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气象自动站防雷技术分析有哪些
点击次数:2067 发布时间:2020-11-05
  随着大气综合观测体系建设项目的实施,自动气象站作为地面大气探测的重要组成部门,已成为开展精细化预报,气象决策服务所不可缺少的气象信息来源。动气象站建设的地理环境多呈空旷凸现,防雷设置及自身防雷设置都很脆弱,一遇直击雷或感应雷影响,势必会造成一定的破坏或损失。本文旨在从防雷的角度上浅要分析下气象站自动观测设备遭受雷击的原因及相关防护方法。
 
  引言:
 
  雷电灾害是无法避免的自然灾害,人类生存的地球上每时每刻都有雷电活动的发生。因此,掌握其发生、发展的规律,采取必要的预防手段是十分必要的。雷电对信息通信系统的威胁很大,其作用于通信系统并致其损坏的一般有2种形式:一是感应雷导致损设备,二是经金属导线或连接件直接作用于设备致其坏损。有统计表明,通信设备的损坏中有30%是由雷电引起的。因此,为自动站布设专业而又全面的雷电防护设施已经成为了一项十分重要的工作。
 
  一、自动气象站雷灾的特征分析
 
  1、雷电过电压的强度
 
  据资料统计,低压输电线路上的雷电过电压在6 kV以下,电流为3 kA~10 kA。通信线路上感应雷电过电压约为5 kV,电流为几百安。1971年美国研究报告[AD722675]指出,电子计算机在雷闪时磁感应强度达到7×10-8 T时即会出现误动作,当达到2.4×10-6 T时出现永jiu性损坏。这两个数字相当于860 m和83 m处有一个100 kA的雷电流流人大地造成的结果。
 
  对雷击地面产生电磁效应危及电子管设备系统的半径约为400 m~800 m;对晶体管设备为800 m~1?200 m;对微电子设备为2?000 m以上。如自动气象站各电子设备距雷击点10 m~100 m间,雷击电源线引起的磁感强度为0.6-2×10-5 T;雷击通信线产生的磁感强度约为107~106 T数量级。前者足以使微电子设备出差错或损坏,后者也可能使设备产生误动作,从而说明自动气象站抗雷电电磁脉冲的能力差,因此,对自动气象站采取雷电防护措施是十分必要的。
 
  2、雷电入侵途径分析
 
  ①直击雷。直击雷直接击中自动气象站设备,造成气象设备部分或全部电路损坏。因自动气象站均安装有避雷装置,所以这种情况比较少见。普查汕头市及所辖地区的自动气象站,均尚未发生过这种雷击事故;
 
  ②高电压脉冲。来自雷电的静电感应和电磁感应的高电压脉冲,在各种线缆中感应出几千伏到几十千伏的高电压。出现这种情况,一般会影响到各传感器。其中,风向传感器由于是自动气象站位置zui高的仪器,且集合了大量的半导体元器件,在雷击故障中往往是首当其冲;③雷击引起电位的升高。在直击雷雷击点的附近引起地电位的升高,高电位通过设备的接地线引入到电路,造成电路元器件的损坏;
 
  ④交流电电源线路的入侵。自动气象站的电源由低压输电线路提供,当电力线路遭到雷击时,沿输电线路以行波的方式引入到设备内,使其失效或损坏。直击雷击中高压输电线路时,所产生的过电压经过变压器耦合到次级,在低压线路上产生雷电过电压,同时雷电的静电感应与电磁感应在低压输电线路上感应出过电压也可能对设备造成损害。由于电源板与交流电连接,在对汕头市及所辖地区自动气象站的雷击事故的统计中,电源板是出现故障概率最多的设备。接连两个月内发生在南澳县气象局观测场内的2次强雷击中,采集器里面的电源板也均被击坏。
 
  二、自动气象站防雷技术应用
 
  1、防雷接地
 
  防雷接地是防雷技术的首要技术环节,无论是放直击雷还是防感应雷,最终都要将雷电流引入大地,由此可见,若要防雷工程可靠稳定,就要安设稳定保靠的接地装置。自动站的接地应当采用单点式接地,共用地网的接地方法,接地阻值≤4 Ω。工作接地和保护接地都要引入地网,与引下线保持的距离>5 m,确保整个地网都连入地网。
 
  2、外部防雷
 
  根据规范的要求自动气象站基本都设在空旷的场地上,很容易受到雷电的袭击,自动站外部雷电防护做的是否到位直接关系到自动站运行的安全。防直击雷接闪器由金属构件、避雷带、避雷针及避雷网等组成。普兰店地区的太阳能电池和采集器要用单独的避雷针进行防护。有人值守的台站还要对值班室所在的建筑物进行雷电防护。观测场与采集器、通信线路、传感器以及其他户外设备可以将避雷针假设在风杆上,计算其保护范围,并且这个范围要严格符合防雷技术规范的要求。尤其要注意的是,风杆本身是金属质地,是雷电下行十分适宜的泄放通道。如果室外架设的地网设计和架设不合理则会造成如果遭受雷击导致观测设备全部损坏。因此,一定要确保防雷装置被正确架设,这样才能将雷电顺利引入地下。
 
  3、内部防雷
 
  在这个领域的雷电防护不仅要考量到感应雷的防护,因为感应雷会沿着线路对用电设备造成电压过载,通过信息信号和电源线路传播到设备上,造成雷击损失。
 
  3.1 雷电感应浪涌防护。
 
  电子设备和信息设备遭雷击后受到的损失大多是由雷电感应浪涌电压造成的。这些浪涌进入电子元件的内部,导致芯片、接口或线路的损伤。因此,应当将信号防雷装置安装在信号线之间,并且应该采用多级保护措施。在不同级别的过渡地带装配型号相匹配的信号防雷器。自动站网络线路也应该安装避雷装置,尤其采集器、路由器、信号传输系统等都要安装相应的雷电防护装置。计算机网络通信一般采用宽带(ADSL)接入因特网的方式,传输数据。根据不同的要求安装相应的信号避雷器,至少进行二级保护,并做好计算机信息系统相关设备的接地处理。
 
  3.2 电源系统防雷保护。
 
  目前普兰店的气象设备的电源系统一般采用TN-S或TN-C-S系统供电方式,要进行多级防雷保护,防止雷电侵入造成配电系统及相关设备损坏。第1级在电源的总进线处安装1个40 kA以上的电源SPD。第2级在机房配电进线至UPS之间安装1个20 kA的电源SPD。第3级在采集器前端安装1个10 kA的电源SPD,在每台计算机电源与UPS之间安装插座式避雷器。
 
  三、气象防雷技术工作发展前景分析
 
  1、气象防雷技术在预测预警的发展方向前进
 
  由于在进行气象防雷过程中,无论是事中还是事后控制,都比不上事前对将要发生的雷电袭击进行合理规避,气象防雷作为一种在事前预测非常重要的技术,在今后的发展中对于雷电测报的技术以及事前预警预测的技术的提高是必然的趋势。
 
  2、气象防雷技术工作的持续改革创新
 
  气象防雷技术工作不能局限于现有的成果,以往的不足之处也要借鉴,只有借鉴历史才能更好的前进,历史就是一面镜子,能使人避免犯前期同样的错误。只有打破现有的局限性才能更好地推进气象防雷技术工作的发展。在气象行业实施总体规划、分层实施、上下协同的道路上,保证其不管是从纵向还是横向上,都能够确保信度高度统一与流通,还能够对各方面的资源进行协调,真正实现高度配合与工作效率,以免出现因重复工作而导致的浪费现象。
 
  四、结束语
 
  对于气象灾害频发的现代社会,对于雷电灾害发生较多的个别地区,如何稳步推进气象防雷技术工作,是保证国家与人民生命财产安全的重要课题。我们应在对气象防雷技术工作给予充分重视的前提下,把握气象防雷技术工作的要点,加大投入,保证防雷工作科学合理地进行,社会利益作为目的,让气象防雷甚至是整个气象工作服务国家经济增长,推动国家发展。使气象防雷技术工作能够充分发挥其应有的作用与功能。
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