隨著大氣綜合觀測(cè)體系建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，自動(dòng)氣象站作為地面大氣探測(cè)的重要組成部門(mén)，已成為開(kāi)展精細(xì)化預(yù)報(bào)，氣象決策服務(wù)所*的氣象信息來(lái)源。動(dòng)氣象站建設(shè)的地理環(huán)境多呈空曠凸現(xiàn)，防雷設(shè)置及自身防雷設(shè)置都很脆弱，一遇直擊雷或感應(yīng)雷影響，勢(shì)必會(huì)造成一定的破壞或損失。本文旨在從防雷的角度上淺要分析下氣象站自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備遭受雷擊的原因及相關(guān)防護(hù)方法。
引言：
雷電災(zāi)害是無(wú)法避免的自然災(zāi)害，人類(lèi)生存的地球上每時(shí)每刻都有雷電活動(dòng)的發(fā)生。因此，掌握其發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律，采取必要的預(yù)防手段是十分必要的。雷電對(duì)信息通信系統(tǒng)的威脅很大，其作用于通信系統(tǒng)并致其損壞的一般有2種形式：一是感應(yīng)雷導(dǎo)致?lián)p設(shè)備，二是經(jīng)金屬導(dǎo)線或連接件直接作用于設(shè)備致其壞損。有統(tǒng)計(jì)表明，通信設(shè)備的損壞中有30%是由雷電引起的。因此，為自動(dòng)站布設(shè)專(zhuān)業(yè)而又全面的雷電防護(hù)設(shè)施已經(jīng)成為了一項(xiàng)十分重要的工作。
一、自動(dòng)氣象站雷災(zāi)的特征分析
1、雷電過(guò)電壓的強(qiáng)度
據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，低壓輸電線路上的雷電過(guò)電壓在6 kV以下，電流為3 kA～10 kA。通信線路上感應(yīng)雷電過(guò)電壓約為5 kV，電流為幾百安。1971年美國(guó)研究報(bào)告[AD722675]指出，電子計(jì)算機(jī)在雷閃時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到7×10-8 T時(shí)即會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，當(dāng)達(dá)到2.4×10-6 T時(shí)出現(xiàn)永jiu性損壞。這兩個(gè)數(shù)字相當(dāng)于860 m和83 m處有一個(gè)100 kA的雷電流流人大地造成的結(jié)果。
對(duì)雷擊地面產(chǎn)生電磁效應(yīng)危及電子管設(shè)備系統(tǒng)的半徑約為400 m～800 m；對(duì)晶體管設(shè)備為800 m～1?200 m；對(duì)微電子設(shè)備為2?000 m以上。如自動(dòng)氣象站各電子設(shè)備距雷擊點(diǎn)10 m～100 m間，雷擊電源線引起的磁感強(qiáng)度為0.6-2×10-5 T；雷擊通信線產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度約為107～106 T數(shù)量級(jí)。前者足以使微電子設(shè)備出差錯(cuò)或損壞，后者也可能使設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而說(shuō)明自動(dòng)氣象站抗雷電電磁脈沖的能力差，因此，對(duì)自動(dòng)氣象站采取雷電防護(hù)措施是十分必要的。
2、雷電入侵途徑分析
?、僦睋衾?。直擊雷直接擊中自動(dòng)氣象站設(shè)備，造成氣象設(shè)備部分或全部電路損壞。因自動(dòng)氣象站均安裝有避雷裝置，所以這種情況比較少見(jiàn)。普查汕頭市及所轄地區(qū)的自動(dòng)氣象站，均尚未發(fā)生過(guò)這種雷擊事故；
?、诟唠妷好}沖。來(lái)自雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的高電壓脈沖，在各種線纜中感應(yīng)出幾千伏到幾十千伏的高電壓。出現(xiàn)這種情況，一般會(huì)影響到各傳感器。其中，風(fēng)向傳感器由于是自動(dòng)氣象站位置zui高的儀器，且集合了大量的半導(dǎo)體元器件，在雷擊故障中往往是*；③雷擊引起電位的升高。在直擊雷雷擊點(diǎn)的附近引起地電位的升高，高電位通過(guò)設(shè)備的接地線引入到電路，造成電路元器件的損壞；
?、芙涣麟婋娫淳€路的入侵。自動(dòng)氣象站的電源由低壓輸電線路提供，當(dāng)電力線路遭到雷擊時(shí)，沿輸電線路以行波的方式引入到設(shè)備內(nèi)，使其失效或損壞。直擊雷擊中高壓輸電線路時(shí)，所產(chǎn)生的過(guò)電壓經(jīng)過(guò)變壓器耦合到次級(jí)，在低壓線路上產(chǎn)生雷電過(guò)電壓，同時(shí)雷電的靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)在低壓輸電線路上感應(yīng)出過(guò)電壓也可能對(duì)設(shè)備造成損害。由于電源板與交流電連接，在對(duì)汕頭市及所轄地區(qū)自動(dòng)氣象站的雷擊事故的統(tǒng)計(jì)中，電源板是出現(xiàn)故障概率多的設(shè)備。接連兩個(gè)月內(nèi)發(fā)生在南澳縣氣象局觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的2次強(qiáng)雷擊中，采集器里面的電源板也均被擊壞。
二、自動(dòng)氣象站防雷技術(shù)應(yīng)用
1、防雷接地
防雷接地是防雷技術(shù)的首要技術(shù)環(huán)節(jié)，無(wú)論是放直擊雷還是防感應(yīng)雷，終都要將雷電流引入大地，由此可見(jiàn)，若要防雷工程可靠穩(wěn)定，就要安設(shè)穩(wěn)定?？康慕拥匮b置。自動(dòng)站的接地應(yīng)當(dāng)采用單點(diǎn)式接地，共用地網(wǎng)的接地方法，接地阻值≤4 Ω。工作接地和保護(hù)接地都要引入地網(wǎng)，與引下線保持的距離>5 m，確保整個(gè)地網(wǎng)都連入地網(wǎng)。
2、外部防雷
根據(jù)規(guī)范的要求自動(dòng)氣象站基本都設(shè)在空曠的場(chǎng)地上，很容易受到雷電的襲擊，自動(dòng)站外部雷電防護(hù)做的是否到位直接關(guān)系到自動(dòng)站運(yùn)行的安全。防直擊雷接閃器由金屬構(gòu)件、避雷帶、避雷針及避雷網(wǎng)等組成。普蘭店地區(qū)的太陽(yáng)能電池和采集器要用單獨(dú)的避雷針進(jìn)行防護(hù)。有人值守的臺(tái)站還要對(duì)值班室所在的建筑物進(jìn)行雷電防護(hù)。觀測(cè)場(chǎng)與采集器、通信線路、傳感器以及其他戶(hù)外設(shè)備可以將避雷針假設(shè)在風(fēng)桿上，計(jì)算其保護(hù)范圍，并且這個(gè)范圍要嚴(yán)格符合防雷技術(shù)規(guī)范的要求。尤其要注意的是，風(fēng)桿本身是金屬質(zhì)地，是雷電下行十分適宜的泄放通道。如果室外架設(shè)的地網(wǎng)設(shè)計(jì)和架設(shè)不合理則會(huì)造成如果遭受雷擊導(dǎo)致觀測(cè)設(shè)備全部損壞。因此，一定要確保防雷裝置被正確架設(shè)，這樣才能將雷電順利引入地下。
3、內(nèi)部防雷
在這個(gè)領(lǐng)域的雷電防護(hù)不僅要考量到感應(yīng)雷的防護(hù)，因?yàn)楦袘?yīng)雷會(huì)沿著線路對(duì)用電設(shè)備造成電壓過(guò)載，通過(guò)信息信號(hào)和電源線路傳播到設(shè)備上，造成雷擊損失。
3.1 雷電感應(yīng)浪涌防護(hù)。
電子設(shè)備和信息設(shè)備遭雷擊后受到的損失大多是由雷電感應(yīng)浪涌電壓造成的。這些浪涌進(jìn)入電子元件的內(nèi)部，導(dǎo)致芯片、接口或線路的損傷。因此，應(yīng)當(dāng)將信號(hào)防雷裝置安裝在信號(hào)線之間，并且應(yīng)該采用多級(jí)保護(hù)措施。在不同級(jí)別的過(guò)渡地帶裝配型號(hào)相匹配的信號(hào)防雷器。自動(dòng)站網(wǎng)絡(luò)線路也應(yīng)該安裝避雷裝置，尤其采集器、路由器、信號(hào)傳輸系統(tǒng)等都要安裝相應(yīng)的雷電防護(hù)裝置。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信一般采用寬帶(ADSL)接入因特網(wǎng)的方式，傳輸數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的要求安裝相應(yīng)的信號(hào)避雷器，至少進(jìn)行二級(jí)保護(hù)，并做好計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的接地處理。
3.2 電源系統(tǒng)防雷保護(hù)。
目前普蘭店的氣象設(shè)備的電源系統(tǒng)一般采用TN-S或TN-C-S系統(tǒng)供電方式，要進(jìn)行多級(jí)防雷保護(hù)，防止雷電侵入造成配電系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備損壞。第1級(jí)在電源的總進(jìn)線處安裝1個(gè)40 kA以上的電源SPD。第2級(jí)在機(jī)房配電進(jìn)線至UPS之間安裝1個(gè)20 kA的電源SPD。第3級(jí)在采集器前端安裝1個(gè)10 kA的電源SPD，在每臺(tái)計(jì)算機(jī)電源與UPS之間安裝插座式避雷器。
三、氣象防雷技術(shù)工作發(fā)展前景分析
1、氣象防雷技術(shù)在預(yù)測(cè)預(yù)警的發(fā)展方向前進(jìn)
由于在進(jìn)行氣象防雷過(guò)程中，無(wú)論是事中還是事后控制，都比不上事前對(duì)將要發(fā)生的雷電襲擊進(jìn)行合理規(guī)避，氣象防雷作為一種在事前預(yù)測(cè)非常重要的技術(shù)，在今后的發(fā)展中對(duì)于雷電測(cè)報(bào)的技術(shù)以及事前預(yù)警預(yù)測(cè)的技術(shù)的提高是必然的趨勢(shì)。
2、氣象防雷技術(shù)工作的持續(xù)改革創(chuàng)新
氣象防雷技術(shù)工作不能局限于現(xiàn)有的成果，以往的不足之處也要借鑒，只有借鑒歷史才能更好的前進(jìn)，歷史就是一面鏡子，能使人避免犯前期同樣的錯(cuò)誤。只有打破現(xiàn)有的局限性才能更好地推進(jìn)氣象防雷技術(shù)工作的發(fā)展。在氣象行業(yè)實(shí)施總體規(guī)劃、分層實(shí)施、上下協(xié)同的道路上，保證其不管是從縱向還是橫向上，都能夠確保信度高度統(tǒng)一與流通，還能夠?qū)Ω鞣矫娴馁Y源進(jìn)行協(xié)調(diào)，真正實(shí)現(xiàn)高度配合與工作效率，以免出現(xiàn)因重復(fù)工作而導(dǎo)致的浪費(fèi)現(xiàn)象。
四、結(jié)束語(yǔ)
對(duì)于氣象災(zāi)害頻發(fā)的現(xiàn)代社會(huì)，對(duì)于雷電災(zāi)害發(fā)生較多的個(gè)別地區(qū)，如何穩(wěn)步推進(jìn)氣象防雷技術(shù)工作，是保證國(guó)家與人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要課題。我們應(yīng)在對(duì)氣象防雷技術(shù)工作給予充分重視的前提下，把握氣象防雷技術(shù)工作的要點(diǎn)，加大投入，保證防雷工作科學(xué)合理地進(jìn)行，社會(huì)利益作為目的，讓氣象防雷甚至是整個(gè)氣象工作服務(wù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，推動(dòng)國(guó)家發(fā)展。使氣象防雷技術(shù)工作能夠充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用與功能。
