自动气象站雷电过电压防护措施

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1、第31卷第34期气象教育与科技2008年总第84期自动气象站雷电过电压的防护措施刘艳，李祥超(1．江苏省气象局防雷中心，江苏南京210009；2．南京信息工程大学，江苏南京210044)摘要：分析了自动气象站的结构，雷电过电压入侵途径及破坏作用。采用了可靠的接地防止雷电反击、屏蔽线缆抗电磁脉冲、电源系统、通信线路和传感器采集器安装电涌保护器抑制雷电过电压，保证了自动气象站正常可靠地运行，提供实时的气象数据并发出预警信息关键词：雷电过电压；保护措施；自动气象站自动气象站是集多气象环境要素的自动采集、存储、CDMA无线通讯等功能于一体的野外

2、自动监测装置。自动气象环境监测站主要应用于气象、交通、水文、农业和环保等领域，尤其是在该监测站中集成了能见度传感器，使得该监测站的功能和实用性大大增强。温度、湿度、风等各种气象要素与能见度同步采集、存储和通讯上传，为用户群提供了现场的实时监测信息，也为气象部门进行气象灾害的预警和临近预报服务提供了基础的和必要的信息。气象部门的资源优势，使得精细化的专业气象服务成为可能，如交通气象服务。众所周知，我国以高速公路为代表的交通建设大发展，使得现代交通运输所追求的快速、高效与安全，受到气象条件的影响和制约日益明显，其中突发性的低能见度浓雾对高速

3、公路、航运等交通运营的危害已受到广泛关注。自动气象站安装的地理位置通常是空旷的地方，环境因素不受地面建筑物的影响，根据气象部门的统计，这种环境容易发生雷击现象。为保证气象设备避免遭受雷击所致损坏，对雷电过电压抑制的设计是自动气象站设计的重要组成部分。1自动气象站的组成及损坏原因自动气象站主要由主控系统、传感器、机箱和组合支架、通讯模块、线缆等部分组成，如图1所示。该仪器主要采集温度、湿度、气压、风向、风速、雨量、能见度等7个要素。其中主控制系统由采集板、AC／DC线性电源、DC／DC电源模块、光电隔离器件、防雷器件、工业级PC104、无

4、线CDMA通讯模块等功能模块组成。自动气象站是由大量的电子元器件集成的电子气象仪器，对电磁干扰比较敏感。电磁干扰源通常分为两大类，一类是人为干扰源，包括电力系统的隔离开关、断路器、系统扰动等产生的过电压(也称为操作过电压)，微波电磁辐射及有线通信网络的电磁辐射等；另一类是自然界干扰源，宇宙射线以及其他天体和地球大气物理过程，如雷电放电(大气过压电)等。雷电作者简介：刘艳(1972一)，女，陕西人，助工，研究方向为防雷工程检测与验收．hcei@163．corn．·23·过电压对自动气象环境监测站的危害较大，轻者引起系统误动作或者失常，严重

5、的使设备造成损坏。图l自动气象环境监测站结构框图1．1雷电过电压入侵途径雷电过电压引入的高压源主要有：(1)直击雷直接击中自动气象环境监测站设备，造成气象设备部分或全部电路损坏，在2002年无锡北收费站处曾经发生过这种雷击事故。(2)来自雷电的静电感应和电磁感应的高电压脉冲，在各种线缆中感应出几千伏到几十千伏的高电压。(3)在直击雷雷击点的附近引起地电位的升高，高电位通过设备的接地线引入到电路，造成电路元器件的损坏⋯。1．1．1供电电源线路的雷电过电压自动气象站的电源由低压输电线路提供，当电力线路遭到雷击时，沿输电线路以行波的方式引入到

6、设备内，使其失效或损坏。直击雷击中高压输电线路时，所产生的过电压经过变压器耦合到次级，在低压线路上产生雷电过电压，同时雷电的静电感应与电磁感应在低压输电线路上感应出过电压也可能对设备造成损害。1．1．2通信线的雷电过电压自动气象环境监测站附近发生雷击时，形成的雷电过电压将电缆线的绝缘层击穿，使瞬态过电压沿通信线缆传输，线路上可有达数千伏的雷电过电压。1．1．3地电位反击产生的雷电过电压GB50057．94规范中将保护的区域划分为0区、1区、2区，在0区和l区分界处采用避雷针作为接闪装置，自动气象站与避雷针的距离较近时，强大的雷电流泄放至

7、大地，形成的高电·24·位会对自动气象环境监测站产生反击，通过估算反击电压可达几十千伏。1．2雷电过电压的强度据资料统计，低压输电线路上的雷电过电压在6KV以下，电流为3～1OkA。通信线路上感应雷电过电压约为5KV，电流为几百安。1971年美国研究报告[AD722675]指出，电子计算机在雷闪时磁感应强度达到7X10T时即会出现误动作，当达到2．4X10T时出现永久性损坏。这两个数字相当于860m和83m处有一个100kA的雷电流流入大地造成的结果。对雷击地面产生电磁效应危及电子管设备系统的半径约为400～800m；对晶体管设备为80

8、0—1200l'lq；对微电子设备为2000m以上。如自动气象环境监测站各电子设备距雷击点10—100m间，雷击电源线引起的磁感强度为(0．6—2)×10～T；雷击通信线产生的磁感强度约为lO～l0T数量级