近年来，随着技术的发展，中国气象领域发展速度非常快，气象观测服务正不断向智能趋势发展。我国许多区域均开始普及应用新型自动气象站。自动气象站涵盖采集器、计算机、传感器、电力系统、通信系统，气象站逐渐实现了无人操作，而且能够进行气象数据远程监控，为天气预报、气象灾害预报预警领域提供了重要的数据支持。但是，气象台站仪器设备设施的绝缘强度普遍较低，经常存在电磁干扰灵敏度差、过电压容限低等问题。此外，新型自动气象站处在开阔地带，气象设备遭遇雷击的风险非常高。一旦自动气象站的雷电防护策略不够合理，势必会引发雷击事故，从而影响到气象观测业务的高效高质量发展。基于此，本文根据新型自动气象站运行情况，分析了雷击侵入自动气象站的路径以及雷击灾害原因，并且探究了科学合理的雷电防护对策，尽量减少雷击对气象台站带来的损害，保障气象观测业务有序开展。
1 自动气象站的雷电侵入途径
1.1 直击雷
直接雷击是指建筑物或设备直接受到雷击。直接雷击的危害强度相对很高。如果新自动气象站的仪器装置遭遇雷电袭击，在短时间内会形成强电压，从而使得火花放电，转化成机械能以及热能，使得气象观测仪器设备和电子通信系统受到不同程度的损坏。
1.2 雷电波侵入
如果导体被雷击，将形成强烈的电压和电流波，同时从雷击点持续传播到导体的两边。所以，纵然气象台站相关设备未直接被雷击，但如果连接到气象台站的通讯线路以及电源线等导体，则依然会被雷击；它们也会借助于传统的耦合方式将雷电引入新自动气象台站，致使气象台站设备受到一定的损坏。
1.3 雷电电磁感应
如果发生雷击事故，它附近会在瞬间形成一个强烈的变化电磁场，这将在变化的电磁场中为导体感应出非常大的电动势。如果导线连接到气象站仪器，电动势将通过导线作为介质侵入气象观测仪器，从而造成仪器受损。
1.4 地电位反击
如果气象台站接地设计不符合相关防雷标准，使得接地电阻值较大，则往往会对雷击时雷电流向地面的放电带来较大影响。当雷击出现时，电极附近会有电荷积累，在电位向上发展的时候会产生高电压。高压会借助于接地线对电气仪器产生反作用，从而影响气象台站设备的安全。
2 新型自动气象站受到雷击的原因
2.1 室内电子设备异常
对气象台站室内的电子设备均为微电子设备，因此极易被闪电击中。究其原因主要如下：这些电子信息设备只有在连接到电源线后才可以顺利运行。如果这个时候若出现雷电天气，闪电中的强雷电流将通过室外电缆侵入室内。纵然在气象台站事先安装了接地系统，若电子信息设备遭遇雷击，也会产生强烈的高压差，影响室内电子设备的安全。
2.2 气象风塔和接闪针的混合安装
为了促进气象台站观测业务的高效实施，大多数气象观测设备均部署在观测场，观测场附近不能出现高层建筑，确保周围环境非常开阔。毫无疑问，风塔便属于观测领域的最高区域，它不仅承载着风向风速传感器，还最大程度地发挥接闪雷电流的作用。通过认真分析防雷法规的要求可知接地装置和电缆对独立接闪针均有很大的影响，应保障这些物体之间的距离至少为三米。此外，要确保风塔和接闪针之间的距离适当，防止其被雷击而造成雷击事故。若接闪针和横臂之间存在瞬时电位差以及雷电流时差，这会对风传感器造成不同程度的损坏。
2.3 电缆屏蔽层单层接地
气象台站观测场的电子信息设备外壳大多数由金属材料制成，容易受到雷电电磁干扰。所以，自动气象站内线路大部分为屏蔽电缆，然后通过金属管道直接埋地。在防雷区的连接位置，通常需要在电缆屏蔽层的两边进行等电位连接。在电缆屏蔽层接地期间，如果不遵守标准要求，将导致电缆屏蔽层发生单点接地或不接地的问题。若仅仅屏蔽层的一边采取等电位连接措施，但另外一边的磁场强度变化很大，则会产生感应电压，这也是引发气象台站雷击事故的一大原因。
2.4 风杆接闪针引下线、风向风速信号接线不规范
为了提高气象台站的整体美观性，有些气象台站风向风速信号线在风杆的金属管中与风杆上的接闪针和引下线平行，这并不符合防雷标准。此外，风向和风速信号线采取屏蔽电缆然而在接闪针接地后，它们不能完全屏蔽雷击的电磁脉冲。风向和风速信号上会出现较大的感应电压，这对自动气象站采集器的运行会造成不良影响，并可能造成数据中断问题，最终影响气象观测数据的准确性。
2.5 缺乏浪涌保护器（SPD）
浪涌保护器（SPD）能够有效地放大雷击时造成的雷电流，同时在断路器开始运行之前在极短时间内释放雷电流，从而达到对气象台站电气设备的安全。一旦新型自动气象站被雷击，雷击灾害的概率也会相应增加。如果新自动气象站的通信系统以及电源系统没有配备 SPD，它们在被雷击后将直接由站内电路承担，这很容易造成雷击灾害。
3 新型自动气象站雷电防护对策
3.1 科学部署接闪针
为了更好地起到雷电防护效果，在气象台站及其仪器周边部署独立的接闪针，且与周围建筑物保持适宜的距离，这不但能够降低雷击发生概率，而且还可以抵抗雷电流，从而影响到接闪针的强度。在部署接闪针的时候，应确保接闪针和风塔之间相距大概为 3 m 。在部署接闪针的时候，必须确保新型自动气象站观测场内的全部设备都在保护区域内，以防止气象观测设备受到雷击。如果观测点的边缘没有处于有效保护区间内，需安装单独的接闪针，以确保自动气象站仪器的可靠性。此外，还需要根据新型自动气象站的防雷等级对接闪针的部署区域、保护范围以及高度进行综合分析，以确保防雷措施的有效性。
3.2 线缆布置
气象台站的信号线大多数穿过金属管或带屏蔽层的PVC 套管内，金属管和 PVC 套管之间应进行精确接地。在部署接闪针引下线、传感器电源线以及信号线的时候，有必要进行穿透，减少雷击风险。确保气象台站相关设备的安全。
3.3 科学部署接地网
在部署接地网的时候，应根据新型自动气象站的布局、管道方向和相关标准，在观测场附近铺设接地网，且结合管道方向进行安装以及连接，以最大限度地体现金属接地效果，确保自动气象站观测业务的高效实施。
3.4 屏蔽策略
新型自动气象站全部的金属仪器均需要按照就近原则连接到最近的电网；选择带屏蔽层的电缆作为观测设备的数据传输线，穿过金属管后直接铺设在地下。当进入电缆沟或外部接线盒时，金属管应在数据传输线的屏蔽层附近接地。防雷技术人员应确保金属管两端之间的电气连续性。如果金属管的长度超过规范要求，工作人员可以增加接地点的数量。如果数据传输线无法在地下部署，则须要屏蔽并通过金属管道或金属电缆桥架铺设，并连接到接地网。对于各类性质的电缆和接地线，有必要使用金属电缆桥架单独铺设。此外，要全方位掌握每个电缆的电流方向，从而科学合理地安排电缆距离和地线方向。
3.5 等电位连接
在新型自动气象站雷电防护过程中，须要使用规格为25 mm×4 mm 的防腐镀锌扁钢将自动气象站观测场的百叶箱、传感器和其他设备焊接到附近的接地装置上；此外，为确保充当风塔的接闪针达到良好的防护效果，通常可以在两个风塔之间安装规格为 1 m×1 m 的网状接地装置，并要求连接到跨步电压的接地网，形成统一的闭环。连接到自动气象站观测场的框架锚索还需要焊接规格为 25 mm×4 mm的防腐镀锌扁钢进行等电位连接。此外，要求与接地装置进行有效连接，连接点至少为 2 个。
3.6 部署 SPD
新型自动气象站的配电室和计算机房应科学部署 SPD。调制解调器前应安装带 RJ11 接口的 SPD，气象台站计算机网络前应部署带有 RJ45 接口的 SPD。SPD 参数选择过程中要严格确保新型自动气象站仪器顺利运行。SPD 钳位电压要求大于 1.5 Uc，标准放电电流 In ≥ 3 kA（8/20 μs），响应时间≥ 10 ns。数据采集器上通常需要部署相应规格的信号 SPD。再者，新型自动气象站监测设备区域应安装天馈信号 SPD，此避雷装置的选择通常需要根据设备的端口类型进行设置，这样才能更好地发挥到防雷作用。
4 结束语
新型自动气象站所处区域位置开阔，并且涵盖许多电子仪器设备，这些电子设备极易受到雷击。新型自动气象站防雷工作属于一项十分复杂的系统工程，需要各种专业技术。在防雷部署中，不仅要充分考虑直击雷防护，而且要考虑雷电电磁脉冲防护。在雷电防护工作中应严格按照防雷标准以及规范开展防雷业务，实现分层防御、全面覆盖、多层次保护。只有这样，才可以有效降低雷电对新型自动气象站造成的危害，从而保障气象观测业务的顺利开展。
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发表于 2025-7-18 08:20:25