作者：叶爱华 杨茂春 陈连侠 李兴
摘要分析了农村自动气象站的雷电形成、入侵途径及危害强度,探讨了防雷技术在自动气象站中的应用,并对自动气象站现有的防雷措施提出了改进意见。
关键词农村自动气象站;雷电防护;设计;应用;改进措施
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 were discussed. according to existing lightening protection measures,some improving suggestions were proposed.
key wordsrural automatic weather station;lightening protection;design;application;improving measures
随着气象事业的不断发展,农村自动气象站正式大规模投入到探测业务上使用。由于自动气象站传感器部分要暴露在室外,经常出现雷击现象,从而造成了不少经济损失,影响自动站安全运行[1]。因此,应加强现代防雷技术的应用,改善自动气象站设备运行环境,提高自动气象站运行的稳定性和安全性。
1自动站设备的雷电入侵
1.1雷电形成
雷电是带电的云层之间或是带电的云层与大地之间迅猛的放电现象,雷电具有几万至几千万安培的峰值电流,雷电通道中具有几万摄氏度的温度及强大的冲击波。对影响自动气象站设备运行的雷电最主要的有直击雷和感应雷2种。
1.2雷电入侵途径
雷电电磁干扰主要通过传导耦合和辐射耦合方式传送到自动气象站,使其失效或损坏。一般雷电入侵自动气象站除阻性耦合影响的反击电压之外,分别沿电源线、传感器到采集器和采集器到主控微机之间的通道、网络的通信线路入侵[2]。一是自动站供电线路侵入。在电力线入室之前可能遭受直击雷和感应雷,直击雷击中高压线经过变压器耦合为低压后入侵;云地闪电击中建筑物或建筑物附近时,雷电流通过引下线泄入接地体,可通过电路中的零线、保护地线和布线中的接地线,以脉冲波的形式侵入室内,使设备损坏。二是通信线路入侵。当自动气象站周围直击雷防护不力时,地面突出物或高层建筑物遭雷击,雷电过电压将地面土壤击穿,使处于户外的传感器、采集器轻则失效,重则毁坏;同时,可能击穿网络线或传感器到采集器和采集器到主控微机之间的电缆线的绝缘层,使瞬态过电压沿通信线直接入侵室内。三是阻性耦合影响的反击电压入侵。所谓阻性耦合是指小电阻值的金属物体上因雷击流过大电流时,会产生很高的电位,进而影响到距离较近的设备。
1.3雷击电磁脉冲浪涌危害
自动气象站遭受直击雷袭击,除了直击雷直接毁坏设备外,由直击雷产生的直击雷过电压还袭击自动气象站传感器、采集器和主控微机。当雷击风速风向杆上的接闪器时,高频雷电流流过避雷装置,造成接闪器和引下线的电位升高。雷击电磁脉冲从电源供电线路和通信线路入侵自动气象站,造成自动气象站的损害概率较大。自动站安装在空旷处,从传感器到采集器,再到计算机,传输线有一段距离,而且数据传输线与电源线、接地线等是处在几乎相同的电磁环境,相互之间存在一定影响,数据传输线很难做到电磁屏蔽。这就容易造成雷电通过磁场耦合、电场耦合、电阻耦合等以传导和辐射方式对自动气象站设备构成侵害[3]。
2现代防雷技术在自动气象站中的应用
自动站利用接闪、分流、接地系统防御直击雷,采取等电位连接防御地电位反击,电涌保护器(spd)防御雷电波入侵及屏蔽措施防御感应雷。一是接地及等电位连接。接地是防雷的基础。应建立联合的共地运行方式,按照自动气象站的设计与施工技术要求,观测场的各传感器设备与防雷地网间采用m型等电位连接,室内的各个设备与地网间采用s型等电位连接。因此,自动气象站的通信线接地、感应器、采集器通道接地以及保护接地,可采用统一的单点s型接地与自动气象站的防雷地网相连,以防止低频杂散电流的干扰。二是浪涌保护。浪涌保护主要是防止雷电波从信号线、电源线入侵自动气象站室内造成各设备损坏的一种措施。在进入区域自动站的信号线、电源线上加装相应的浪涌保护器(spd)。照明、大功率用电与自动气象站设备用电要分开[4]。三是屏蔽。从自动站外线缆、设备的布设情况来看,应将计算机、采集器等设备的金属外壳有效接地,使其发挥一定的屏蔽作用。信号线、电源线采用屏蔽电缆或穿金属管屏蔽,而且需要信号线、电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首末两端接地,放置设备的建筑物房间应将房间的混泥土墙中的结构钢筋及门窗的金属框、防护栏进行有效电气连接而构成完整的屏蔽笼。
3改进措施
目前有部分农村自动站防雷方法与布局存在着一定的安全隐患,应采取以下改进措施:一是各传感器的线缆都应穿铁管加以屏蔽,铁管首尾两端均要有良好的接地。二是对于电源线直接架空入室的站应按照《建筑物防雷设计规范》要求,做好电源线防雷电波侵入的措施。做地网时对施工中的焊接点必须进行防锈和防腐处理。很多设备和系统可以共同使用地网,在可能的情况下如避雷针、比较集中的专用配电系统、弱电设施等设备之间的引下线应尽量分开接入地网,入室端电缆的金属外皮、钢管应与防雷接地装置相连。三是终端用电设备的电源插座改用具有内置式电源防浪涌保护器的插线板,作为电源浪涌的最后防线,以消除部分瞬态过电压。四是按照《建筑物防雷设计规范》要求,把信息系统所在建筑物或构筑物按需要保护的空间,由外到内分为不同的雷电防护区,自动气象站应置于高级别防雷区内且自动气象站的地网冲击接地电阻要小于4ω。
4参考文献
[1] 王志军,徐秀美.自动气象站防雷应注意的几个问题[j].黑龙江气象,2007(2):35-36.
[2] 陈青娇,梅机,吴毓娟.多要素自动气象站的防雷设计浅探[j].今日科苑,2008(20):64.
[3] 居青春,陈明霞.浅谈自动气象站的防雷设计要点[j].青海气象,2007(s1):41-42.
[4] 李荣迪,潘田凤.浅谈自动气象站的防雷设计要点[j].广西气象,2005,26(2):51-52,55.
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