- 討論自動氣象站的防雷與接地技術
- 探討接地系統(tǒng)、地網(wǎng)的設計
- 采用共用接地系統(tǒng)
- 做好等電位連接
隨著人工氣象觀測設備的逐步淘汰，自動氣象站已成采集各種氣象要素的主體設備。為保障自動氣象站的安全正常運行，應做好日常維護工作，特別是正確認識防雷與接地工作的必要性。文中針對防雷接地系統(tǒng)進行了論述，并在實際應用中獲得了成效，同時提出了使用要求。
自動氣象站，是一套自動化程度高、數(shù)據(jù)采集精度高的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)從各種數(shù)據(jù)的采集到合成運算、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳速，大量運用了微電子技術。由于設備電路的精密集成度高，且工作于室外，甚至工作于惡劣的環(huán)境條件下。而近年來氣候環(huán)境惡化、天氣變化反復無常、雷電災害也呈逐年上升趨勢。從而造成我國自動氣象站每年因雷擊、雷電電磁脈沖入侵、操作過電壓等因素的影響造成故障頻發(fā)，嚴重影響了各種氣象要素的正常采集。由于感應雷電及雷電電磁脈沖的入侵易損壞相應的電子設施，加之設備自身電纜饋線的裸露，感應雷擊的危害明顯增加，僅靠避雷針已遠不能滿足自動氣象站的防雷實際需求。因此，需做好系統(tǒng)接地工作和對臺站設備實施綜合防雷工程。
1 接地系統(tǒng)
用于自動氣象站的防雷工程務必做好系統(tǒng)接地，即：連線堅固、地網(wǎng)可靠、泄流暢通?？傊谝粋€工作區(qū)域內，盡量將值班室內的計算機、采集器、配電柜、通訊機柜及通信電纜等統(tǒng)籌考慮，按均壓、等電位的原理將工作地、保護地和防雷地組成一個聯(lián)合接地網(wǎng)，臺站內各類接地線應從接地匯集線或接地網(wǎng)上分別引入，擴大地網(wǎng)范圍，增強整體防雷能力。
“接地”是避雷技術中的重要環(huán)節(jié)，無論直擊雷、感應雷或其他形式的雷，都將通過接地裝置導入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地進行防雷。從避雷的角度講，把接閃器與大地做良好電氣連接的裝置稱為接地裝置。接地裝置的作用是把雷電對接閃器閃擊的電荷盡快泄放到大地，使其與大地的異種電荷中和。
對于室外氣象觀測場，地網(wǎng)采用閉合環(huán)形較好如圖1所示。氣象觀測場大小為25 m×25 m，考慮到施工方便，環(huán)行地網(wǎng)應設計為26 m×26 m為宜。四角各設垂直接地體一根，四邊各增設4～5根，垂直接地體長度為2．0～2．5 m，垂直接地體的間距為自身長度的1．5～2倍。水平接地體與垂直接地體相交的焊接點應做防腐處理。接地體埋設深度應≥600 mm。觀測場接地電阻要求：公頻接地電阻應≤4 Ω，對于采用組合單環(huán)水平接地方式仍不能滿足要求的場地，可采用多根環(huán)行水平接地體或增加輻射式延伸接地體，延伸接地體長度應限制在10～30 m。在鋪設地網(wǎng)的同時，應根據(jù)觀測場內地面設備接地的位置，將引下線預先由地網(wǎng)引出。既要考慮設備就近接地，又要兼顧環(huán)行地網(wǎng)引下線的均勻分布。
自動氣象站場、室宜采用共用接地系統(tǒng)。該接地系統(tǒng)由工作室地網(wǎng)與室外觀測場地網(wǎng)共同組成，如圖1所示，兩地網(wǎng)間的連接應使用組合式接地體進行連接。連接帶的埋設深度應≥600mm。
1．2 主要接地標準
由于雷電浪涌電流較大，頻譜較寬且持續(xù)時間短，避雷系統(tǒng)的接地電阻要求應足夠小，工頻接地電阻應≤4 Ω。為增大地表層的泄放面積，可采用埋設有一定間隔(3～5 m)的多根接地體，且相互焊接。接地體宜采用熱鍍鋅鋼材，其規(guī)格要求如下：鋼管φ50 mm；壁厚≥3．5 mm；角鋼≥50mm×50mm×5mm；扁鋼≥40mmm×4mm。
2 接閃裝置和引下線
自動氣象站觀測場內的所有觀測設備均在直擊雷范圍，必須用避雷針進行保護，可利用風桿或風塔作為避雷針的引下線或使用獨立引下線。
對于防直擊雷，一般主要采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等傳統(tǒng)避雷裝置，只要設計規(guī)范，安裝合理，這些避雷設施便能對直擊雷進行有效的防御，這種方法經(jīng)濟、簡單。但要注意，由于避雷針、帶接觸雷擊的強度較大、范圍較廣，首先要確保其具有良好的電流泄放通道。
避雷針應選用直徑≥16mm的圓鋼，針尖應沾銅。其長度宜在1 200～1 500 mm，避雷針的引下線可利用風桿或風塔入地，也可采用獨立引下線。若使用獨立引下線，為增大引下線的集膚效應，宜采用截面積≥50 mm2的多股銅線。使用風桿做引下線的拉線應通過絕緣等級為35 kV(1．2／50μs)以上的絕緣子與風桿絕緣。觀測場內金屬圍欄，百葉箱支架、雨量器、蒸發(fā)、自動氣象站信號轉接箱金屬外殼等應就近與觀測場地網(wǎng)連接。
3 室內設備要可靠接地
室內設備接地要求必須有盡量小的電感量。引線不宜采用扁平編織線或絞合線，因為這種線電感量較大，不利于雷擊電流的泄放，且容易被腐蝕。要盡可能使用3 mm以上的實心導線，且最好是相同的金屬材料。禁止兩種不同金屬材料混用。
自動氣象站室內設備主要有微機、打印機、UPS電源以及計算機通訊系統(tǒng)等組成。值班室本身應具備有效的防直擊雷措施、良好的接地體，工頻接地電阻應<4Ω；觀測場探測器到室內通訊線的感應雷防護由接口防雷保護器擔任，并作可靠接地。在給自動氣象站設備供電的UPS之前，需至少加裝一級電源避雷器，并可靠接地。
進入自動氣象站工作室的所有線纜應使用屏蔽線纜，并穿金屬管埋地引人。線纜屏蔽層和金屬管應在建筑物入口處進行等電位連接。
自動氣象站工作室內應作等電位處理?？刹捎眯切芜B接，或網(wǎng)形連接。并應與建筑物內鋼筋或人工接地體作連接。
當室內等電位采用S型連接時，設備之間、設備至等電位連接板的各連接導線之間應有>10 kV(1．2／50μs)的絕緣。工作室內所有設備的金屬外殼、防靜電接地、信號地、PE線和SPD接地線、屏蔽金屬管和屏蔽線纜的金屬外護層均應就近與等電位連接板進行電氣連接。
當室內等電位采用網(wǎng)形連接時，等電位連接帶宜每隔≤5 m與建筑物內主鋼筋連接。當建筑物無鋼筋或建筑物內鋼筋截面達不到地網(wǎng)要求時，網(wǎng)形等電位連接帶應有不少于兩處與人工地網(wǎng)可靠連接。
網(wǎng)形和星形等電位連接的基本方法如圖2所示。
4 走出共用接地的誤區(qū)
目前，關于共用接地有一種誤解，認為將設備的接地引線無論怎樣連接，最終只要接在同一個接地體上就算是共用接地，如圖3所示。將“共引線”也誤認為是“共地”。其實不然，所謂“共用接地”就是把許多不同性質的接地裝置如電氣安全接地、交流電源工作地、通信及計算機直流地等匯集于一個等電位連接箱，使之成為一個等電位體，然后直接與接地體連接，而防雷地則通過另一條引下線與接地體連接。而不是將室內設備接地與室外防直擊雷接地通過同一根引下線與地相連。更不允許將室內接地引線與室外防直擊雷引線匯集與一個所謂的等電位連接箱，然后再與接地體相連。室內接地引線要遠離室外防雷引下線，如圖4所示。否則，遇雷擊時，強大的雷電流在通過引線向大地泄放的同時，室內引線及所有設備上瞬間便會產(chǎn)生很高的電位差，設備難免遭到破壞。另外，假設與接地體相連的引線因銹蝕斷開或等電位連接端子接觸不良，一旦發(fā)生雷擊，強大的雷電流便會直擊至值班室設備上，這是非常危險的。
等電位連接是把值班室內所有設備如采集器、計算機、打印機、UPS電源、通信機柜及附近的所有金屬物，如混凝土內的鋼筋，金屬柜、金屬門窗及其他金屬管道、電力系統(tǒng)的零線等用電氣連接的方法連接，使整座建筑物成為一個良好的等電位體。當雷電襲來時，由于建筑物內部及其附近基本上做到等電位，因而不會發(fā)生建筑物內部的設備被高電位反擊和人被雷擊的事故。由于采用了等電位連接，對建筑物接地電阻的要求可適當放寬。這一點對于土壤電阻率較高的臺站尤為重要。
6 結束語
自動氣象站在氣象測報業(yè)務工作中占有重要的位置。能否正常而穩(wěn)定的運行，不但要求在平時除認真做好日常維護工作外，而且要避免雷電等的危害。
