淺析自動氣象站場室防雷技術(shù)的設(shè)計(jì)要求

1、<p>　　淺析自動氣象站場室防雷技術(shù)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到迅速普及，氣象探測手段也得到了更新，各基層氣象臺站普遍裝配了各類型號的自動站。本文通過分析雷電入侵的途徑，對自動氣象站場室的建筑設(shè)施和儀器設(shè)備的防雷問題進(jìn)行綜合分析，并提出了自動氣象站場室的防雷技術(shù)要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：自動站；防雷；技術(shù)；設(shè)計(jì)要求 &

2、lt;/p><p>　　Abstract: with the rapid development of science and technology, computer network rapid popularization, meteorological observation method has been updated, the grassroots meteorological offices and s

3、tations is generally equipped with various models of automatic station. Based on the analysis of lightning invasion pathways, of automatic meteorological station room building lightning protection facilities and equipmen

4、t for comprehensive analysis, and put forward the automatic weather station lightn</p><p>　　Key words: automatic station; Lightning protection; Technology; The design requirements </p><p>　　中圖分類

5、號：P415.12文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2013) </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　按照中國氣象局的統(tǒng)一要求，隨著氣象服務(wù)領(lǐng)域向著更廣領(lǐng)域的拓展，全國的大氣監(jiān)測自動化進(jìn)程已近尾聲。自動氣象站專門用于氣象數(shù)據(jù)的自動采集、計(jì)算處理和存貯的設(shè)備，利用各個氣象要素在傳感器的變化，使得相應(yīng)的傳感器輸出的電量產(chǎn)生變化，這種變

6、化由數(shù)據(jù)采集器所采集，經(jīng)預(yù)處理后傳入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用于我們的天氣預(yù)報(bào)預(yù)測，所以在天氣預(yù)報(bào)制作中，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的高低，自動氣象站的資料準(zhǔn)確性已經(jīng)起到了決定性的作用。自動氣象站系統(tǒng)作為微電子系統(tǒng)，又多分布于空礦遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)，傳感器分別位于不同的防雷區(qū)，顯然防雷至關(guān)重要。目前，全國大都建成了自動氣象站，現(xiàn)已投入正常的業(yè)務(wù)運(yùn)行。無疑對綜合防雷提出更高的要求。因此，對自動氣象站場室的防雷技術(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行研究探討是十分必要的。 </p&g

7、t;<p>　　一、雷電高電位引入自動氣象站的途徑以及損壞原因1.自動氣象站雷電高電位引入的主要途徑有 </p><p>　?。?）直擊雷擊直接擊中架空線纜，讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)。 </p><p>　　(2)靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)，感應(yīng)出過電壓，通過線纜引入室內(nèi)。 </p><p>　　2.儀器設(shè)備被雷擊損壞的原因 </p

8、><p>　　(1)雷電產(chǎn)生強(qiáng)加熱效應(yīng)和電動力作用使被擊物體損壞。 </p><p>　　(2)由于靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)作用，使導(dǎo)體產(chǎn)生火花，引起爆炸或?yàn)?zāi)害。 </p><p>　　(3)由于閃電或靜電釋放引起的電位瞬變，通過上述幾種途徑侵入到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。 </p><p>　　(4)接地技術(shù)或等電位處理不當(dāng)引起地電位反擊。 </p>

9、<p>　　(5)瞬態(tài)電位抬高使儀器設(shè)備損壞。 </p><p>　　二、自動氣象站場室防雷技術(shù)的設(shè)計(jì)原則 </p><p>　　1.自動氣象站場室在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時，應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩?、地質(zhì)、氣侯、環(huán)境等因素和雷電活動規(guī)律，結(jié)合自動氣象站的性能特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，綜合防護(hù)。 </p><p>　　2.自動氣象站場室的防雷設(shè)計(jì)、施工宜與自動氣象站場室的建設(shè)或改

10、造同步進(jìn)行。 </p><p>　　3.自動氣象站場室直擊雷的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)按GB50057 規(guī)定的第二類或第三類防雷建筑物的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。自動氣象站場室雷擊電磁脈沖防護(hù)應(yīng)按QX3的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。 </p><p>　　4.自動氣象站場室的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)采用接閃、分流、屏蔽、等電位連接、綜合布線、電涌保護(hù)和共用接地系統(tǒng)等進(jìn)行綜合防護(hù)。 </p><p>　　5.自動

11、氣象站場室使用的防雷裝置應(yīng)符合現(xiàn)行國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的使用要求。 </p><p>　　三、自動氣象站場室防雷技術(shù)的設(shè)計(jì)要求 </p><p>　　1.自動氣象站觀測場的雷電防護(hù)設(shè)計(jì) </p><p>　?。?）觀測場直接雷的防護(hù) </p><p>　　在觀測場中自動氣象站的風(fēng)傳感器安裝在10．5m高的風(fēng)桿上，所以必須在傳感器頂設(shè)置避雷針予以

12、保護(hù)。避雷針可安裝在風(fēng)桿頂部且保證避雷針與風(fēng)向傳感器之間的距離有足夠遠(yuǎn)，避雷針的針體高度應(yīng)使風(fēng)傳感器置于其保護(hù)范圍之內(nèi)，具體應(yīng)按文獻(xiàn)規(guī)范的滾球法方法計(jì)算確定。安裝在觀測場外的獨(dú)立避雷針?biāo)母叨葢?yīng)確保觀測人員在保護(hù)范圍內(nèi)。 </p><p>　　(2)跨步電壓和接觸電壓的防護(hù) </p><p>　　跨步電壓地面相距0．8m，2點(diǎn)間的電壓的防護(hù)是針對于進(jìn)入觀測場進(jìn)行觀測人員的保護(hù)措施，由于觀測

13、場內(nèi)的風(fēng)干上裝設(shè)的避雷針及其安裝在觀測場外的獨(dú)立避雷針的引雷作用，很可能使觀測人員發(fā)生跨步電壓和接觸電壓(人的腳站在與它相距0．8m處用手觸到金屬外殼時，人的手與腳之間的電壓)的危險(xiǎn)。 </p><p>　　在閃電電流泄人地下，閃電電流在地表之下流動時，大地的電阻同樣要產(chǎn)生電位差，閃電人地點(diǎn)電位最高(如果雷電流是正的)，遠(yuǎn)處雷電流幾乎為零的這些地方，電位最低，即工程上所謂的零電位，人的兩腿分開站著，兩腳之間的電位

14、差(跨步電壓)也可致人斃命。為降低跨步電壓的危險(xiǎn)性，防直擊雷的接地裝置要與出入口人行道的距離不應(yīng)小于3m，否則就可能遭到跨步電壓的危險(xiǎn)。 </p><p><b>　　接地網(wǎng)的制作 </b></p><p>　　接地體是任何一項(xiàng)防雷措施必須不可少的關(guān)鍵，接地效果的好壞直接影響到整套防雷系統(tǒng)的防護(hù)效果。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，一般采取垂直接地體和水平接地體相結(jié)合的復(fù)合式接地體。

15、 </p><p>　　自動站地網(wǎng)接地電阻可適當(dāng)放寬，但要求采用多根環(huán)型接地體和多支線外延接地體，外延接地體的外延長度應(yīng)小于接地網(wǎng)的有效長度。也可以采用置換土壤法，人工處理法(在接地體周圍土壤中加入煤渣、木炭、爐渣、碳黑以及鹽類等也可以降低土壤電阻率)，深埋接地體等方法降低共用接地網(wǎng)的接地電阻值。 </p><p><b>　　觀測場地網(wǎng)的設(shè)置 </b></p&

16、gt;<p>　　觀測場地網(wǎng)應(yīng)沿圍欄四周敷設(shè)成環(huán)形閉合接地地網(wǎng)，接地極盡量安置在觀測場圍欄外，使得數(shù)據(jù)線纜等可以保持與接地連接線之間的安全距離，距離不夠時，設(shè)法使線纜與接地線的交角增大，最好成直角。觀測場內(nèi)所有設(shè)備，如金屬支架、箱體、風(fēng)桿(塔)、金屬圍欄、扶手等均要與地網(wǎng)牢固連接。同時觀測場地網(wǎng)沿自動站線纜地溝輻射延伸至值班室，與值班室設(shè)備保護(hù)地及設(shè)備工作地合設(shè)共極，輻射延伸接地體敷設(shè)在線纜地溝底部，埋設(shè)深度離地面1m，安

17、裝完成后回土夯實(shí)。 </p><p>　　2.自動氣象站工作室的雷電防護(hù)設(shè)計(jì) </p><p><b>　　（1）良好屏蔽 </b></p><p>　　屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一區(qū)域內(nèi)部的電磁能量向外傳播，二是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護(hù)的空間傳播。自動氣象站的通信電纜線、信號電纜線采用金屬護(hù)套電

18、纜或敷處設(shè)在金屬管內(nèi)，電纜線金屬護(hù)套或金屬管應(yīng)在頂部及進(jìn)入自動氣象站機(jī)房入口處的外側(cè)就近分別接地，進(jìn)入自動氣象站的低壓電力電纜宜全程埋地引入，電纜埋地長度不應(yīng)小于15m。 </p><p><b>　?。?)均壓等電位 </b></p><p>　　均壓也稱電位均衡連接（簡稱等電位連接）。就是把所有導(dǎo)體相互作良好的導(dǎo)電性連接，并與接地系統(tǒng)連通。其中非帶電導(dǎo)體直接用導(dǎo)線

19、連接，帶電導(dǎo)體通過避雷器連接。其本質(zhì)是由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線、等電位連接器（即避雷器、地線隔離器）和所有導(dǎo)體組成一個電位補(bǔ)償系統(tǒng)。因此，自動氣象站應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)。站內(nèi)的電子設(shè)備應(yīng)共用一組接地裝置，按均壓、等電位的原理，將工作地、保護(hù)地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網(wǎng)。站內(nèi)各類接地線應(yīng)從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入。 </p><p><b>　　(3)分流 </b></

20、p><p>　　分流是將雷電流能量向大地泄放過程中應(yīng)符合層次性原則。層次性就是按照所劃分的防雷保護(hù)區(qū)對雷電能量分級瀉放。盡可能多、盡可能將多余能量在引入信息系統(tǒng)之前泄放入地。由于雷電過電壓的能量很大，單一的措施或一道防線都無法消除雷電過電壓的侵害，必須采取多級防護(hù)措施才能將侵入的雷電過電壓限制在安全的、設(shè)備能夠承受的范圍之內(nèi)。自動氣象站的電源線一般為架空引入，供電方式為TT 制式。在總配電箱安裝一套避雷器為第一級電源

21、防雷箱，在自動氣象站機(jī)房入線端安裝一套電源避雷器為第二級電源防雷器。第一級與第二級防雷器之間的線路應(yīng)保持5m 以上距離。機(jī)房內(nèi)所有設(shè)備的機(jī)殼及防雷器接地線都連接在等電位連接排上，注意設(shè)備機(jī)殼及防雷器地線良好接地，所有接地線共用一組接地裝置，防雷器前端串接20A 動力型空氣開關(guān)。 </p><p><b>　　(4)合理接地 </b></p><p>　　接地是分流和瀉

22、放直擊雷和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補(bǔ)償系統(tǒng)基礎(chǔ)。目的是使雷電流通過低阻抗接地系統(tǒng)向大地泄放，從而保護(hù)建筑物、人員和設(shè)備的安全。沒有良好的接地系統(tǒng)或者接地不良的避雷設(shè)施會成為引雷入室的禍患；避雷裝置接地不好，還提供了雷電電磁脈沖對電氣和電子設(shè)備產(chǎn)生電感性、電容性耦合干擾的機(jī)會。 </p><p>　　合理接地，將自動氣象站信息系統(tǒng)的接地和防雷接地實(shí)行共地。即由公共接地點(diǎn)提供保護(hù)接地、工作接地

23、和防雷接地等所需的基準(zhǔn)零電位，避免出現(xiàn)因各系統(tǒng)分別接地在個各地線間產(chǎn)生毀壞性電位差。在實(shí)踐中應(yīng)注意處理好如下幾個方面的接地問題：一是，電子信息設(shè)備的單點(diǎn)接地。各設(shè)備應(yīng)與系統(tǒng)接地線相連，連接距離應(yīng)盡可能短，統(tǒng)一接地極再與地網(wǎng)相連。目的是防止或減少共同的阻抗耦合形成的感應(yīng)干擾，保持各設(shè)備間等電位；二是，電子信息設(shè)備接地與建筑物防雷接地。電子信息設(shè)備與避雷裝置接地系統(tǒng)之間未做到保持安全的絕緣距離，從而當(dāng)避雷裝置接閃時可能發(fā)生反擊事故。一般情況

24、兩者保持一定安全距離確有困難，按防雷規(guī)范要求電子信息設(shè)備接地應(yīng)與防雷接地系統(tǒng)接到一個統(tǒng)一的地網(wǎng)上，但又容易出現(xiàn)低頻雜散電流的干擾。采用辦法：為防止低頻雜散電流的干擾，用低壓避雷器或放電器將兩接地系統(tǒng)之間相連，以使得在雷擊時放電器等自動導(dǎo)通連接，并可防止閃絡(luò)或者擊穿；三是，信號傳輸電纜的全屏蔽（多點(diǎn)接地）與電子設(shè)備的單點(diǎn)接地。全屏蔽多點(diǎn)接地可保護(hù)人員與設(shè)備安全，但各接地點(diǎn)之間將存在低頻干擾分量，將影響電子設(shè)備正常工作性能。單點(diǎn)接地又不符合

25、防雷安全要求，兩者如何兼顧？</p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　由于自動站所處的位置一般位于較高視野開闊的凸出地帶，所以對自動站以及室外觀測場地的全面防護(hù)顯得尤為重要。自動氣象站的防雷措施應(yīng)采取綜合防雷措施，對自動站系統(tǒng)進(jìn)行層層設(shè)防，綜合治理，堅(jiān)持用“接閃、屏蔽、等電位連接、均壓、分流、限壓、接地”等措施進(jìn)行綜合防護(hù)。以提高自動站運(yùn)行的

26、安全性和可靠性。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]QX 3—2000氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范. </p><p>　　[2]蘇邦禮等，雷電與避雷工程.廣州：中山大學(xué)出版社，1999. </p><p>　　[3]張小青，建筑物內(nèi)電子設(shè)備的防雷保護(hù)，北京：電子工業(yè)出版社