放雞島氣象自動站防雷設計
放雞島氣象自動站防雷設計
摘要 茂名市是雷電的重災區(qū)，年平均雷暴日為94.4天，雷電防護能力的強弱對于氣象自動站的正常運轉有著重要的意義。自動氣象站是專門用于氣象數(shù)據(jù)自動采集、存貯、發(fā)送為一體的一套電子設備系統(tǒng)。本文通過對放雞島氣象觀測自動站防雷設計與施工，從當?shù)靥厥獾乩憝h(huán)境及國家的具體規(guī)范入手，比較全面的設計了該臺站的雷電防護。
關鍵詞 氣象自動站；直擊雷；等電位
0 引言
茂名市放雞島是茂名市重要的旅游勝地，海島的氣象資料對于該島的旅游業(yè)有著重要的作用。該氣象自動站能24小時自動觀測、記錄風向、風速、氣溫、雨量等氣象要素，因其無人值守，因此對建設和儀器的要求較高，需要較強的抗干擾、防風、防腐蝕、防雷等能力。下面重點就該站的雷電防護方面做設計探討。
1 氣象自動站防雷措施
茂名市是雷電的重災區(qū)，年平均雷暴日為94.4天，雷電防護能力的強弱對于氣象自動站的正常運轉有著重要的意義。自動氣象站是專門用于氣象數(shù)據(jù)自動采集、存貯、發(fā)送為一體的一套電子設備系統(tǒng)。主要功能有以下幾塊：氣象要素傳感器、主控器、太陽能電池板、蓄電池、通訊模塊，現(xiàn)這些設備都安裝在放雞島野外空曠場地上，而且其測量風向風速的鐵塔有6m多高，這讓其遭受雷擊風險的概率都大大的增加。所以，一整套的雷電防護措施是必不可少的。
1.1 直擊雷防護
對于直擊雷的防護措施主要是通過采用避雷針、引下線，然后良好的接地裝置迅速而安全的把雷電流引入大地。針對自動氣象站工作的環(huán)境與設備的特點，按照《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010）中的規(guī)定，確定自動氣象觀測站屬于三類防雷構造物。
1.1.1 避雷針保護
為防止直擊雷泄流過程中產(chǎn)生的高電位對自動站設備的危害，該自動站的避雷針采用獨立式鋼管避雷針設置，而由于該站處于海島上，其避雷針的固定及穩(wěn)定要求非常高。我們的做法是把避雷針的基礎挖深2m，避雷針的下端固定在基礎里，并利用三條Ф10的鋼絞線拉繩成120°角平均分布穩(wěn)定避雷針不被海風吹倒。（如：圖1）
圖1
1.1.2 引下線
避雷針本身為鋼結構，根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010）中的規(guī)定，其本身即可作為引下線用。
1.1.3 接地裝置
該自動站的儀器均精密度很高的電子設備，根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB50057-2010）中的規(guī)定，該接地網(wǎng)必須為4歐姆以下。接地裝置的選材必須為熱鍍鋅鋼材，這在維護方面可以節(jié)省次數(shù)及費用。垂直接地體的選材為50mm×5mm，L=250mm的等邊鍍鋅三角鋼作為接地網(wǎng)主體。從實際工作中，從土壤的接面積推算，用角鋼優(yōu)于圓鋼：主要體現(xiàn)在當遭受直擊雷，因圓鋼在雷電波的振動中容易造成松動，而角鋼與土壤接觸面積較大，能充分與土壤接觸，故在雷電波的振動沖擊中不易松動。為了雷電流泄放過程中產(chǎn)生高電位反擊，地溝
深度要在0.9m以上，然后在這個基礎上打下角鋼。而水平接地極的選材為40mm×4mm鍍鋅扁鋼將避雷針、風塔及各個設備的基角焊接連通形成環(huán)狀接地網(wǎng)。作為降阻的手段可以換土、加降阻劑以及利用接地模塊作為垂直接地極的方法。
1.2 防雷電電磁感應
《氣象信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖防護規(guī)范》和《氣象臺（站）防雷技術規(guī)范》是中國氣象局針對氣象工作環(huán)境和氣象儀器設備的特點，參照國家及國際上相關標準制定的。強調“等電位聯(lián)接”和“屏蔽”措施是氣象部門的防雷工程設計和施工的關鍵。它能有效的防范雷電電磁脈沖對設備的災難性威脅。
當建筑物或者附近遭受雷擊時，由于強烈的雷電脈沖的感應作用，使建筑物內外的線路、設備感應出危險的過電壓，所以得采用屏蔽、防電涌防護措施來防御雷電電磁感應。在所有進入主控箱體的電纜線都采取帶有屏蔽線的電纜，且兩端進行可靠接地。在太陽能電源電路上加裝SPD，進行限制過電壓保護。
1.3 防雷電高電位反擊
在整個自動氣象站內所有金屬導體、傳感器金屬外殼都進行可靠接地，以防氣象傳感器因雷擊時有高電位反擊造成設備損壞。
2 結論
1）氣象自動站的防雷保護是一個比較復雜的問題，需要各個方面綜合考慮，包括自動氣象站選址時就得考察其土壤與場地環(huán)境等各個方面，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境結合實際才能把自動氣象站的防雷保護效果發(fā)揮最佳；
2）在自動氣象站維護出現(xiàn)故障時，在某個傳感器或其他電子配件更換后整個自動氣象站正常后除考慮自身元器件問題后也應仔細認真檢查該傳感器的接地端子是否可靠連接，以防雷電二次損壞設備；
3）雷電對于自動氣象站電子設備的損壞是很嚴重的，故建議在雷雨季節(jié)到來之前，進行自動氣象站巡查的時候提前做好防雷設施的年檢工作，以確保自動氣象站能可靠正常的運行。
參考文獻
[1]建筑物防雷設計規(guī)范GB50057-94（2010年版）.
[2]新一代天氣雷達站防雷技術規(guī)范QX2-2000.
[3]氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護規(guī)范QX3-2000.
[4]電子計算機機房設計規(guī)范GB50174-93.
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