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摘 要：本文主要对雷电对自动气象站的入侵途径及损坏原因进行研究，对自动气象站的综合防雷工程设计原则与实现方案提出了自己的观点，以供同仁参考。
关键词：自动气象站;雷电入侵途径;损坏原因;设计原则;实现方案
0 引言
雷电是一种自然现象，其巨大能量所造成的破坏令人生畏而又难以预测。随着科技的进步和我国气象现代化建设的发展，自动气象站的普及大大提高了气象观测的质量、增强了灾害性天气预测的准确度。然而，自动气象站也因其安装位置及系统结构的特殊性，在运行过程中较容易遭受雷电的侵袭，影响其安全运行。本文主要對对雷电对自动气象站的入侵途径及损坏原因进行研究，对自动气象站的综合防雷工程设计原则与实现方案提出了自己的观点，以供同仁参考。
1 雷电引入自动气象站的途径以及损坏原因
自动站雷电引入的主要途径有：一是直击雷直接击中架空线缆，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;二是静电感应或电磁感应，感应出过电压，通过线缆引入室内;三是由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生10KV以上的高电位，通过引下线，电力系统的零线、保护接地线和通信系统的地线，也是以波的形式引入室内，并沿着导线传播到远处，殃及更大的范围。
自动站仪器设备被雷击损坏的原因：一是雷电产生强加热效应和电动力作用使被击物体损坏;二是由于静电感应和电磁感应作用，使导体产生火花，引起爆炸或灾害;三是由于闪电或静电释放引起的通电瞬变，通过上述几种途径侵入到网络系统中。中接地技术或等电位处理不当引起地电位反击;四是瞬态电位抬高使仪器设备损坏。
2 自动气象站的综合防雷工程设计原则与实现方案
现代防雷技术是多学科、多行业相互合作、协调、配合，相互联系的系统工程。具体来说，自动气象站防雷包括外部防雷（直击雷）和内部防雷（感应雷、雷电波侵入）两个部分。
2.1 外部防雷
自动气象站外部防雷，主要依据《GB50057-2000建筑物防雷设计规范》、《QX/T4-2000气象台（站）防雷技术规范》、（（QX 30-2004自动气象站场室防雷技术规范》，结合当地年平均雷暴日数、建筑物年预计雷击次数和建筑物自身的有关资料，进行防雷分类。一般情况下，自动气象站的防雷宜按照第二类防雷建筑物要求设计。利用自动气象站内高为10.3m 的风杆，在风杆顶上安装避雷针，避雷针安装高度超过风杆顶5m（见图1）。用滚球法确定自动气象站接闪器的保护范围为34m。防雷接地装置接地电阻小于4Ω。该避雷针可保护自动气象站内的所有仪器设备，免受直击雷的侵害。
2.2 内部防雷
内部防雷主要考虑两个部分即电源系统和信号系统。
电源系统一般采用TN-S或TN-C-S系统供电力方式，要进行多级防雷保护，要分别安装40KA，20KA，1OKA的电源SPD，在每台计算机电源与UPS之间安装插座式避雷器，防止雷电波侵入造成电源系统及相关设备损坏。在电源的总进线处安装第一级SPD，在机房配电进线至UPS之间安装第二级SPD，在采集器前端安装第三级SPD，在每台计算机电源与UPS之间安装插座式SPD。为了补偿电源SPD之间的响应时间，SPD之间的安装距离要>20m。传感器和采集器电源要穿管埋地敷设。在值班室内设铜板汇流排，按局部等电位连接。电源SPD接地线、信号SPD接地线、所有设备外壳、金属管道直接接在汇流排上。
各种信号引线把感应浪涌电压波引入设备内部，破坏其芯片和接口，所以应在信号线之间加装信号防雷装置。同样要采用多级保护，在各级防雷区的过渡地带安装各种信号SPD。供电线路与信号线路要保证两种线路之间的安全间距。天馈线系统在相应部位安装匹配的信号SPD。对中继线穿金属管屏蔽接地，SLP和DLP是10对信号多级保护器，既能保证系统的掌运进行，又可在受到冲击时，将输出电压箱位在安全范围内。同时要做好屏蔽 <Shielding>及线缆敷设。屏蔽是防止雷电电磁脉冲（LEM）辐射对电子设备影响的最有效的方法，是减少电磁干扰的基木措施。电缆入户前应穿金属管并埋入地中直接埋地长度按L>2р 1/2计算，但不应小于15m。
2.3 接地
自动气象站的接地系统主要包括观测场接地系统和工作室接地系统：
2.3.1 对于室外气象观测场，地网采用闭合环形较好如图2所示。
气象观测场大小为25m×25m，考虑到施工方便，环行地网应设计为26m×26m为宜。四角各设垂直接地体一根，四边各增设4～5根，垂直接地体长度为2.0～2.5m，垂直接地体的间距为自身长度的1.5～2倍。水平接地体与垂直接地体相交的焊接点应做防腐处理。接地体埋设深度应≥600mm。观测场接地电阻要求：公频接地电阻应≤4Ω，对于采用组合单环水平接地方式仍不能满足要求的场地，可采用多根环行水平接地体或增加辐射式延伸接地体，延伸接地体长度应限制在10～30m。在铺设地网的同时，应根据观测场内地面设备接地的位置，将引下线预先由地网引出。既要考虑设备就近接地，又要兼顾环行地网引下线的均匀分布。自动气象站场、室宜采用共用接地系统。该接地系统由工作室地网与室外观测场地网共同组成，如图2所示，两地网间的连接应使用组合式接地体进行连接。连接带的埋设深度应≥600mm。
2.3.2 室内设备要可靠接地
室内设备接地要求必须有尽量小的电感量。引线不宜采用扁平编织线或绞合线，因为这种线电感量较大，不利于雷击电流的泄放，且容易被腐蚀。要尽可能使用3mm以上的实心导线，且最好是相同的金属材料。禁止两种不同金属材料混用。自动气象站室内设备主要有微机、打印机、UPS电源以及计算机通讯系统等组成。值班室本身应具备有效的防直击雷措施、良好的接地体，工频接地电阻应<4Ω;观测场探测器到室内通讯线的感应雷防护由接口防雷保护器担任，并作可靠接地。在给自动气象站设备供电的UPS之前，需至少加装一级电源避雷器，并可靠接地。
3 结束语
自动气象站的防雷建设是综合各个领域防雷的一项专门技术。在进行防雷设计时，必须认真勘察站址所处的地理位置、环境条件，全面了解自动气象站各部分设备的技术参数，根据需要采用分流、均压、屏蔽、搭接、接地等保护措施进行合理的、完善的综合防雷设计。在防雷施工时，严格按照设计方案的要求，采用合格的防雷设备和材料，严格施工、监督和管理，并在实践中不断总结经验、不断完善，从而确保自动气象站的防雷安全，保障其在雷雨季节正常的运行。
参考文献：
[1]GB50057-94.建筑物防雷设计规范[S].
[2]QX3-2000.气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范[S].
[3]QX4-2000.气象台（站）防雷技术规范[S].
关键词：自动气象站;雷电入侵途径;损坏原因;设计原则;实现方案
0 引言
雷电是一种自然现象，其巨大能量所造成的破坏令人生畏而又难以预测。随着科技的进步和我国气象现代化建设的发展，自动气象站的普及大大提高了气象观测的质量、增强了灾害性天气预测的准确度。然而，自动气象站也因其安装位置及系统结构的特殊性，在运行过程中较容易遭受雷电的侵袭，影响其安全运行。本文主要對对雷电对自动气象站的入侵途径及损坏原因进行研究，对自动气象站的综合防雷工程设计原则与实现方案提出了自己的观点，以供同仁参考。
1 雷电引入自动气象站的途径以及损坏原因
自动站雷电引入的主要途径有：一是直击雷直接击中架空线缆，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;二是静电感应或电磁感应，感应出过电压，通过线缆引入室内;三是由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生10KV以上的高电位，通过引下线，电力系统的零线、保护接地线和通信系统的地线，也是以波的形式引入室内，并沿着导线传播到远处，殃及更大的范围。
自动站仪器设备被雷击损坏的原因：一是雷电产生强加热效应和电动力作用使被击物体损坏;二是由于静电感应和电磁感应作用，使导体产生火花，引起爆炸或灾害;三是由于闪电或静电释放引起的通电瞬变，通过上述几种途径侵入到网络系统中。中接地技术或等电位处理不当引起地电位反击;四是瞬态电位抬高使仪器设备损坏。
2 自动气象站的综合防雷工程设计原则与实现方案
现代防雷技术是多学科、多行业相互合作、协调、配合，相互联系的系统工程。具体来说，自动气象站防雷包括外部防雷（直击雷）和内部防雷（感应雷、雷电波侵入）两个部分。
2.1 外部防雷
自动气象站外部防雷，主要依据《GB50057-2000建筑物防雷设计规范》、《QX/T4-2000气象台（站）防雷技术规范》、（（QX 30-2004自动气象站场室防雷技术规范》，结合当地年平均雷暴日数、建筑物年预计雷击次数和建筑物自身的有关资料，进行防雷分类。一般情况下，自动气象站的防雷宜按照第二类防雷建筑物要求设计。利用自动气象站内高为10.3m 的风杆，在风杆顶上安装避雷针，避雷针安装高度超过风杆顶5m（见图1）。用滚球法确定自动气象站接闪器的保护范围为34m。防雷接地装置接地电阻小于4Ω。该避雷针可保护自动气象站内的所有仪器设备，免受直击雷的侵害。
2.2 内部防雷
内部防雷主要考虑两个部分即电源系统和信号系统。
电源系统一般采用TN-S或TN-C-S系统供电力方式，要进行多级防雷保护，要分别安装40KA，20KA，1OKA的电源SPD，在每台计算机电源与UPS之间安装插座式避雷器，防止雷电波侵入造成电源系统及相关设备损坏。在电源的总进线处安装第一级SPD，在机房配电进线至UPS之间安装第二级SPD，在采集器前端安装第三级SPD，在每台计算机电源与UPS之间安装插座式SPD。为了补偿电源SPD之间的响应时间，SPD之间的安装距离要>20m。传感器和采集器电源要穿管埋地敷设。在值班室内设铜板汇流排，按局部等电位连接。电源SPD接地线、信号SPD接地线、所有设备外壳、金属管道直接接在汇流排上。
各种信号引线把感应浪涌电压波引入设备内部，破坏其芯片和接口，所以应在信号线之间加装信号防雷装置。同样要采用多级保护，在各级防雷区的过渡地带安装各种信号SPD。供电线路与信号线路要保证两种线路之间的安全间距。天馈线系统在相应部位安装匹配的信号SPD。对中继线穿金属管屏蔽接地，SLP和DLP是10对信号多级保护器，既能保证系统的掌运进行，又可在受到冲击时，将输出电压箱位在安全范围内。同时要做好屏蔽 <Shielding>及线缆敷设。屏蔽是防止雷电电磁脉冲（LEM）辐射对电子设备影响的最有效的方法，是减少电磁干扰的基木措施。电缆入户前应穿金属管并埋入地中直接埋地长度按L>2р 1/2计算，但不应小于15m。
2.3 接地
自动气象站的接地系统主要包括观测场接地系统和工作室接地系统：
2.3.1 对于室外气象观测场，地网采用闭合环形较好如图2所示。
气象观测场大小为25m×25m，考虑到施工方便，环行地网应设计为26m×26m为宜。四角各设垂直接地体一根，四边各增设4～5根，垂直接地体长度为2.0～2.5m，垂直接地体的间距为自身长度的1.5～2倍。水平接地体与垂直接地体相交的焊接点应做防腐处理。接地体埋设深度应≥600mm。观测场接地电阻要求：公频接地电阻应≤4Ω，对于采用组合单环水平接地方式仍不能满足要求的场地，可采用多根环行水平接地体或增加辐射式延伸接地体，延伸接地体长度应限制在10～30m。在铺设地网的同时，应根据观测场内地面设备接地的位置，将引下线预先由地网引出。既要考虑设备就近接地，又要兼顾环行地网引下线的均匀分布。自动气象站场、室宜采用共用接地系统。该接地系统由工作室地网与室外观测场地网共同组成，如图2所示，两地网间的连接应使用组合式接地体进行连接。连接带的埋设深度应≥600mm。
2.3.2 室内设备要可靠接地
室内设备接地要求必须有尽量小的电感量。引线不宜采用扁平编织线或绞合线，因为这种线电感量较大，不利于雷击电流的泄放，且容易被腐蚀。要尽可能使用3mm以上的实心导线，且最好是相同的金属材料。禁止两种不同金属材料混用。自动气象站室内设备主要有微机、打印机、UPS电源以及计算机通讯系统等组成。值班室本身应具备有效的防直击雷措施、良好的接地体，工频接地电阻应<4Ω;观测场探测器到室内通讯线的感应雷防护由接口防雷保护器担任，并作可靠接地。在给自动气象站设备供电的UPS之前，需至少加装一级电源避雷器，并可靠接地。
3 结束语
自动气象站的防雷建设是综合各个领域防雷的一项专门技术。在进行防雷设计时，必须认真勘察站址所处的地理位置、环境条件，全面了解自动气象站各部分设备的技术参数，根据需要采用分流、均压、屏蔽、搭接、接地等保护措施进行合理的、完善的综合防雷设计。在防雷施工时，严格按照设计方案的要求，采用合格的防雷设备和材料，严格施工、监督和管理，并在实践中不断总结经验、不断完善，从而确保自动气象站的防雷安全，保障其在雷雨季节正常的运行。
参考文献：
[1]GB50057-94.建筑物防雷设计规范[S].
[2]QX3-2000.气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范[S].
[3]QX4-2000.气象台（站）防雷技术规范[S].