自動(dòng)氣象站的防雷與接地技術(shù)

　　隨著人工氣象觀測(cè)設(shè)備的逐步淘汰，自動(dòng)氣象站已成采集各種氣象要素的主體設(shè)備。為保障自動(dòng)氣象站的安全正常運(yùn)行，應(yīng)做好日常維護(hù)工作，特別是正確認(rèn)識(shí)防雷與接地工作的必要性。文中針對(duì)防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行了論述，并在實(shí)際應(yīng)用中獲得了成效，同時(shí)提出了使用要求。 

　　自動(dòng)氣象站，是一套自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)采集精度高的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)從各種數(shù)據(jù)的采集到合成運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳速，大量運(yùn)用了微電子技術(shù)。由于設(shè)備電路的精密集成度高，且工作于室外，甚至工作于惡劣的環(huán)境條件下。而近年來(lái)氣候環(huán)境惡化、天氣變化反復(fù)無(wú)常、雷電災(zāi)害也呈逐年上升趨勢(shì)。從而造成我國(guó)自動(dòng)氣象站每年因雷擊、雷電電磁脈沖入侵、操作過(guò)電壓等因素的影響造成故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響了各種氣象要素的正常采集。由于感應(yīng)雷電及雷電電磁脈沖的入侵易損壞相應(yīng)的電子設(shè)施，加之設(shè)備自身電纜饋線的裸露，感應(yīng)雷擊的危害明顯增加，僅靠避雷針已遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足自動(dòng)氣象站的防雷實(shí)際需求。因此，需做好系統(tǒng)接地工作和對(duì)臺(tái)站設(shè)備實(shí)施綜合防雷工程。 

　　1 接地系統(tǒng) 

　　用于自動(dòng)氣象站的防雷工程務(wù)必做好系統(tǒng)接地，即：連線堅(jiān)固、地網(wǎng)可靠、泄流暢通�？傊�，在一個(gè)工作區(qū)域內(nèi)，盡量將值班室內(nèi)的計(jì)算機(jī)、采集器、配電柜、通訊機(jī)柜及通信電纜等統(tǒng)籌考慮，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(gè)聯(lián)合接地網(wǎng)，臺(tái)站內(nèi)各類(lèi)接地線應(yīng)從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入，擴(kuò)大地網(wǎng)范圍，增強(qiáng)整體防雷能力。 

　　“接地”是避雷技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，無(wú)論直擊雷、感應(yīng)雷或其他形式的雷，都將通過(guò)接地裝置導(dǎo)入大地。因此，沒(méi)有合理而良好的接地裝置，就不能有效地進(jìn)行防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好電氣連接的裝置稱(chēng)為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對(duì)接閃器閃擊的電荷盡快泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。 

　　1．1 地網(wǎng)的設(shè)計(jì) 

　　對(duì)于室外氣象觀測(cè)場(chǎng)，地網(wǎng)采用閉合環(huán)形較好如圖1所示。氣象觀測(cè)場(chǎng)大小為25 m×25 m，考慮到施工方便，環(huán)行地網(wǎng)應(yīng)設(shè)計(jì)為26 m×26 m為宜。四角各設(shè)垂直接地體一根，四邊各增設(shè)4～5根，垂直接地體長(zhǎng)度為2．0～2．5 m，垂直接地體的間距為自身長(zhǎng)度的1．5～2倍。水平接地體與垂直接地體相交的焊接點(diǎn)應(yīng)做防腐處理。接地體埋設(shè)深度應(yīng)≥600 mm。觀測(cè)場(chǎng)接地電阻要求：公頻接地電阻應(yīng)≤4 Ω，對(duì)于采用組合單環(huán)水平接地方式仍不能滿(mǎn)足要求的場(chǎng)地，可采用多根環(huán)行水平接地體或增加輻射式延伸接地體，延伸接地體長(zhǎng)度應(yīng)限制在10～30 m。在鋪設(shè)地網(wǎng)的同時(shí)，應(yīng)根據(jù)觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)地面設(shè)備接地的位置，將引下線預(yù)先由地網(wǎng)引出。既要考慮設(shè)備就近接地，又要兼顧環(huán)行地網(wǎng)引下線的均勻分布。 

　　自動(dòng)氣象站場(chǎng)、室宜采用共用接地系統(tǒng)。該接地系統(tǒng)由工作室地網(wǎng)與室外觀測(cè)場(chǎng)地網(wǎng)共同組成，如圖1所示，兩地網(wǎng)間的連接應(yīng)使用組合式接地體進(jìn)行連接。連接帶的埋設(shè)深度應(yīng)≥600mm。 

　　1．2 主要接地標(biāo)準(zhǔn) 

　　由于雷電浪涌電流較大，頻譜較寬且持續(xù)時(shí)間短，避雷系統(tǒng)的接地電阻要求應(yīng)足夠小，工頻接地電阻應(yīng)≤4 Ω。為增大地表層的泄放面積，可采用埋設(shè)有一定間隔(3～5 m)的多根接地體，且相互焊接。接地體宜采用熱鍍鋅鋼材，其規(guī)格要求如下：鋼管φ50 mm；壁厚≥3．5 mm；角鋼≥50mm×50mm×5mm；扁鋼≥40mmm×4mm。 

　　2 接閃裝置和引下線 

　　自動(dòng)氣象站觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)的所有觀測(cè)設(shè)備均在直擊雷范圍，必須用避雷針進(jìn)行保護(hù)，可利用風(fēng)桿或風(fēng)塔作為避雷針的引下線或使用獨(dú)立引下線。 

　　對(duì)于防直擊雷，一般主要采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等傳統(tǒng)避雷裝置，只要設(shè)計(jì)規(guī)范，安裝合理，這些避雷設(shè)施便能對(duì)直擊雷進(jìn)行有效的防御，這種方法經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。但要注意，由于避雷針、帶接觸雷擊的強(qiáng)度較大、范圍較廣，首先要確保其具有良好的電流泄放通道。 

　　避雷針應(yīng)選用直徑≥16mm的圓鋼，針尖應(yīng)沾銅。其長(zhǎng)度宜在1 200～1 500 mm，避雷針的引下線可利用風(fēng)桿或風(fēng)塔入地，也可采用獨(dú)立引下線。若使用獨(dú)立引下線，為增大引下線的集膚效應(yīng)，宜采用截面積≥50 mm2的多股銅線。使用風(fēng)桿做引下線的拉線應(yīng)通過(guò)絕緣等級(jí)為35 kV(1．2／50μs)以上的絕緣子與風(fēng)桿絕緣。觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)金屬?lài)鷻�，百葉箱支架、雨量器、蒸發(fā)、自動(dòng)氣象站信號(hào)轉(zhuǎn)接箱金屬外殼等應(yīng)就近與觀測(cè)場(chǎng)地網(wǎng)連接。 

　　3 室內(nèi)設(shè)備要可靠接地 

　　室內(nèi)設(shè)備接地要求必須有盡量小的電感量。引線不宜采用扁平編織線或絞合線，因?yàn)檫@種線電感量較大，不利于雷擊電流的泄放，且容易被腐蝕。要盡可能使用3 mm以上的實(shí)心導(dǎo)線，且最好是相同的金屬材料。禁止兩種不同金屬材料混用。  

　　自動(dòng)氣象站室內(nèi)設(shè)備主要有微機(jī)、打印機(jī)、UPS電源以及計(jì)算機(jī)通訊系統(tǒng)等組成。值班室本身應(yīng)具備有效的防直擊雷措施、良好的接地體，工頻接地電阻應(yīng)<4Ω