放鸡岛气象自动站防雷设计
放鸡岛气象自动站防雷设计
摘要 茂名市是雷电的重灾区，年平均雷暴日为94.4天，雷电防护能力的强弱对于气象自动站的正常运转有着重要的意义。自动气象站是专门用于气象数据自动采集、存贮、发送为一体的一套电子设备系统。本文通过对放鸡岛气象观测自动站防雷设计与施工，从当地特殊地理环境及国家的具体规范入手，比较全面的设计了该台站的雷电防护。
关键词 气象自动站；直击雷；等电位
0 引言
茂名市放鸡岛是茂名市重要的旅游胜地，海岛的气象资料对于该岛的旅游业有着重要的作用。该气象自动站能24小时自动观测、记录风向、风速、气温、雨量等气象要素，因其无人值守，因此对建设和仪器的要求较高，需要较强的抗干扰、防风、防腐蚀、防雷等能力。下面重点就该站的雷电防护方面做设计探讨。
1 气象自动站防雷措施
茂名市是雷电的重灾区，年平均雷暴日为94.4天，雷电防护能力的强弱对于气象自动站的正常运转有着重要的意义。自动气象站是专门用于气象数据自动采集、存贮、发送为一体的一套电子设备系统。主要功能有以下几块：气象要素传感器、主控器、太阳能电池板、蓄电池、通讯模块，现这些设备都安装在放鸡岛野外空旷场地上，而且其测量风向风速的铁塔有6m多高，这让其遭受雷击风险的概率都大大的增加。所以，一整套的雷电防护措施是必不可少的。
1.1 直击雷防护
对于直击雷的防护措施主要是通过采用避雷针、引下线，然后良好的接地装置迅速而安全的把雷电流引入大地。针对自动气象站工作的环境与设备的特点，按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中的规定，确定自动气象观测站属于三类防雷构造物。
1.1.1 避雷针保护
为防止直击雷泄流过程中产生的高电位对自动站设备的危害，该自动站的避雷针采用独立式钢管避雷针设置，而由于该站处于海岛上，其避雷针的固定及稳定要求非常高。我们的做法是把避雷针的基础挖深2m，避雷针的下端固定在基础里，并利用三条Ф10的钢绞线拉绳成120°角平均分布稳定避雷针不被海风吹倒。（如：图1）
图1
1.1.2 引下线
避雷针本身为钢结构，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中的规定，其本身即可作为引下线用。
1.1.3 接地装置
该自动站的仪器均精密度很高的电子设备，根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中的规定，该接地网必须为4欧姆以下。接地装置的选材必须为热镀锌钢材，这在维护方面可以节省次数及费用。垂直接地体的选材为50mm×5mm，L=250mm的等边镀锌三角钢作为接地网主体。从实际工作中，从土壤的接面积推算，用角钢优于圆钢：主要体现在当遭受直击雷，因圆钢在雷电波的振动中容易造成松动，而角钢与土壤接触面积较大，能充分与土壤接触，故在雷电波的振动冲击中不易松动。为了雷电流泄放过程中产生高电位反击，地沟
深度要在0.9m以上，然后在这个基础上打下角钢。而水平接地极的选材为40mm×4mm镀锌扁钢将避雷针、风塔及各个设备的基角焊接连通形成环状接地网。作为降阻的手段可以换土、加降阻剂以及利用接地模块作为垂直接地极的方法。
1.2 防雷电电磁感应
《气象信息系统雷电电磁脉冲防护规范》和《气象台（站）防雷技术规范》是中国气象局针对气象工作环境和气象仪器设备的特点，参照国家及国际上相关标准制定的。强调“等电位联接”和“屏蔽”措施是气象部门的防雷工程设计和施工的关键。它能有效的防范雷电电磁脉冲对设备的灾难性威胁。
当建筑物或者附近遭受雷击时，由于强烈的雷电脉冲的感应作用，使建筑物内外的线路、设备感应出危险的过电压，所以得采用屏蔽、防电涌防护措施来防御雷电电磁感应。在所有进入主控箱体的电缆线都采取带有屏蔽线的电缆，且两端进行可靠接地。在太阳能电源电路上加装SPD，进行限制过电压保护。
1.3 防雷电高电位反击
在整个自动气象站内所有金属导体、传感器金属外壳都进行可靠接地，以防气象传感器因雷击时有高电位反击造成设备损坏。
2 结论
1）气象自动站的防雷保护是一个比较复杂的问题，需要各个方面综合考虑，包括自动气象站选址时就得考察其土壤与场地环境等各个方面，根据现场环境结合实际才能把自动气象站的防雷保护效果发挥最佳；
2）在自动气象站维护出现故障时，在某个传感器或其他电子配件更换后整个自动气象站正常后除考虑自身元器件问题后也应仔细认真检查该传感器的接地端子是否可靠连接，以防雷电二次损坏设备；
3）雷电对于自动气象站电子设备的损坏是很严重的，故建议在雷雨季节到来之前，进行自动气象站巡查的时候提前做好防雷设施的年检工作，以确保自动气象站能可靠正常的运行。
参考文献
[1]建筑物防雷设计规范GB50057-94（2010年版）.
[2]新一代天气雷达站防雷技术规范QX2-2000.
[3]气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范QX3-2000.
[4]电子计算机机房设计规范GB50174-93.
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