室外气象电子设备防雷保护要点

李 霖，谢 丹，江彩英

（福建省南平市气象局，福建 南平353000）

1 引言

雷电是电子设备的大敌，雷电对电子信息系统的危害是众所周知，其常能够大范围地损毁信息系统和电气设备，甚至造成人身伤亡[1，2]。气象部门作为雷电灾害防御的主管机构，对本部门气象预警大楼内等设备密集场地的防雷较为重视，如：气象台会商室、机房设备及国家级气象自动站的防雷均有通过专业人员的设计和施工，但对室外的一些设备却重视不够，如零散分布的各类监控摄像头，屋顶的卫星接收等通信系统，遍布各乡镇村的区域自动站等。室外这些设备防雷防护工作的好坏，关系到气象资料采集的延续性、完整性，也是气象资料传输的有力保障，同时气象维护人员在露天作业时还涉及到人身安全问题[3～5]。本文以区域自动站、卫星接收系统（室外设备）、视频监控系统和车载移动气象系统的防雷保护为例，总结室外气象设备防雷注意事项和要点，为室外气象装备系统雷电防护提供参考。

2 区域自动站的防雷

由于受地形地域及防火防盗等因素的影响，区域自动站多布设在野外的空地、屋顶、高地等偏僻处。单雨站多半布设在河谷，土壤水份观测站、农田小气候站多半在水田附近，交通站在高速路边的草地上。安装自动站时由于时间紧、任务重，周边环境的不支持，建设人员多半是综合观测业务人员，对雷电防护重视不够，而自动站设计及安装流程上也不太重视防雷，使得这些仪器的雷电防护常被忽略，防雷措施极不到位，在此对野外自动站雷电防护作如下几点提醒。

（1）自动气象站建设防雷应按照《QX4－2000气象台（站）防雷技术规范》及《QX30－2004自动气象站场室防雷技术规范》等规范执行，在自动站选址上要综合考虑自动站建设、通信、防雷等因素，以最经济的角度确定地址，在自动站做基础预埋时就应把接地的预设做好。

（2）凡有风传感器的自动气象站，为降低遭受雷击的可能性，尽量避免安装在山顶等突出部位。

（3）气象观测站点主控机箱内部应设有弱电防雷保护系统，气象观测站点顶部需要安装接闪器（通常接闪杆方位使其平行于风杆，位于风杆正东侧），并与基础防雷接地装置有效连接，防雷接地电阻应不大于10Ω。

（4）气象观测站点应做等电位连接，外露可导电部分和装置外可导电部分均应做等电位连接，其过渡电阻≤0.24Ω，等电位接地端子与接地装置电阻应小于4Ω。

（5）自动站的电源是由低压输电线路提供的，当电力线路遭到雷击时，雷电流沿输电线路以脉冲波的形式侵入到设备，造成设备损坏，因此，建议电源线路在接入自动站的前一段应埋地敷设，埋地长度l≥2√ρ，且不小于15m。

（6）自动站内的信号线应尽量避免架空布设。从提高防雷性能出发，建议所有穿线管采用金属管，特别是对雷击易发区或重要自动站的穿线管宜采用金属管。金属管应与接地体做好有效连接。

3 卫星接收系统室外设备的防雷

气象局的卫星接收系统有CMACASE卫星接收系统和北斗卫星接收系统等，它们对气象资料的接收、应急通讯等起到重要作用，且一般安装于大楼的屋顶或阳台等相对空旷无遮挡的高处，入室后多半直接与机房设备相连，所以应特别注意防止卫星天线遭受直接雷击和机房设备遭受感应雷击，注意事项如下。

（1）为了防止卫星天线遭受直接雷击，在离天线3m以上安装独立的接闪杆，使其保护的天线位于直击防护区内。

（2）卫星天线与防雷装置连接（可用圆钢将立柱和防雷网可靠焊接起来），使天线与大地处于等电位状态。

（3）天线金属部件均应良好接地，卫星天线面金属部件的接地用不小于16m2接地线单独引至接地网，保护天线的接闪杆的接地可以与办公大楼的接地体进行共用接地。防雷装置接地电阻要求不大于4Ω。

（4）在设备与馈线间、电源进线处应安装避雷器。当信号传输距离较远，如达20m以上时，需考虑信号电涌产生的信号衰减可能影响信息接收，实际实施中可只对卫星接收机进行电源防雷保护。

（5）天线高频头与室内接收系统之间的信号线路应穿金属软管沿墙屏蔽处理，特别提醒的是金属软管底端一定要可靠接地。

（6）卫星接收系统的室内设备需作屏蔽接地，同时对设备的所有防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器接地端等必须进行等电位接地处理，接地线按最短路径布设引下。

4 视频监控系统防雷

近年来，随着气象现代化建设的不断推进，安全视频监控系统作为气象现代化建设的重要组成部分也越来越被重视。越来越多的监控设备被布设在气象档案室、人影弹药库、观测场、农田小气候气象观测站、交通气象观测站，这些监控既是安全的需要，也是气象资料的有益补充，更是应对突发事件的有效证明，查看灾害性天气的及时有效手段，但视频监控系统的防雷却没有得到重视，常见监控设备随意搭设，供应商也对这块极其忽视，而近年来的不少雷灾都是因为雷电通过监控设备影响的，建阳雷达站就曾出现因为监控设备的防雷做得不够而造成空调、电子门、监控头等损坏的事件，因此必须重视监控设备的雷电防护。现根据本市气象部门的视频监控情况提几点建设。

（1）视频监控室的外部防雷装置的设计应结合建筑物的防雷要求统一考虑，并符合有关国家标准、行业标准的要求。如：应该在房顶四周安装接闪带，通过引下线与接地装置相连。

（2）选用的设备应符合电子设备的雷电防护要求，目前市场上有带防雷功能的监控设备，或者单独加监控防雷器、摄像机防雷器等防雷设备。

（3）系统应有防雷击措施。应设置电源避雷装置，宜设置信号避雷或隔离装置。

（4）监控系统的室外设备如摄像机，要用独立接闪杆进行保护。首先利用滚球法计算，以确定其接闪器的保护范围和雷电防护区域，然后将室外设备安装在防雷装置的有效保护范围之内。目前市场有监控摄像头专用接闪杆（直径约12～14mm，长度约0.3～1m）；为防感应雷时，接地防雷器尽量不用，宜采用防雷电路保护。

（5）整个监控系统应做等电位接地，其主要分为室外金属构件等电位和室内金属构件的等电位。我们都知道，无论是直击雷防护还是雷电感应的防护，都是通过接地装置将雷电流释放到大地，所以就必须对监控设备进行安全可靠接地，监控机房宜采用共用接地装置，其接地阻值宜≤4Ω。共用接地装置还应满足系统抗干扰和电气安全的双重要求，并不得与强电的电网零线短接或混接。

（6）室外立杆接地要求：现场土壤情况较好（石沙等不导电物质较少）时，可以利用立杆直接接地，可将摄像机与防雷器的地线焊接在立杆上，但摄像机立杆要尽量远离接闪杆；现场土壤情况恶劣时，应借助导电设备，可利用40＊3的扁钢沿立杆拉下，防雷器和摄像机的地线与扁钢连接，用镀锌角钢打入地底3m左右，与扁钢焊接。

（7）室外的信号线路及通讯线路必须穿金属管予以屏蔽，并做好等电位连接。信号线路也可采用光缆信号传输，两端的转换器进行屏弊和安装信号电涌保护器。电源线、信号线不能平行布设在同一金属线槽内，且其布设间距不能小于30.0cm，应尽量减小由线缆自身而形成的感应环路面积。

（8）应满足系统基本的安全要求，确保做到系统单点接地。如摄像机安装与金属立杆不绝缘、与钢结构不绝缘，大量使用接地防雷器等等，这些措施都会造成多点接地，存在人为造成的系统安全隐患。

5 车载移动气象系统的防雷

随着全球气候异常变化程度的加剧，重大气象灾害频繁发生，为了给防御气象灾害和突发气象事件应急处理提供气象支持[6，7]，移动车载气象系统应运而生，如移动雷达、移动自动站、移动检定系统及移动人影作业系统等。这些移动气象车载系统的配备，对应对重大社会活动及突发公共安全事件等的应急服务发挥了重大的作用，但应急移动系统内部集成了众多的电子系统，其抗雷电干扰能力极差，而且大部分应急服务是在极端天气条件下进行的，因此车载移动气象系统的防雷装置安全运行问题日益凸显。下面是我们结合工作实际对车载移动气象系统防雷的几点建议。

（1）野外作业选址：空旷地带，要尽量远离铁塔、金属立杆、孤立大树等。为确保良好的接地效果，移动车载系统野外作业地点宜选择在比较潮湿，现场土壤情况较好（石沙等不导电物质较少）的地方。

（2）宜在应急车上架设独立接闪杆进行直击雷保护，应按照应急车的外型尺寸 、车上天线的高度以及雷电防护区的划分来布置接闪杆。接闪杆的支架应与车体绝缘。根据接闪杆在野外使用的客观原因 ，应尽量采用具有提前放电功能或可防止侧击雷击的接闪杆。并可根据车辆的实际情况，在车顶按对角线设计安装可折叠式或可拆卸式接闪杆。

（3）系统设备、车体、发电机、通信设备等所有设备接地和防雷接地宜共用同一接地装置，防止在紧急忙乱中出现多点接地现象。同时，系统所有构件（含系统附属设备）都应与车体进行等电位连接。

（4）做好信号防雷：不同类型的数据传输线应选用不同类型的保护器，通信设备的输入/输出端口处和网络设备接口处，安装适配的电子系统电涌保护器；在收/发通信设备的射频出、入端口处安装天馈线路电涌保护器。

（5）定期由有资质的专业防雷检测机构检测防雷设施，评估防雷设施是否符合国家规范要求。

6 结语

本文通过近年来在室外气象设备建设中遇到的雷电防护问题，建设后试图对雷电防护做一个经验小结，为后续室外气象设备建设提供参考，确保气象设备在防御气象灾害和突发气象事件应急处理时，安全、高效地发挥重要的气象保障作用。

[1]王鸣晓，林建民，马光进，等.电气设备防雷工程设计探讨[J].气象科技，2013，41（2）：417～421.

[2]李 辉，张 艳，王云林，等.烟花爆竹场所雷电防护及检测技术探讨[J].气象与环境学报，2007，23（1）：51～55.

[3]王新清，李广智，孙喜明，等.区域自动气象站雷电防护探析[J].内蒙古科技与经济，2013（7）：48～50.

[4]刘柳成.视频监控系统防雷研究[J].技术与市场，2014，21（8）：44～45.

[5]李 斌，周圣军.移动气象台防雷设计方案探讨[J].山东气象，2009，29（118）：79～81.

[6]徐 文，陈红兵.移动气象台防雷技术[J].气象科技，2012，40（4）：661～665.

[7]陈红兵，徐 文.移动气象台防雷技术及对策研究[J].安徽农业科学，2010，38（27）：15419～15422.