摘 要 本文主要分析了自动气象站系统组成原理，通过数据采集特点和雷灾的特征分析，指出自动气象站防雷工作当中的问题，提出自动气象站雷电防护应对措施。 关键词 自动气象站；防雷技术；方案
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0100-01
1 自动气象站的系统组成及工作原理
大部分都由自动站数据采集设备（通常所说的自动站）和数据接收处理中心两部分组成自动气象站系统。自动站数据采集设备主要有传感器单元、连接电缆、数据采集器、供电单元和通讯单元五个部分组成。自动气象站是通过微处理器进行实时控制和采集处理的。随着气象要素的变化，各个相应传感器输出的电量也产生变化，这种变化由数据采集器采集，并进行线性化和定标处理，实现工程量到要素的转换，对数据进行质量控制；通过预处理后得出各个气象要素的实时值，再传输到主控微机，并实时显示。
2 自动气象站数据采集特点
自动气象站数据采集是通过传感器获得的，由于数据的传输是微电流信号，所以经过采集器到计算机的信号对电磁环境十分敏感。恶劣的电磁环境会严重影响信号的传输乃至使信号失真。从传感器到采集器，再从采集器到计算机，传输线一般>40 m，而且数据传输线与电源线、接地线等是处在几乎相同的电磁环境，相互之间存在一定的影响。作为测风用的风传感器一般距离地面的高度在10 m～12 m以上，是所有传感器中最容易收集雷电信号的部件，而且数据传输线很难做到电磁屏蔽。现行设计的自动气象站信号采集器虽然设置了防雷模块过滤可能的雷电信号，但由于是参照程控电话防雷的参数设计，事实上不能很有效地防雷，大多数的雷击个例已说明问题。尽管后来设计的采集器从室外移至室内，但传感器和传输路径和环境并没有发生变化，因此采集器的采集核心在雷电信号面前仍然敏感和脆弱。
3 自动气象站雷灾的特征分析
1）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6 kV以下，电流为3 kA～10 kA。通信线路上感应雷电过电压约为5 kV，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7×10-8 T时即会出现误动作，当达到2.4×10-6 T时出现永久性损坏。这两个数字相当于860 m和83 m处有一个100 kA的雷电流流人大地造成的结果。
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 m～800 m；对晶体管设备为800 m～1 200 m；对微电子设备为2 000 m以上。如自动气象站各电子设备距雷击点10 m～100 m间，雷击电源线引起的磁感强度为0.6-2×10-5 T；雷击通信线产生的磁感强度约为107～106 T数量级。前者足以使微电子设备出差错或损坏，后者也可能使设备产生误动作，从而说明自动气象站抗雷电电磁脉冲的能力差，因此，对自动气象站采取雷电防护措施是十分必要的。
2）雷电入侵途径分析。①直击雷。直击雷直接击中自动气象站设备，造成气象设备部分或全部电路损坏。因自动气象站均安装有避雷装置，所以这种情况比较少见。普查汕头市及所辖地区的自动气象站，均尚未发生过这种雷击事故；②高电压脉冲。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。出现这种情况，一般会影响到各传感器。其中，风向传感器由于是自动气象站位置最高的仪器，且集合了大量的半导体元器件，在雷击故障中往往是首当其冲；③雷击引起电位的升高。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；④交流电电源线路的入侵。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。由于电源板与交流电连接，在对汕头市及所辖地区自动气象站的雷击事故的统计中，电源板是出现故障概率最多的设备。接连两个月内发生在南澳县气象局观测场内的2次强雷击中，采集器里面的电源板也均被击坏。
4 自动气象站防雷工作存在的问题
1）观测场避雷针保护范围不合格。参考《建筑物防雷设计规范》（GB/T50057-2000）附录4，用滚球法计算避雷针保护范围。
2）承载风传感器的铁塔与避雷针混合安装。参考在《建筑物防雷设计规范》（GB/T50057-2O00）里第3.2.1条。
3）金属护拦无接地，部分线路无穿钢管或金属槽敷设。屏蔽可以减小和防止雷电电磁脉冲干扰祸害。
4）无安装避雷带和避雷网格。避雷带的规范安装显得尤为重要，它起着“挡箭牌”的作用，只有正确安装好接闪器，才能起到快速分流的作用，最大限度保护建筑物免遭直接雷击。
5）总电源及各种通信线路无安装避雷器，避雷器的作用主要是泄放大的电流，一旦有雷电流（过电压）通过，避雷器会在断路器动作之前提前动作，把过电流泄放掉，从而保护电路及其后端的用电设备。
5 自动气象站防范雷击的应对措施
自动气象站是地面气象观测以及中小尺度天气预报的重要组成部分，防雷的好坏将直接影响探测质量，一次采集核心DTS00的损坏，直接经济损失就是4 000余元，更何况雷电状态下电磁环境对气象要素数据采集的长久负面影响。
1）单独设立避雷针。避雷针单独设立，避免了接闪时对风传感器和传输线的直接影响。条件可能的情况下，尽可能将避雷针系统与风传感器部分分开设置，按照防雷规范保持两个系统间有效的距离；受观测场地限制，确实难以做到分开的，也应考虑将避雷针保持与风传感器更大的距离，做好雷电流引下线与风数据传输线之间的电磁屏蔽。
2）等电位连接。避雷针与金属管作等电位连接，将固定避雷针的U型螺杆与金属管电气贯通，去掉相互间的绝缘材料，使其形成等电位连接，防止避雷针雷电流反击风向风速传感器。
3）接地极尽量安置在观测场围栏外。使得数据线缆等可以保持与接地连接线之间的安全距离。距离不够时。设法使线缆与接地线的交角增大．最好成直角。
4）合理设置引下线及信号线。各传感器的信号电缆必须放置在已经接地的金属管或带有金属屏蔽层的PVC套管内；做好接闪器的安装，避雷针引下线、信号线、电源线分管穿行。防止引下线上雷电流反击信号线或电源线影响信号线。
5）室内等电位接地板，最好用铜质材料，要有足够的面积和厚度，厚度至少大于3 mm，减少接地板的直流电阻和高频电阻；同理，接地线尽量平直粗短，为了减少接地线的电感，可以采取用接地板截断的办法来减少接地线长度。
6）安装电源避雷器。安装总电源避雷器，并在自动气象站设备使用的专线上加装电源避雷器。
自动气象站的防雷技术是难度很大的。本文探讨了防雷工作，提高了防雷水平。因此，要综合考虑自动气象站的特点而进行的防雷工作，需要不断归纳总结、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。
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