城市交通气象站雷电防护技术研究

城市交通气象站雷电防护技术研究

曾瑛1,吴景坛2

1.广东省佛山市气象局 528315；2.广东省海丰县气象局 516400

摘要：现在自然灾害频率不断增加，每年雷电灾害的威胁依旧在社会上具有高关注度，城市交通气象站的精密度不断提高，精密仪器的弱点就是对雷电威胁格外敏感，目前，地面遥测系统取代了传统的人工气象观测，雷电波相关电磁脉冲对地面遥测系统的安全运行构成严重威胁。本文详细介绍了城市交通气象站自动气象站直接雷击的措施、联合接地等防雷措施以及城市交通自动气象站防雷实例。

关键词：城市交通气象站；雷电防护；技术研究

引言

当闪电击中自动气象站接闪设备时，雷电瞬发的电流以光速1/20~1/2的速度流过承接雷电的接闪设备，并在其周围形成电场和磁场，在该电场中发生变化，当闪电影响到城市交通气象站的电压时，闪电造成的磁场是为感应雷，接闪设备主要是承接直接雷，感应雷的威胁需要采取更为完善的措施来进行防护。城市交通气象站的电压都有防浪涌保护设备，但是如果感应雷所造成的电压过高，还是会影响到城市交通气象站的安全运行。城市交通气象站的观测设备和通信电缆都应做好雷患防护，应该充分考虑到雷电灾害的威胁方式，就城市交通气象站通信渠道和雷电危害机制采取适当的综合技术措施。城市交通气象站的通信容易被感应雷影响，雷电电磁能与各种线路（管道、多级元件、电缆等）进行融合，进而扰乱这些线路内原本的电流稳定状态。由于城市气象站防雷技术措施是综合系统工程，任何保护措施的有效性都是有限的。这些保护措施和技术可分为两部分（外部保护、内部保护）和五种技术手段（截击、保护、平整、布线和接地）。各种部件和技术发挥着重要作用，彼此密切相关，不能相互分离或替代。

1.城市交通气象站雷击隐患

城市交通气象站是一个用于收集、计算和存储天气数据的电子设备，本质上是一个传感器、计算机的集合。大气传感器位于一个空旷的空间中，收集机和计算机安装在房子里，传感器位于房屋之外，房屋通过电缆连接。根据对城市交通气象站的分析，存在雷击的危险主要是下边这几个方面。

1.1室外设备的雷击隐患

自动气象仪的外部部件包括风向、速度、湿度、表面温度和其他传感器。由于环境和外层空间设备的特点，这里存在闪电威胁。外部灵敏度设置在开阔区域进行观察，周围没有大型建筑物，尤其是安装在风杆上的风速传感器。这些速度传感器是一个高灵敏度的金属体，极易被闪电击中；通风管配有供电的风传感器来保护，但当闪电击中通风管时，电线将通过管道传输，而管道将通过电脉冲传输，使自动气象站的金属探测器受到局部潜在损坏。[1]

1.2室内设备的雷击隐患

气象站的一部分自动配备气压传感器，而集体收集和计算机很容易被电磁脉冲损坏。闪电的最大威胁是闪电波，闪电波使设备穿过购物系统，闪电的电磁脉冲通过电网影响电网稳定。接地系统不会在电子设备之间造成电位差，因为它不会损坏网站的电气设备。

2.城市交通气象站雷电防护技术

《气象站电磁脉冲雷电防护规程》和《气象站（站）防雷技术规程》是中国气象局针对自动气象站所在地制定的，一般来说，在较高和开阔的凸带上，并根据气象设备的性能考虑相关标准。就自动气象站的特点而言，应采用“雷电、保护、连接电位、中压、分流、限压、接地”等综合防雷措施，提高自动气象站运行的安全性和可靠性。[2]

2.1防直击雷

城市交通气象站雷电防护障碍的第一道屏障是接闪设备，能够避免雷电直接命中城市交通气象站建筑设备，其性能对城市交通气象站整个防雷系统都有影响。城市交通气象站雷电防护危险等级是根据气象站的雷电行动技术说明书确定的，然后根据雷电防护设施设计说明书的规定，由接闪设备（带、网）、独立接闪设备或组合接闪设备确定的。接地是直接雷击和电磁能量干扰进行分流放电的最有效手段之一，也是补偿电位均衡系统的基础。目的通过低电阻接地系统将地雷产生的电流释放到地下，以保证建筑物、人员和设备的安全。城市交通气象站各个观测设备和建筑物体等如若没有做好接地工作或者是接地设施常年不检查出现故障，都会让城市交通气象站的安全隐患加大；不完善的接地也使电气和电子设备可能因为雷电产生的电磁脉冲产生电容干扰。正确的接地线应当具备低电阻、高效率、非金属接地模块，出现问题要有有效的降阻方法进行修复。实际操作里，城市交通气象站的接地工作应注意电子信息设备的单一接地，即设备应与系统的接地线连接，连接距离应尽可能短，机组接地极应与接地网连接。其目的是防止或减少一般电阻产生的感应干扰，并保持电势。建筑物内电子信息设备与防雷通信之间的通信。电子信息设备与避雷针接地系统之间没有安全距离，可能导致触发装置紧急启动。自动气象站的防雷接地是有明确制度规范要求的，工作人员应按照规范要求统一连接城市交通气象站的电子信息设备和通信系统，但它们也受到低频和混沌电流的影响。为了防止低频散射电流的干扰，将两个接地系统连接到低压避雷器上，以便避雷器等自动布线在雷击期间工作，防止闪电或击穿。信号传输电缆完全屏蔽（多点接地），电子设备在一点接地。屏幕上的多点接地确保了人员和设备的安全，但触点之间会产生低频干扰分量，影响电子设备的正常工作。所有连接到城市气象站的电缆应穿过金属管，并在金属管末端接地。这样，在低频干扰防护和防雷安全之间取得了平衡。

[3]

2.2均压

调平压力的目的是使系统的所有装置都处于同一标准水平，以便为每一个设备提供一个共同的接触面或平面，接地物体一般用作特殊的调平压力平面。理想的平整面是零电位，任何信号通过的零电阻体不会引起电压或辐射。根据法规要求，所有设备必须在最小距离内连接。

2.3屏蔽隔离

屏蔽应使用电磁材料或镁来保护和隔离两个空间中的电源。保安室可分为电磁屏蔽和静电屏蔽。地面上的物体将受到其电气和电力的影响。当闪电击中物体时，闪电场会很快消失，物体表面的电解质也会看起来像是云层电解质的电荷。如果你没有提供合适的导管，就会有光线。当闪电从路径上滑落时，空间周围会产生电力辐射。它会产生电流，并危及设备的安全。因此，在防雷保护中，所有未加载的金属（包括建筑物中的钢和金属窗）必须保持在地面上，并且必须保证屏蔽和屏蔽之间的安全电气连接。为了避免设备的电磁辐射，必须在设备和碰撞之间保持一定距离。[4]

2.4放电涌保护

自动气象站应为TN-C-S或TN-S系统提供电力，并按照上下梯次能量比较原理设计输电线路多级波浪保护装置。为防止雷电电磁脉冲通过电缆线路进入系统，在集电极端口设置防波保护，限制瞬态过电压，分离电流流，为自动气象站系统提供保护。

结束语

以上分析主要是雷电攻击对城市交通气象站系统造成破坏的主要原因以及可能造成破坏的途径，都是以此为基础的。目前正在研究城市交通气象站避雷的方法。防雷是一个复杂的问题，需要综合考虑各种因素。希望各位同事能够共同研究，使气象站的防雷技术一步一个脚印地向前发展。

参考文献

[1]陈丽红, 杨红. Milos500型自动气象站雷电过电压防护[J]. 江西气象科技, 2005, 28(1):3.

[2]杨用胜. 自动气象站雷电防护体系的构建思路与技术[C]// 第三届湖北省科技论坛气象分论坛暨2005年湖北省气象学会学术年会学术论文详细文摘汇集. 2005.

[3]任倩, 马宇超, 孟春雷,等. 基于多元数据融合的道路交通气象预报预警系统的研究与设计[J]. 公路交通科技：应用技术版, 2020(000-010).

[4]陈霞芳, 魏伟锐, 陈承滨. CAWS600型自动气象站综合技术探究--以雷电防护方法为例[J]. 数字技术与应用, 2013(12):2.

作者简介：曾瑛（1984.02）女，汉族，广东佛山人，本科学历，工程师，从事雷电安全风险研究、防雷监管技术。