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、數據采集精度高的監測系統。該系統從各種數據的采集到合成運算、數據存儲、數據傳速,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境條件下。而近年來氣候環境惡化、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,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,需做好系統接地工作和對臺站設備實施綜合防雷工程。
1 接地系統
用于自動氣象站的防雷工程務必做好系統接地,即:連線堅固、地網可靠、泄流暢通。總之,在一個工作區域內,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合接地網,臺站內各類接地線應從接地匯集線或接地網上分別引入,擴大地網范圍,增強整體防雷能力。
“接地”是避雷技術中的重要環節,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。
1.1 地網的設計
對于室外氣象觀測場,地網采用閉合環形較好如圖1所示。氣象觀測場大小為25 m×25 m,考慮到施工方便,環行地網應設計為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,對于采用組合單環水平接地方式仍不能滿足要求的場地,可采用多根環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。在鋪設地網的同時,應根據觀測場內地面設備接地的位置,將引下線預先由地網引出。既要考慮設備就近接地,又要兼顧環行地網引下線的均勻分布。
自動氣象站場、室宜采用共用接地系統。該接地系統由工作室地網與室外觀測場地網共同組成,如圖1所示,兩地網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,頻譜較寬且持續時間短,避雷系統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、避雷網等傳統避雷裝置,只要設計規范,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、自動氣象站信號轉接箱金屬外殼等應就近與觀測場地網連接。
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