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【摘 要】近些年来一些自动气象站观测系统虽然实施了防雷安全保护措施，但是仍然会经常受到雷击侵害，究其根本原因包括：位于户外的自动气象站设备的工作环境、不耐雷电电涌性以及观测场的雷电安全防护设计与施工过程存在问题。对观测场雷电安全防护设计与施工中的问题进行分析后，提出解决改进方案，并且基于自动气象站观测场设备的性能基础，全面地阐述自动气象站的观测雷电防护措施。
【关键词】自动气象站观测场；雷电安全；防护措施
0.引言
近年来，气象事业的发展步伐逐渐快速化，自动化气象站观测系统代替了以前手工的观测手段。自动化气象观测系统主要由电子传感器系统、数据收集分析系统、电能供给系统和其他相关系统组成。其中电子传感器系统、数据收集系统安设在室外的观测场防雷区内，但是现代化的电子仪器设备普遍存在绝缘强度性低、对电磁干扰敏感以及过电压耐受能力差的问题。
若雷电防护工作不够到位，发生雷击就不仅会对气象数据采集系统产生影响，还有可能会对整体的观测系统造成损害，甚至造成系统瘫痪。因此要采取有效的雷电安全防护措施和改进方案，全面保障观测场的正常稳定运行，这对于整个自动化气象观测站的稳定运作来讲，是十分重要的。
1.观测场雷电安全防护常见问题与改进措施
1.1常见问题
1.1.1风向和风速信号线、避雷针引线布线不合理问题
一些自动气象站的风向、风速信号线仅考虑到布线美观需要，没有单独穿金属管来做好保护，与风杆上避雷针引下线在风杆金属管内并行引下。这相当于将风向、风速信号电缆敷设在避雷针引下线上，严重违反了文献[1]第3.5.6条的规定。这是自动气象站观测系统正常运转工作中的严重隐患。当发生触闪情况时，即使风向、风速信号线采用了带屏蔽层的电缆，但是其屏蔽层无法将避雷针接闪后的雷击电磁脉冲全部屏蔽[1]41，风向、风速信号线上所承受的电涌电压高于采集器电子元件的承受能力，这会导致采集器的工作无法正常进行，甚至损坏。所以针对布线不合理的问题，需要及时采取金属化的保护方法，防止雷击的电磁脉冲侵入到电子设备里造成设备损坏。
1.1.2风杆上避雷针引下线接地点和其他接地点之间的距离问题
按照电压值相同、电位值等同的相关规定，需要构建一套观测场内共用接地系统以保证电子设备和自动检测系统的电位电压稳定正常。其中要将避雷针引下线线接地、屏蔽接地、金属设备接地、保护设备接地等都接入观测场的共用地网。但是由于自动气象站观测设计不合理以及施工人员无法全面正确的理解等电位和共用接地的概念，在实际施工过程中会出现胡乱安装的情况，给观测场的设备埋下安全隐患，尤其是上述的观测场地内接地点之间的距离的问题。所以在确定自动站气象站设备的位置并以及观测场内的连接时，为了避免风杆上避雷针触闪所产生的电流通过地网泄放而对附近接地设备产生干扰，应按照文献[2]第5.2.5条要求，观测场内风杆上避雷针引下线接地点和其他接地点之间的距离应大于10m。
1.1.3电缆屏蔽层单点接地或者不接地的问题
屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，自动气象站观测场电子设备采用金属外壳，各种传输线路采用屏蔽电缆并穿金属管埋地敷设都是为了减少电磁干扰的感应效应所采用的屏蔽保护措施。而且电缆屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接[1]28。实际工作中防雷工程施工人员往往忽视了文献[1]第6.3.1 条的要求，电缆屏蔽层单点接地或不接地。但是屏蔽层仅一端做等电位连接和另一端悬浮时，只能防止静电感应，防止不了磁场强度变化所感应的电压。这对电子信号的稳定通畅都会产生不好的影响。
1.2针对性改进措施
措施一：避雷针与风杆之间绝缘，风向、风速信号线穿金属风杆引下，风向、风速信号线使用金属杆表面接地，金属风向杆做好接地，避雷针引下线沿金属风向杆的斜拉线引至观测场地网。
措施二：将风向、风速信号线全程穿金属管（槽）沿金属风杆的斜拉线引下，金属管（槽）做好接地。风向杆避雷针引下线穿金属风向杆引至观测场地网。观测场内设备的金属支架、箱体等均应与地网作等电位连接。
措施三：对电缆屏蔽层全程做好不少于两处的接地处理。电缆屏蔽层一端和室内等电位连接另一端与观测场设备金属外壳连接。外壳相连并接地。另一端应与工作室内等电位连接带相连。而在实际中往往只重视一端接地而忽视了另一端。
措施四：在确定自动站气象站设备的位置并以及观测场内的连接时，风杆上避雷针引下线与观测场上其它接地点之间的距离控制在10m以上。
2.观测场设备防雷性能探究
2.1电源部分
为防护雷电波和其它瞬间过压沿着电源通道损坏采集器和其它设备，设备生产商在采集器的电源部分设计了三段保护：输入端位于前段，具有过流保护作用并且安装了电流浪涌放电器；中段为中继和RF过滤；后段为精细箝位保护。基于以上防护设计，设备的防雷性能达到相关技术指标：雷击感应电压低于5kV，雷击感应电流低于1700A，响应时间短于s。
2.2信号通道防雷板
为了保证自动站信号传输电缆正常工作，避免传输电缆带来的损坏和干扰，各路传感器的信号要通过50个通道的防雷板，再进入到数据采集核心。可以看出，自动气象站的数据采集器系统具有一定防范雷电电涌电压过高及过流保护功能。同时生产商的材料显示出每个通道都有防雷电感应的功能，其技术指数达到CCITT 有关防雷标准。但对处于观测场的设备，仅靠设备生产商提供的这些雷电防护措施是无法满足防雷的需要的，仍需要在此基础上设置全面的雷电防护措施，才能保证自动气象站观测场设备的安全。
3.自动气象观测站雷电安全防护措施
3.1直击雷防护
气象观测场位于空旷的地带，场内的仪器设备突出，特别是10m以上高度的自动站风杆和人工风杆，很容易遭受到直接雷闪击。而风杆风杆受损会导致室外设备受到毁灭性的损害，因此要保证全观测场内的设备仪器均处于避雷针的有效覆盖范围内；将避雷针内线沿风杆顶部引导线接入地网，引线需加以电子屏蔽保护措施，并保证导线与绝缘等级较高的电子绝缘点以和风杆之间具有有效绝缘，并且芯线内部的多股缠绕铜线及其截面积应满足相关技术指标要求；当出现风杆无拉线的情况时，导线可通过风杆径直表面接入地网，并在导线接地处周围设置数枚纵向接地体，作为观测场地网的安全电气连接体，其连接点与其它仪器在观测场地接地点的距离应大于10m。
3.2雷击电子脉冲防护
对自动气象站来说，雷击电磁脉冲主要通过与自动气象站设备连接的电源线、信号线路等侵入各种设备，通过风杆上避雷针对观测场内设备实施直击雷保护措施后，气象站观测场内的所有设备均处于雷电防护区，但是由于区内的电磁场强度仍然保持在高强度状态，还需要采取雷击电子脉冲防护措施以减少电磁场的辐射从而保证电子观测系统的稳定运行。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施[1]133。因此风向、风速数据收集线应使用带屏蔽层的电缆经金属风杆内敷设，收集线的外屏蔽层首末两端与风杆做可靠的电气连接，风杆电气连接观测场地网。当数据传输线无法敷设在金属风杆内或采用金属塔作为支撑物时，应将数据收集线穿金属管垂直敷设，金属管首尾应电气贯通，金属塔要做好与观测场地网的连接。观测场的设备电源线路、数据收集线路应使用带屏蔽层的电缆，并穿金属管埋地敷设，金属管和数据传输线的外屏蔽层应就近连接于电缆沟处或外转接盒处。当金属套管的长度超过2 倍土壤电阻率时，应增加其他接地位点。
4.结束语
气象观测是国民经济建设息息相关，而气象观测场的防雷安全工作又是做好气象预测工作的保障。气象站观测场系统雷电安全防护是一项综合性工程，在实践过程中，需要考虑到防护的各个方面，才能达到理想的效果。对气象观测场的防雷安全措施要给与足够的重视，做好每个细节，才能有效减少雷击灾害事件的发生。
【参考文献】
[1]国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部.建筑物防雷设计规范 GB5005794（2000年版）[S].北京：中国计划出版社，2001.
[2]中国气象局.气象台（站）防雷技术规范QX4-2000：8～9.
[3]张娟.自动气象站观测场防雷接地制式的技术分析[J].气象研究与应用，2012（12）.
[4]李进，阮志文.地面气象观测站场室防雷改造[J]. 气象水文海洋仪器，2013（09）.
[5]戴世昆.晏敏自动气象站的雷电防护措施[J].广西气象，2005，26（3）：8-10.
【关键词】自动气象站观测场；雷电安全；防护措施
0.引言
近年来，气象事业的发展步伐逐渐快速化，自动化气象站观测系统代替了以前手工的观测手段。自动化气象观测系统主要由电子传感器系统、数据收集分析系统、电能供给系统和其他相关系统组成。其中电子传感器系统、数据收集系统安设在室外的观测场防雷区内，但是现代化的电子仪器设备普遍存在绝缘强度性低、对电磁干扰敏感以及过电压耐受能力差的问题。
若雷电防护工作不够到位，发生雷击就不仅会对气象数据采集系统产生影响，还有可能会对整体的观测系统造成损害，甚至造成系统瘫痪。因此要采取有效的雷电安全防护措施和改进方案，全面保障观测场的正常稳定运行，这对于整个自动化气象观测站的稳定运作来讲，是十分重要的。
1.观测场雷电安全防护常见问题与改进措施
1.1常见问题
1.1.1风向和风速信号线、避雷针引线布线不合理问题
一些自动气象站的风向、风速信号线仅考虑到布线美观需要，没有单独穿金属管来做好保护，与风杆上避雷针引下线在风杆金属管内并行引下。这相当于将风向、风速信号电缆敷设在避雷针引下线上，严重违反了文献[1]第3.5.6条的规定。这是自动气象站观测系统正常运转工作中的严重隐患。当发生触闪情况时，即使风向、风速信号线采用了带屏蔽层的电缆，但是其屏蔽层无法将避雷针接闪后的雷击电磁脉冲全部屏蔽[1]41，风向、风速信号线上所承受的电涌电压高于采集器电子元件的承受能力，这会导致采集器的工作无法正常进行，甚至损坏。所以针对布线不合理的问题，需要及时采取金属化的保护方法，防止雷击的电磁脉冲侵入到电子设备里造成设备损坏。
1.1.2风杆上避雷针引下线接地点和其他接地点之间的距离问题
按照电压值相同、电位值等同的相关规定，需要构建一套观测场内共用接地系统以保证电子设备和自动检测系统的电位电压稳定正常。其中要将避雷针引下线线接地、屏蔽接地、金属设备接地、保护设备接地等都接入观测场的共用地网。但是由于自动气象站观测设计不合理以及施工人员无法全面正确的理解等电位和共用接地的概念，在实际施工过程中会出现胡乱安装的情况，给观测场的设备埋下安全隐患，尤其是上述的观测场地内接地点之间的距离的问题。所以在确定自动站气象站设备的位置并以及观测场内的连接时，为了避免风杆上避雷针触闪所产生的电流通过地网泄放而对附近接地设备产生干扰，应按照文献[2]第5.2.5条要求，观测场内风杆上避雷针引下线接地点和其他接地点之间的距离应大于10m。
1.1.3电缆屏蔽层单点接地或者不接地的问题
屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，自动气象站观测场电子设备采用金属外壳，各种传输线路采用屏蔽电缆并穿金属管埋地敷设都是为了减少电磁干扰的感应效应所采用的屏蔽保护措施。而且电缆屏蔽层应至少在两端并宜在防雷区交界处做等电位连接[1]28。实际工作中防雷工程施工人员往往忽视了文献[1]第6.3.1 条的要求，电缆屏蔽层单点接地或不接地。但是屏蔽层仅一端做等电位连接和另一端悬浮时，只能防止静电感应，防止不了磁场强度变化所感应的电压。这对电子信号的稳定通畅都会产生不好的影响。
1.2针对性改进措施
措施一：避雷针与风杆之间绝缘，风向、风速信号线穿金属风杆引下，风向、风速信号线使用金属杆表面接地，金属风向杆做好接地，避雷针引下线沿金属风向杆的斜拉线引至观测场地网。
措施二：将风向、风速信号线全程穿金属管（槽）沿金属风杆的斜拉线引下，金属管（槽）做好接地。风向杆避雷针引下线穿金属风向杆引至观测场地网。观测场内设备的金属支架、箱体等均应与地网作等电位连接。
措施三：对电缆屏蔽层全程做好不少于两处的接地处理。电缆屏蔽层一端和室内等电位连接另一端与观测场设备金属外壳连接。外壳相连并接地。另一端应与工作室内等电位连接带相连。而在实际中往往只重视一端接地而忽视了另一端。
措施四：在确定自动站气象站设备的位置并以及观测场内的连接时，风杆上避雷针引下线与观测场上其它接地点之间的距离控制在10m以上。
2.观测场设备防雷性能探究
2.1电源部分
为防护雷电波和其它瞬间过压沿着电源通道损坏采集器和其它设备，设备生产商在采集器的电源部分设计了三段保护：输入端位于前段，具有过流保护作用并且安装了电流浪涌放电器；中段为中继和RF过滤；后段为精细箝位保护。基于以上防护设计，设备的防雷性能达到相关技术指标：雷击感应电压低于5kV，雷击感应电流低于1700A，响应时间短于s。
2.2信号通道防雷板
为了保证自动站信号传输电缆正常工作，避免传输电缆带来的损坏和干扰，各路传感器的信号要通过50个通道的防雷板，再进入到数据采集核心。可以看出，自动气象站的数据采集器系统具有一定防范雷电电涌电压过高及过流保护功能。同时生产商的材料显示出每个通道都有防雷电感应的功能，其技术指数达到CCITT 有关防雷标准。但对处于观测场的设备，仅靠设备生产商提供的这些雷电防护措施是无法满足防雷的需要的，仍需要在此基础上设置全面的雷电防护措施，才能保证自动气象站观测场设备的安全。
3.自动气象观测站雷电安全防护措施
3.1直击雷防护
气象观测场位于空旷的地带，场内的仪器设备突出，特别是10m以上高度的自动站风杆和人工风杆，很容易遭受到直接雷闪击。而风杆风杆受损会导致室外设备受到毁灭性的损害，因此要保证全观测场内的设备仪器均处于避雷针的有效覆盖范围内；将避雷针内线沿风杆顶部引导线接入地网，引线需加以电子屏蔽保护措施，并保证导线与绝缘等级较高的电子绝缘点以和风杆之间具有有效绝缘，并且芯线内部的多股缠绕铜线及其截面积应满足相关技术指标要求；当出现风杆无拉线的情况时，导线可通过风杆径直表面接入地网，并在导线接地处周围设置数枚纵向接地体，作为观测场地网的安全电气连接体，其连接点与其它仪器在观测场地接地点的距离应大于10m。
3.2雷击电子脉冲防护
对自动气象站来说，雷击电磁脉冲主要通过与自动气象站设备连接的电源线、信号线路等侵入各种设备，通过风杆上避雷针对观测场内设备实施直击雷保护措施后，气象站观测场内的所有设备均处于雷电防护区，但是由于区内的电磁场强度仍然保持在高强度状态，还需要采取雷击电子脉冲防护措施以减少电磁场的辐射从而保证电子观测系统的稳定运行。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施[1]133。因此风向、风速数据收集线应使用带屏蔽层的电缆经金属风杆内敷设，收集线的外屏蔽层首末两端与风杆做可靠的电气连接，风杆电气连接观测场地网。当数据传输线无法敷设在金属风杆内或采用金属塔作为支撑物时，应将数据收集线穿金属管垂直敷设，金属管首尾应电气贯通，金属塔要做好与观测场地网的连接。观测场的设备电源线路、数据收集线路应使用带屏蔽层的电缆，并穿金属管埋地敷设，金属管和数据传输线的外屏蔽层应就近连接于电缆沟处或外转接盒处。当金属套管的长度超过2 倍土壤电阻率时，应增加其他接地位点。
4.结束语
气象观测是国民经济建设息息相关，而气象观测场的防雷安全工作又是做好气象预测工作的保障。气象站观测场系统雷电安全防护是一项综合性工程，在实践过程中，需要考虑到防护的各个方面，才能达到理想的效果。对气象观测场的防雷安全措施要给与足够的重视，做好每个细节，才能有效减少雷击灾害事件的发生。
【参考文献】
[1]国家质量技术监督局，中华人民共和国建设部.建筑物防雷设计规范 GB5005794（2000年版）[S].北京：中国计划出版社，2001.
[2]中国气象局.气象台（站）防雷技术规范QX4-2000：8～9.
[3]张娟.自动气象站观测场防雷接地制式的技术分析[J].气象研究与应用，2012（12）.
[4]李进，阮志文.地面气象观测站场室防雷改造[J]. 气象水文海洋仪器，2013（09）.
[5]戴世昆.晏敏自动气象站的雷电防护措施[J].广西气象，2005，26（3）：8-10.