高度，但也应考虑将避雷针与风传感器保持更大的距离，并做好雷电流引下线与风数据传输线之间的线路屏蔽等问题。
（2）感应雷防护措施。感应雷是通过与自动气象站设备连接的电源线、通信线、遥测信号线的静电感应或电磁耦合产生的感应过电压（即瞬间高压脉冲），它直接沿电源线、通信线、遥测信号线侵入自动站设备，使设备遭到永久性损坏。因此，必须在感应雷入侵的各个通道的入口处装设各种合格的电涌保护器，并采用屏蔽和等电位连接防护措施，以防自动站设备遭感应雷击损坏。
1）自动站电源防雷。自动气象站设备用220V±10％、50Hz交流电，从配电盘接专线供电，不能与其他用电混用，对自动站电源线防雷可采用三级防雷保护措施。在配电房市电进线总开关处安装一个380V、通流量为60kA（8/20μs）电涌保护器SPD1作为感应雷防护的第一级，在值班室总配电开关处安装一个380V，通流量为40kA（8/20μs）的电涌保护器SPD2作为感应雷防护的第二级。配电房进入值班室的电源线应穿金属管并沿电缆沟埋地敷设，金属管首端与配电房保护地接地屏蔽，尾端入室处与值班室工作地接地屏蔽。在自动站UPS前端安装一个220V，通流量为20kA（8/20μs）的电涌保护器SPD3作为感应雷防护的末级。自动站UPS输出分两路，一路给微机及打印机供电，另一路给自动站供电器供电，供电器输出也分两路，一路给室内采集器供12V直流专用，一路给室外风传感器供220V±5%交流电，这路交流供电线路也要具备感应雷防护措施。就是对风传感器电源线穿金属管屏蔽，金属管沿自动站线缆地沟敷设，其首尾两端应分别接地屏蔽。
2）自动站通信线路防雷。为了将气象报表及时上传，自动站微机的通信MODEN接口一般配置专用通信线，此通信线应穿金属线槽并沿自动站线缆地沟埋地引入值班室，金属线槽首尾两端接地屏蔽。同时在通信线接入MODEN接口的前端安装一个信号电涌保护器，以防感应雷从通信线路侵入，损坏设备。信号电涌保护器技术指标：①通流容量：5kA（8/20μs）；②工作电压：170V；③响应时间：＜10ns；④残压：＜230V；⑤损耗：＜1dB；⑥接口RJ11
3）自动站遥测信号线防雷。自动气象站的温度、湿度、雨量、地温、风向、风速传感器采集的气象要素变化信号经各个信号传输线汇集于室外专用信号箱（信号箱一般安装在观测场内）的信号1和信号2两条专用传输线，这六种气象信号经此两条专线接入采集器的接口电路，由于采集器接口电路内置防感应雷击功能，避免系统由于长的信号线缆所带来的雷电干扰和损坏。所以遥测信号线缆的入室处不用加装信号电涌保护器。但信号箱应与观测场的地网牢固连接，使信号箱接地良好，且信号箱输出线（即信号1和信号2传输线）要用金属线槽屏蔽。可选用100×50金属线槽，金属线槽沿自动站线缆地沟敷设，一般线缆地沟尺寸为500×400，金属线槽首端与观测场地网连接，尾端在进入值班室处与工作地网连接，两端接地要牢固可靠。这样的屏蔽措施可有效削减沿遥测信号线侵入的雷电波的幅值，使其幅值限压在采集器接口电路所允许的范围内，避免损坏设备。
（3）自动气象站共用接地系统防雷措施。安全接地是防雷措施中重要的组成部
分，不管是防直击雷或防感应雷，最终都是将雷电流安全地泄流入地，所以没有合理、适当、良好的接地是不能避雷的。自动气象站的接地应采用联合共用接地，即将自动气象站观测场防雷地、设备保护地、设备工作地等联合共用为一个接地系统。联合共用接地网的接地电阻要求不宜大于4Ω。联合共用接地可明显降低地网之间的电位差，防止高地位反击损坏设备。
1）观测场地网的设置。观测场地网应沿围栏四周敷设成环形闭合接地地网，并从地网四角及每条边的中间处引入观测场内，观测场内的地网可与线缆地沟重合敷设，其接地体可敷设在线缆地沟底部，埋设深度离地面1.0m，安装完成后回土夯实。观测场内所有设备，如金属支架、箱体、风杆（塔）、金属围栏、扶
手等均要与地网牢固连接。同时观测场地网沿自动站线缆地沟辐射延伸至值班室，与值班室设备保护地及设备工作地合设共极，辐射延伸接地体敷设在线缆地沟底部，埋设深度离地面1.0m。
2）接地网材料选择。选择自动站地网材料时要充分考虑其导电性、热稳定性、耐腐性和承受雷电流的能力。自动气象站地网可选用热镀锌钢材，垂直接地体选用50×50×5镀锌角钢，长度每根2.5m，水平接地母线选用－40×4镀锌扁钢，垂直接地体间距为每隔5m设置一根，接地体埋设深度宜大于0.7m，接地体所有焊接口均应作防腐处理。
3）自动站地网接地电阻。自动站地网接地电阻不宜大于4Ω，对周围土壤电阻率大于1000Ωm的高土壤电阻率地区，接地电阻可适当放宽，但要求采用多根环型接地体和多支线外延接地体，外延接地体的外延长度应小于接地网的有效长度。另外也可用浇灌降阻剂或换土法等方法,降低共用接地网的接地电阻值。
四、结束语
自动气象站的防雷建设是一项根据接闪、屏蔽、均压、分流、接地与布线等现代防雷技术，综合考虑自动气象站的特点而进行的系统工程，其防雷技术难度比较大，需要不断归纳总结、不断完善，从而确保自动气象站的防雷安全，保障其在雷雨季节正常的运行。
参考文献
[1]陈春元,自动气象站防雷技术[J].安全与电磁兼容,2005.04