探析气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用

探析气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用

陆忠涛1  胡本刚1  侯士彬2  曲波3 周彦玲4

大兴安岭地区气象局 黑龙江省大兴安岭地区 165000

友谊县气象局2 黑龙江省双鸭山 155800

漠河市气象局3 黑龙江省大兴安岭地区 165300

呼中区气象局4 黑龙江省大兴安岭地区 165033

摘要：随着气象现代化技术的飞速发展，我国气象观测站中很多先进的设备被广泛的使用，观测设备的功能增强使观测天气的质量得到了提升，但是在抗雷电磁脉冲以及雷电感应上的能力相对较弱，最近几年我国很多气象观测站都出现了相对频繁的雷击事故。文章阐述了雷电给气象观测设备带来的主要危害，探究了气象观测设备雷电灾害防御关键技术，为更好地开展气象台站防雷工作提供指导。

关键词：气象观测；雷电灾害；关键技术

引言

近几年来，随着气象观测技术的快速发展，气象观测设备集成度与科技水平越来越高，越来越精密，这些精密的气象采集、处理设备被广泛应用，也产生了一个棘手的安全问题，就是因其防抗雷电电磁脉冲和雷电感应过电流、过电压能力很弱，加上防雷措施不够完善等原因，导致气象观测设备频频遭受雷击，给气象观测业务的正常开展带来严重威胁，同时也影响了气象预测、预报工作。因此，近年来气象观测环境和探测设备的防雷工作引起了气象部门的高度重视，本文通过对多起气象观测设备雷击灾害事件的调查、分析和鉴定，开展了气象观测设备雷电灾害防御关键技术研究，取得了一些应用研究成果，并在指导整改的实践中取得良好的实效。

1雷电灾害的类型

在气象观测的过程中，通过气象观测设备可以针对该地区的环境以及天气获取相对准确的数据。为此，很多气象观测站的设备都建立在相对于空旷并且较高的场地，这种环境措施也导致气象观测站受到雷击的伤害及可能性在逐步增加。雷击的损害会带给气象观测站十分巨大的经济损失，会导致我国的环境质量逐步下降。现阶段，作为气象观测站的管理人员，应了解到不同的雷击其危害有哪些，并且降低雷击的危害，减少对气象观测站造成的负面影响。第一，在雷击危害中最严重且最常见的危害就是直击雷。直击雷的危害方式十分明显，即雷电直接击中了气象观测站的某一个设备，这种问题的出现导致气象观测站内的设备出现了强电流损坏。设备被击毁，气象观测站无法正常的进行运营，其直接给气象观测站带来了非常严重的经济损失。第二，雷电感应危害。雷电感应危害是指雷电的第二次作用，雷电产生的电磁脉冲耦合到气象观测设备及线路上，会在设备正常运行状态下，产生非常强的感应雷电流。现阶段，气象观测站所使用的设备，其精密度较高，并无法承受过大的电流，一旦电流过大设备会直接被烧毁，设备的运行寿命下降。第三，线路连接危害。在气象观测站中，并不是所有的设备都在室内，有很多设备在室外，设备通过线路同外界的金属管道或高架铁塔相连。为此，线路连接问题同样会引起气象观测站中其被雷击，设备的工作质量逐步下降。

2引发气象观测设备遭受雷击的因素

2.1观测设备的防雷设计不科学

通过对气象观测设备进行勘测，发现观测设备的防雷安全设计不到位，特别是采集器，存在防雷上的缺陷。采集器上设置了防护闪电电涌危害的三段保护，分别是过电流和电涌保护器、中继和RF过滤、精细箍位保护。虽然这种保护有一定的防雷功能，但信号通道采集器上使用了气体放电管，反应时间较长，会承受大的电流，需要增加压敏电阻进行保护。防雷板上的防雷元件会呈现无状态显示标识状态，导致防雷元件被损毁后无法及时发现和更换。

2.2防雷设备安装不到位

在对气象观测设备进行安装时，由于对设备的防雷原理和相关注意事项不够明确，设备的安装不够到位，经常出现采集器、防雷板等设备的保护接地不同，防雷保护接地材料不一致，线缆屏蔽处理方式不同等情况。一些气象观测站没有按照标准按照防直击雷设备，或安装方式不正确，都无法形成防雷作用，反而容易导致雷电事故的发生。气象观测站在接线时，没有按照标准方法，将电源线、信号线、馈线等胡乱布设，甚至直接接入室内，很容易因雷击导致电流直接侵入室内，将气象观测设备损坏。对于电源线、信号线等应采取屏蔽手段，外侧用绝缘装置进行屏蔽，不能直接接入室内，也不可绑在金属钢架上。否则会因雷击产生的感应雷电流对采集器等设备造成破坏。

2.3防直击雷装置安装不科学部分

地区的气象观测站在构筑直击雷防雷装置时，存在不规范、不科学的情况，缺失屋面防雷装置迫使防雷击装置位置不科学。典型的案例包括雷达站两侧对称安装接闪杆保护，但是接闪杆与雷达天线相距过近，造成气象观测设备频繁遭受雷击，无法起到可靠的保护作用。

2.4设备厂家安装指导不充分

通常气象观测设备安装人员多为气象部门大探中心或保障中心人员，对设备的防雷安全工作原理和安装注意事项不够了解，因缺乏厂家的现场指导，在防雷装置安装上较为混乱，表现为：防雷保护接地材料粗细不一，安装方法各异；气象探测设备温湿模块、采集器等装置的接地保护方式不同；气象观测设备线缆处的屏蔽措施不同。

3气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用优化

3.1提升直击雷的防护措施

直接雷击是导致气象观测设备雷击损坏的重要原因，设计和建设气象观测站时，必须严格按照建筑物防雷设计规范要求的二类防雷建筑要求进行，对于所在环境雷暴天气频繁、条件恶劣的，建设气象观测站时应该按照更高防雷标准进行设计建设。同时，应该注意将直击雷防护感应装置和闪电防护感应接地装置区别开来，进一步降低气象观测设备受到雷击的损害。在布设观测设备外部线时，接地电阻值应该在4Ω内，并且要铺设网格型接地线路，防止工作人员遭受跨步电压的伤害。

3.2对供电系统的防雷措施进行合理安装

因为气象台站供电系统发生雷击灾害概率较大，所以做好供电系统的接地保护工作至关重要。首先，可以通过安装适配的避雷器来保护供电系统，并且其接地电阻的阻值必须保证在4Ω以内，同时要跟周围的气象设施设备保持安全距离。另外，需要屏蔽各种电源线和信号线，且线的两端必须接地，以有效保障电涌不会入侵。其次，应该对供电设备进行严格检查，确保供电设备的稳定性，以保障气象观测设备有稳定的供电，一旦发现供电设备电压出现波动，应该立即在配电箱处加装稳压装置，并进行重复接地措施，以确保气象观测设备拥有良好且稳定的监测场所。

3.3注重接地保护

气象观测站内的观测设备应采取可靠的接地措施，尤其是对于集成度较高的防雷板，数据采集器和数据分析器等，规范接地保护作业显得尤为重要。结合多年的气象观测设备防雷经验，建议在防雷板的中心位置使用横截面积大于2.5mm2的铜芯缆线进行接地，建议使用横截面积大于2.5mm2的铜芯缆线连接数据采集器的G接口。与此同时，为有效避免地网放雷电流对附近接地保护器的影响，应保持防雷引线与观测场其他需保护的设备之间3m以上距离。

结束语

科技的发展带动了气象观测技术的进步，气象观测设备也越来越精密。但是气象观测设备的安全性不够完善，没有足够有效的防止雷电打击的能力。仪器越精密，其对雷电的电流和电压的抵抗能力越弱，一旦受到雷电灾害事故，将会造成仪器的损坏，影响了气象观测的开展。近年来，对气象观测设备的防雷工作被提上日程，通过对气象设备雷电灾害事件的调查和分析，气象观测设备雷电灾害防御技术已经取得了一定的成果，为气象观测设备的安全运行提供了保障。

参考文献

[1]周伟.浅谈气象观测站防雷技术的应用[J].农家科技旬刊,2014(2):263-264.

[2]殷国华,王路亚.监控系统雷电灾害防御技术应用研究[J].农村经济与科技,2018(14):25-26.

[3]苗菊萍,周爽.气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用价值研究[J].科技创新导报,2018(18):157–158.