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自动气象站雷电防护技术的研究


自动气象站雷电防护技术的研究 摘要:近年来,随着科学技术的发展,自动气象站已在气象业务系统得到了 广泛的应用。 但由于自动站主要是由大量电子设备构成, 且一般都位于地势孤立、 四周相对开阔的位置, 因而增加了雷击概率和风险,也影响了气象业务的正常运 行。 并且自动气象站对电磁干扰也特别敏感,作为自然干扰源的雷电放电可以说 是自动气象站正常运行的隐形杀手, 所以必须加强对于自动气象站的雷电防护技 术。本文通过对自动气象站存在的隐患以及相关技术 关键词:自动气象站 雷电防护 防护措施 1 引言 自动气象站是开展精细化预报所不可或缺的气象源, 也是大气勘测地基系统 的重要组成部分之一, 并且它还是使用非常广泛的地面气象勘测系统以及中小尺 度的气象预报的重要勘测手段。 自动气象站采集器等电子设备对电磁脉冲特别敏 感,抗雷电过电压的能力脆弱.然而雷电其峰值电流大,时间短,可以瞬间产生 极强的电磁脉冲, 所以在实际业务运行中非常容易受到雷电损害。据陕西省气象 局的统计, 就 2007 年 13 个自动气象站因雷击遭到破坏,其中有 4 个特种观测设 备;湖南永州气象局 2003 年 6 月由于雷击造成自动站计算机系统和测报计算机 系统处于瘫痪,采集器、风自动传感器、计算机主板、打印机、MODEM 等均被 打坏,损失严重。因此,预防雷电过电压损害,已成为自动气象站网络可靠性设 计的重要组成部分。 2 自动气象站的雷击隐患 2.1 自动气象站的介绍 自动气象站用于对大气温度、相对湿度、风向、风速、雨量、气压、太阳辐 射、土壤温度、土壤湿度、能见度等众多气象要素进行全天候现场监测。具有手 机气象短信服务功能, 可以通过多种通讯方法与气象中心计算机进行通讯,将气 象数据传输到气象中心计算机气象数据库中,用于对气象数据统计分析和处理。 一般情况下气象站都安装有避雷针、 避雷带来保护高大建筑物及内部工作的 人员, 避免被雷电击中, 但是这些避雷设备却不能阻止雷电的电磁波侵入到各种 气象传感器中。 气象传感器遭到电磁侵袭, 就可能导致整个气象站无法正常工作, 然而自动气象站必须连续且安全的工作, 因此对于自动气象站的防雷是十分必 要的。 2.2 设备的雷击隐患 2.2.1 室外设备的雷击隐患 自动气象站的室外设备主要是各种气象要素传感器, 而由于这些传感器的特 殊布置环境和自身对电磁干扰敏感的特点,使其存在雷击隐患,这些隐患大致如 下: (1)由于气象观测的需要,气象站的室外设备均安装在观测场内,而观测 场的周围要十分开阔, 不能有高大的建筑物。加之气象因素的传感器由于感知各 种气象因素的需要, 探头均是由敏感性很高的金属体制成,这样加大了传感器被 雷击的概率。 (2)虽然最易遭受雷电袭击的风向和风速感应器均采取了一定的措施来进 行保护, 但若感应器的风杆遭到雷击,雷电波就会顺着风杆传向室内采集器的传 输电缆线,电缆线感应电磁脉冲进而会损坏室内设备。 (3)观测场的避雷针遭受雷击的瞬间会产生强大的电磁场和局部高电位, 电 磁场会经常安装在室外的感应器的信号电缆耦合到设备,造成设备损坏,高电位 会使感应器的金属探头遭受电位反击而损坏。 2.2.2 室内设备的雷击隐患 自动气象站的室内设备主要是气压感应器、数据采集器和计算机处理系统, 这些室内设备比室外设备更加脆弱,更易因电磁脉冲而损坏。雷电电磁脉冲可以 通过采集器的传感线路损坏设备,也可以通过电源线路损坏电子设备,这些损坏 甚至会造成整个自动气象系统的瘫痪;另外如果接地系统的接地不规范,会导致 电子设备之间产生电位差,也

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