自动气象站防雷保护方案和措施

自动气象站防雷保护方案和措施

摘要：本文通过对新建或改（扩）建自动气象站的场室，以及使用中增添设备所需防雷设计与施工均应按程序步骤，首先应明确防护目标、计划、按标准进行防护设计、施工安装和复查验收。

关键词：自动气象站防雷保护方案与措施

引言：自动气象站场室的防雷装置必须确定专人负责维护管理。防雷装置的设计、安装、配线等图纸资料应及时归档保存。每年雷雨季节前后应对自动气象站场室的防雷设施进行检测和维护。每年的检测报告须存档保管，如须整改，应及时制定整改措施并加以落实，消除隐患。

当发生雷击灾害事故造成直接或间接损失时应将情况及时上报上级主管部门及通知当地防雷技术机构，分析雷击灾害原因，采取必要整改措施，以避免再次发生雷击灾害事故。

1自动气象站防护等级的划分

根据安装自动气象站台站性质、雷击事故后果以及所处的地理位置、气候背景、雷电参数划分，一般分为三级[9]。

1.1遇有下列情况之一时，自动气象站场室防雷等级应划分为一级

1.1.1国家基准气候站、大气本地站；

1.1.2地处平均雷暴日大于（含）30d/a的国家基本气象站；

1.1.3地处平均雷暴日大于（含）80d/a的一般气象站以及其他场所；

1.1.4遇有下列情况之一时，自动气象站场室防雷等级应划分为二级

1.1.5地处平均雷暴日小于30d/a国家基本气象站；

1.1.6地处平均雷暴日大于（含）40d/a且小于80d/a的一般气象站和其他场所；

1.2除一级和二级防雷自动气象站场室以外的自动气象站场室，均应划为三级防雷自动气象站场室。

2避雷针的安置

从在众多自动气象站受雷击的案例中以及上面对自动气象站雷击侵入途径的分析，采用测风杆作为避雷针支撑体的方法是不可取的。这种方式甚至有可能增加自动气象站受雷击的概率，加重了测风杆受雷击损坏的程度，有害无益。自动气象站防雷技术规范中对于自动气象站对于外部防雷装置的规定是值得商榷的。

做自动气象站外部防直击雷措施时，强烈建议采用独立的避雷针，并且保证与周围设备、建筑物要有足够的安全距离。这样才能确保避雷针在接闪时，雷电流有单独的低阻抗泄放通道，而不会干扰到周围的设备。

独立避雷针的安置首先要考虑到测风杆在观测场中所处的位置。在上面入侵途径的分析中，避雷针与测风杆之间至少要有3m 的安全距离，在实际安置时建设中两者之间要有4~5m的距离。避雷针要确保场内所有设备都在其保护范围内，在场地边缘一些设备（如一些观测需要而添加的辐射、日照观测仪）如果不在保护范围

内，需另外加装避雷针进行保护。根据自动气象站的防雷等级，避雷针在场地中的位置和保护范围，最终确定避雷的高度。

3自动气象站的地网建设

如果自动气象站的周边条件允许最好采用独立的防雷地，但也可以采用共地的方式。如果采用独立的防雷地，及可能使防雷地远离观测场内的地网和线缆[5]。如果条件允许可以将防雷地敷设在观测场外，与观测场内的地网和线缆隔离，以达到对场内设备干扰最小的目的。

在实际建设过程，一般采用共地的方式。自动气象站地网由工作室地网、室外观测场地网构成；两地网应不少于两处进行等电位连接[7]，该连接线可采用不小于φ16的镀锌圆钢，该连接线埋设深度应不小于0.5m。工垂直接地体。如两地网之间的距离大于100米时，两地网可不互相连接，但各地网冲击接地电阻应符合相关要求。

自动气象站观测场应采用垂直接地体与水平接地体组合的方式埋设接地系统，人工接地体的埋设深度不应小于0.5米；垂直接地体应沿水平接地体均匀、对称分布，其长度宜为2.5米，间距宜为5米。垂直接地体可采用角钢、钢管或圆钢；水平接地体可采用扁钢或圆钢；接地体规格要求如下：圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。

.4观测场内信号线的敷设

观测场探测设备信号传输线应选用带屏蔽层的电缆并穿金属管埋设，并在进入电缆沟端和外转接盒端将金属管就近接地。

金属管及信号线金属屏蔽层在进入电缆沟和离开电缆沟处均应就近接入观测场地网。金属管应保持首尾电气贯通，若该金属管长度超过20m时应增加其接地点。

5浪涌电压的防护措施

自动气象站包含大量敏感的电子设备，自动气象站内部设备损坏就要是由于各种原因产生的过电压其的侵害。自动气象站加装浪涌保护器spd，可以有效的限制瞬态雷击过电压并引导浪涌电流就近分流入地。

5.1电源线上spd的安装

自动气象站场室低压配电系统电源线路宜采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿金属管埋地引入自动气象站，金属管及电缆金属护套两端应就近可靠接地。

若已建站的架空线路防雷改造穿管埋地引入有困难时，宜将架空线路终端杆、终端杆前第一、二杆上的绝缘子铁脚作接地处理，同时在终端杆上增设一组通流容量不小于100ka的电源浪涌保护器spd[2]。

5.2数据线上spd的安装

自动气象站工作室调制解调器前端应装设接口型式为rj11的信号spd；在计算机前端的网络信号线上安装接口型式为rj45的信号spd。信号spd的箝位电压应大于1.5uc（信号线路上最大持续运行

电压），额定泄放电流isn≥3ka（8/20μs），响应时间宜低于10ns，其他参数应符合系统要求。数据采集器上一般包含rs232和rs485通讯接口，应当安装相应规格的spd。

位于观测室内的数据采集器通过信号线来接收从传感器上传来的测量信号。我们在对雷电入侵途径的分析中指出室外的测风杆是自动气象站最易遭到雷击的部分，相应的与风向传感器相连的信号线路也是过电压侵入的最主要路径。现实中的自动气象站的雷击事故也证明了这一点，数据采集器损坏大部分是信号端而不是电源端。

在现行自动气象站防雷技术规范中是这样规定的“观测场信号传输线进入转接盒及采集器前端宜加装isn不小于5ka（8/20μs）的信号spd”。这条规定我认为也是存在问题的。

如果测风杆受到直击雷，雷电流必然测风杆顶端风向、风速传感器沿信号线泄放。信号线承载了大部分的雷电流，直击雷的幅值一般都超过5ka，因此规范中给出的spd的通流能力就无法满足要求。一些台站严格按照规范安装了spd，但是数据采集器照样还是损坏，原因也就在于此。传感器所连接的信号线不能传输时虽然是弱电流，但这些信号线路不同于一般信号线路，它们都处于lpzob 区甚至lpza区，雷电磁脉冲没有衰减，信号线上还有受直击雷的危险。因此这些信号线上spd的安装不能参考一般信号系统防雷标准，在这些信号线上应装具有大通流能力的spd进行保护。

6自动气象站防雷保护的一些其他手段和措施