自动气象站存在的雷电隐患及其防护措施

2022-09-10

1 自动气象站概况

对于自动气象站来说是技术性很强的综合性电子电气设备系统, 它主要是集计算机计算处理数据、通信、数据存储、数据自动采集、传输和数据存储等技术为一体。通常情况下, 一个完整的自动气象站主要包括雨量传感器、风向传感器、风速传感器、地温传感器和蒸发传感器等不同气象要素的传感器、计算机处理系统以及数据采集器等组成。其中, 室外的空旷处主要安装了不同气象要素的传感器, 而计算机系统和数据采集器主要在室内安装[1]。为了确保高大建筑物和工作人员的安全, 大部分自动气象站都安装了避雷针或者是避雷带, 但是这些避雷设备并不能有效阻值雷电以电磁波的形式对各种气象要素传感器的入侵。各种气象要素的传感器一旦遭受雷击, 就可能对整个自动气象站的正常运行造成影响, 然而自动气象站的主要工作就是连续安全的运行, 所以做好自动气象站的防雷工作至关重要[2]。

2 自动气象站的防雷隐患

2.1 室外设备的防雷隐患

由于自动气象站不同气象要素的传感器安装在室外, 这些气象要素传感器由于特殊的环境以及自身对电磁干扰敏感性的特点很容易存在防雷隐患, 这些防雷隐患主要包括有以下几点。一是为了气象观测的需要, 自动气象站的室外设备都在观测场内进行安装, 观测场的周围不能存在有高大建筑物, 同时还要十分开阔。加上传感器为了有效感知各种气象因素的需要, 传感器的探头都是由敏感性很强的金属物体制成的, 这在一定程度上提升了雷击对传感器造成的破坏。二是由于风向和风速传感器安装的特殊位置, 所以在其周围安装了避雷针, 即使风向、风速的感应器均在避雷针保护的范围内。但如果雷电击中感应器的风杆, 雷电中的雷电波就会借助于风杆向室内采集器中的传输电缆线中进行传播, 电缆线中会有感应电磁脉冲产生从而使室内的设备造成不同程度的破坏。三是当出现雷电时, 如果观测场的避雷针受到雷击后在局部会有强大的高电位以及电磁场产生, 电磁场会经过室外的各种气象要素传感器的信号电缆在设备上进行耦合, 从而对相关设备造成破坏, 如果局部有强大的高电位产生会使各气象要素传感器的金属探头因为受到电位反击而破损。

雷电电磁脉冲干扰主要是借助于辐射耦合或者是传导耦合的方式将其传送到自动气象站中, 造成自动气象站受到损坏或者失效。通常情况下, 一旦雷电入侵到自动气象站除了阻性耦合对反击电压造成影响外, 其他耦合方式主要是顺着电源线、不同气象要素的传感器到采集器, 然后再通过采集器到主控微机之间的通道上、网络的通信线路进行入侵。雷电入侵又可以分为两种。一是对自动站供电线路的入侵。在电力线进入自动气象站室内之前很有可能受到直击雷或者感应雷, 高压线被直击雷击中之后会在变压器耦合的作用下将高压转换成低压进行入侵;如果建筑物或者建筑物周围被闪电击中时, 雷电中的一部分雷电流会借助于引下线泄放进入大地, 而另一部分的雷电流则借助于电路中的保护地线、零线和布线过程中的接地线通过脉冲波的形式入侵到室内, 从而对相关设备造成破坏。二是入侵通信线路。如果自动气象站周围对直击雷的防护不到位时, 高层建筑物或者是地面突出的物体一旦遭受到雷击, 雷电中的过电压会击穿地面上的土壤或者是破坏建筑物。

2.2 室内设备的防雷隐患

自动气象站中的计算机处理系统、气压传感器以及数据采集器主要在室内进行安装, 这些室内设备并不同于室外设备, 电磁脉冲很容易对其造成损坏。雷电中的电磁脉冲不仅会借助于采集器的传感器系统对设备造成不同程度的破坏, 还会通过电源线路对电子设备造成损坏, 如果损坏非常严重会导致整个自动气象站的气象系统出现瘫痪。此外, 如果自动气象站的接地系统不符合相关规定要求, 就会使电子设备之间出现电位差, 从而对自动气象站中的相关电子设备造成破坏。

3 自动气象站的雷电防护措施

3.1 对管道和设备进行等电位连接

对自动气象站来说, 首先, 需要对一部分分开的导体借助于金属装置进行连接, 一旦雷击出现会使这些导体之间的电位差大大降低, 从而降低雷击电压。其次, 对建筑物中的消防管道、线路屏蔽管、金属水管等一些常见的导电装置应使用导体装置将它们之间进行互相连接;同时, 要和接地装置合并为一体, 可以有效地将这些导体之间存在的电位差降低, 在出现雷击时, 不会因为有较高的电位差而产生电流。另外, 需要注意的是, 在对管道和相关设备进行等电位连接时, 要在连接导体的区域处留出等电位的端口, 这种做法的优点是方便以后对新的设备进行接地连接。

3.2 线路接闪器和纳米磁阻流器相结合

一般情况下, 电源的开关可以对电源进行有效的控制, 但是在使用开关的过程中经常会有很强的电磁场产生, 如果遇到雷暴天气时, 此时使用开关很容易使开关产生电磁感应从而出现跳闸现象。通过查找相关资料不难发现, 如果导体一旦被雷电击中, 这时的输电线路就会跳闸, 而此时的跳闸现象就是输电线爆炸和燃烧的主要因素。因此, 对于自动气象站来说, 降低或者是避免因雷击造成的跳闸, 可以有效防止因雷电造成的输电线线路燃烧和爆炸事故, 使雷电带来的负面影响大大降低。相关科学研究表明, 将线路接闪器和纳米磁阻流器进行科学有效的结合可以有效防止电磁干扰, 最大限度地降低电磁干扰对电源开关的影响, 降低因雷电造成的输电线路跳闸率。

3.3 对建筑物内外之间的导电线路或者是电子设备进行屏蔽

不管是高层建筑物还是低层建筑物, 其内外部都有导电体存在, 对于自动气象站中的建筑物也不例外。如阳台护栏、钢筋、铁门及钢窗等都是建筑物外部常见的导电体。当雷暴天气出现时, 这些导电体的周围会有磁场形成从而产生电流, 所以, 做好自动气象站中建筑物外部导电体的接地屏蔽, 可以有效阻止雷电借助于外部导体将电流带进建筑物的内部, 从而保护建筑物内部设备的安全。另外, 还要对建筑物内部的电子设备进行电磁屏蔽, 此种方法也通过金属导体将建筑物内的电子设备进行连接封闭, 在一定程度上拦截雷电产生的电流, 从而保护电子设备, 确保电子设备可以正常工作。