《新型自动气象站的防雷技术》
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摘 要：随着科学技术的飞速发展,气象探测设备也在不断发展和更新,新型自动气象站也得到了广泛的应用.这些电子设备高度敏感,通常安装在室外,存在绝缘强度低,耐过电压能力差、易受到雷电电磁脉冲的干扰等缺陷.防雷措施的规范化将直接影响其正常稳定的运行.如果没有采取防雷措施,一旦被雷击,将引起故障或损坏设备,甚至可能危及人身安全.因此,非常有必要分析已建成的新型自动气象站的遭受雷电灾害的情况,研究新型自动气象站的防雷技术.
关键词：新型自动气象站;防雷技术;研究
引言
如今,我国的社会和经济发展在不断改善,随之而来的是公共安全问题的重要性.公共安全问题已成为各行各业关注的焦点.社会和经济的发展对全球气候产生了一定的影响.全球变暖的后果直接导致暴雨,洪涝,干旱,雷电和其他自然灾害的频繁发生.
自动气象站作为气象观测的基本手段具有无可比拟的优势.通过自动气象站监视地球表面的天气环境可以提供有关未来天气状况的信息,对该信息的分析可以提供可靠的天气预报,并提供数据和信息支持[1].除了预测天气状况,新型自动气象站的工作对于预测自然灾害也至关重要.但是,由于自动气象站通常位于地势较高的地面上,因此没有高层建筑可依靠.一旦出现雷雨天气,雷击的风险就会大大增加.因此,防雷措施在新型自动气象站中起着非常重要的作用,新型自动气象站防雷技术的研究应该受到重视.本文将研究现阶段新型自动气象站的有效防雷技术.
1、自动气象站与防雷技术作用简述
自动气象站由两部分组成：数据采集设备和数据接收与处理中心.通过微处理器实时控制采集和处理.通常在每个城市都会建立自动气象站.社会的发展导致城市的扩展,并且随着城市的扩展,自动气象站也继续向城市迁移.自动气象站对位置的外部环境和地形条件有严格的要求.自动气象站应建立在地形相对较高且区域开阔的地方.周围建筑物的高度不会影响检测环境的仰角.因此,做好防雷工作尤为重要.
防雷措施分为两部分：直击雷和雷电波入侵防护.直击雷是云层与地面之间的雷电形成.当建筑物或人员受到直接雷击时,生命和财产将受到威胁,雷电波入侵的干扰是感应雷击.云对地放电和云间放电同时发生.若是遭受到雷击时,会直接增加导体或半导体的电压并造成严重事故[2].因此,做好防雷技术,尽量减少雷电灾害造成的损失,可以保证新型自动气象站的安全运行.
2、雷电入侵自动气象站途径
2、1 直击雷入侵
直击雷会侵入新型自动气象站并击中观测设备,导致该自动站的某些设备或所有电子信息设备受到不同程度的破坏,从而导致观测数据丢失,并且会影响自动气象站气象要素的正常采集和上传工作的运行.
2、2 高电压脉冲入侵
若自动气象站周边的高层建筑区或突出物受到雷击,电磁感应或静电感应将会感应过电压并凭借线缆引入室内,导致新型自动气象站采集器及传感器等设备受到损坏[3],严重时会使通信电缆绝缘层破裂,形成瞬时高压将通讯电缆作为介质直接引入值班室,使传感器受到严重损坏,自动气象站观测系统也会出现故障,致使感测资料丢失,产生严重损失.
2、3 接地线入侵
如果附近的自动气象站被雷击,地面上镀金的电位势将在短时间内迅速增加,导致沿自动气象站上的接地线进入的瞬时电势很高.电路变成强电流,很容易烧毁电路组件,毁坏观测仪器.
3、新型自动气象站的防雷技术
3、1 直击雷防护
在我国北方的夏季,雷暴是常见的严重强对流气候.当暴风雨到来时,大气层将产生更浓的带电云.当带电的云层与地面较低的物体（例如地面上的高层建筑物）接触时,会发生强烈的放电.强电流在产生電效应时也会产生强大的热效应,甚至会在某些金属物体的表面上产生一定的机械力.这一系列伴随带电云层的影响将具有极大的破坏性作用,特别是对于易受雷击的建筑物,例如自动气象站,应加强防雷保护.自动气象站的雷电防护主要集中在室外风杆上.为了防止自动气象站受到雷击,必须做好自动气象站的防雷技术,其中接闪杆的安装是最直接的方法.
自动气象站可以选择以下两个方式来安装接闪杆[4].一种是将独立接闪杆安装在观测场之外,并使用滚球法来准确计算应安装接闪杆的高度.在安装过程中,注意确保将风传感器系统和接闪杆这两者之间保持一定的安全距离.其次,在条件不允许的情况下,可以直接将接闪杆安装在风传感器的金属支架上,并使用滚球法测量接闪杆的安装高度.安装接闪杆时,如果受场地因素的限制,必须充分考虑接闪杆与风传感器之间的距离,并进行相应的调整.另外,需要充分考虑风传感器数据传输路径中的雷电流引下线和线路屏蔽等问题.
3、2 雷电波侵入防护
在雷电放电过程中,将产生非常强的电磁场,并且在极端天气下电动势会进入自动气象站.可以通过防止电源线被雷击来保护自动气象站.具体的防雷措施是安装电涌保护器,使电源线以并联形式将雷电流传输到地面,以防止雷电流侵入电源线.为了确保电涌保护器在雷雨天气下能够正常运行,通常为保护.第一级是将电涌保护器安装在建筑物主配电开关的电源线上,并在雷电出现时及时切断电源.第二级是电涌保护器安装在机房开关的控制部分中,以提供直接保护.雷击时,将一部分的雷电流倒入大地.第是将电涌保护器安装在设备的电源开关部分或插座上以用电中断保护电源线路.当保护电源线中断并且雷电没有保护前两个级别的自动气象站时,终端可以防止雷电损坏自动气象站.
当导体被雷击而产生强电流波时,雷击中的中心电会将强电流波传播到导体的两侧.电流波通过线路侵入自动气象站,从而严重损坏仪器和设备.影响观测工作.对电磁脉冲射线的有效防护措施是加强自动气象站的机房保护,并且必须确保地板的抗静电功能,以避免静电引起的雷击.在静电地板下安装通电的闭合电位连接带,并安装对角接地母线.接地母线与接地网双向连接以观察雷电感应,将自动气象观测场与机房之间的电位差消除;要将机房中的所有机柜和不带电的设备与其相近的电位连接连通到一起,并连接到底线,以消除由雷击引起的电位差,并将雷电流引入地面.
3、3 其他雷电防护措施
由于大多数自动气象站都安装在室外,因此极易受到雷电影响,这可能在不同程度上损坏气象站设备.因此,应综合运用多种防雷措施,以达到安全防雷的目的.首先,必须进行等电位联结,即必须在共同的地面上建立联合操作方法,以有效防止站点设备被雷击;其次,应在设备安装室内安装结构钢条和金属框架门窗,形成比较完整的屏蔽罩,以防雷电;最后,还可以使用内置电缆有效防止雷电侵入.
结语
随着我国气象产业的不断发展,越来越多的自动气象站防雷技术被广泛应用.然而,由于气象条件的不确定性以及不受人类控制的特性,所有技术和方法仅增加了防雷保护系数,不能保证自动气象站不会受到雷电的破坏.为了进一步增强防雷效果,有必要加强防雷设施的日常维护,同时采用最新的技术手段,确保自动气象站防雷技术发挥作用,确保新型自动气象站的正常运行.
参考文献
[1]孙大雨. 自动气象站防雷技术对农业的影响[J]. 农家科技（下旬刊）, 2019, 000（003）：110.
[2]曾嘉宇, 覃伟明, 何忠栩. 自动气象站的防雷与接地技术[J]. 农业与技术, 2018, 038（020）：228-228.
[3]吴洪勇. 浅析自动气象站防雷措施及分析[J]. 农家参谋, 2018.
[4]覃伟明, 曾嘉宇, 吴松杰. 气象观测站防雷技术的应用研究[J]. 农业与技术, 2018, 038（022）：244.
作者简介：王敏（1971-）,女,汉族,河南省开封市人,本科学历,工程师,从事气象服务与应用气象.
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