朱建晴 張世武

[摘 要] 雷電是一種發(fā)生非常頻繁并且破壞性極大的大氣現(xiàn)象，為了保證氣象站順利帶給人們氣象信息，自動氣象站的雷電防護(hù)技術(shù)顯得尤其重要。本文首先介紹了雷電的危害及其入侵方式，其次分析了自動氣象站遭雷擊的原因，最后提出自動氣象站的雷電防護(hù)技術(shù)。

[關(guān)鍵詞] 自動氣象站 雷電防護(hù) 技術(shù)

[中圖分類號] P415.1+2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2014）07-0290-01

一、雷電的危害和入侵方式

雷電是大氣現(xiàn)象當(dāng)中的其中一種，每次雷閃能夠釋放出數(shù)百兆焦耳的能量。其強(qiáng)大的電流能讓放電通道中的瞬時溫度升高到6000-10000攝氏度，產(chǎn)生的熱效應(yīng)、電效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)具有嚴(yán)重的破壞性。根據(jù)資料顯示，世界上很多國家和地區(qū)每年都會發(fā)生多起雷擊災(zāi)害事故。并且由于雷電具有突發(fā)性、快速性的特點(diǎn)，讓人避之不及。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2007年我國雷電災(zāi)害共發(fā)生19902起，其中死亡人數(shù)是678人，受傷人數(shù)是768人，雷電造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到10億元人民幣。雷電對自動氣象站帶來的危害具有破壞性，雷電可造成氣象站的傳感器、采集器和主控危機(jī)的破壞。雷擊電磁脈沖可通過電源線路和通信線路入侵自動氣象站，這種入侵造成破壞的概率很大。通常情況下，自動氣象站都是建立在空曠的地方，傳輸線從傳感器到采集器再到計算機(jī)有一段距離，加上數(shù)據(jù)傳輸線和電源及接地線等都在相同的電磁環(huán)境中，相互之間有影響，數(shù)據(jù)傳輸線難以做到電磁屏蔽。這就導(dǎo)致雷電通過磁場、電場和電阻耦合以傳導(dǎo)或者輻射的方式破壞自動氣象站。

雷電對自動氣象站的入侵方式主要是傳導(dǎo)耦合和輻射耦合這兩種方式。一種是通過供電線路的入侵，雷雨天氣時，雷電首先會電擊到建筑物，然后電流會隨著建筑物傳導(dǎo)給地面，再通過電路中的零線、保護(hù)地線和布線中的接地線，以脈沖的形式侵入室內(nèi)，造成電器設(shè)備的損壞。另一種是通過通信線路入侵，當(dāng)建筑物遭到雷擊后，一些處于戶外的例如傳感器、采集器等設(shè)備很容易受到損壞。

二、自動氣象站遭雷擊的原因

根據(jù)有關(guān)資料和現(xiàn)場實地勘察，自動氣象站的建設(shè)場地主要分為兩大類：一類是建設(shè)在原氣象觀測場，另一類是根據(jù)氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測的需要，建設(shè)在非氣象觀測場的其他場所，這類大為單要素自動氣象站，有少部分為多要素自動氣象站。對于建設(shè)在原氣象觀測場的自動氣象站，其防雷接地系統(tǒng)主要是在原氣象觀測場防雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改建而成。由于以前的人工觀測場大多為機(jī)械制式的設(shè)備，耐壓能力較強(qiáng)，因此，雷擊表現(xiàn)不是很嚴(yán)重。而自動氣象站大多由集成度較高的電子弱電設(shè)備組成，且處理及傳輸設(shè)備均為電子弱電設(shè)備，其耐壓能力相對較弱。在建設(shè)自動氣象站時，由于對風(fēng)桿的直擊雷防護(hù)、等電位連接以及屏蔽措施考慮不周全，導(dǎo)致雷暴時自動氣象站很容易損壞，嚴(yán)重影響了自動氣象站的正常運(yùn)行。而對于在非氣象觀測場的自動氣象站，由于觀測需要，大多建設(shè)在建筑物的屋頂或野外，其防雷措施一般僅安裝一只避雷針，基本上缺乏雷擊電磁脈沖的防護(hù)措施，一旦自動氣象站遭受雷擊就很容易損壞。

三、自動氣象站的雷電防護(hù)技術(shù)

1.線路接閃器和納米磁阻流器的防雷新技術(shù)

通常情況下，電源開關(guān)能夠很有效地控制電源，但是開關(guān)的使用過程中會產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場，如果遇到雷電發(fā)生時，使用開關(guān)容易產(chǎn)生電磁感應(yīng)導(dǎo)致跳閘現(xiàn)象出現(xiàn)。據(jù)一系列調(diào)查報告顯示，當(dāng)雷電擊中導(dǎo)體的時候，這時輸電線路跳閘是導(dǎo)致輸電線燃燒、爆炸的主要誘因。所以，降低雷擊的跳閘率是有效防止雷電導(dǎo)致輸電線路燃燒的主要方法，從而降低雷電帶來的負(fù)面影響。最新科學(xué)研究表明，線路接閃器和納米磁阻流器能夠有效地避免電磁干擾，從而使電源開關(guān)的電磁干擾降到最低，減少雷電導(dǎo)致的輸電線路的跳閘率。

2.對設(shè)備和管道進(jìn)行等電位連接的防雷安全措施

首先對一些分開的導(dǎo)體用金屬裝置進(jìn)行連接，在雷擊出現(xiàn)時可以降低這些導(dǎo)電體之間的電位差，從而實現(xiàn)降低雷擊電壓的目的。其次對建筑物中的一些常見的導(dǎo)電裝置，例如：線路屏蔽管、金屬水管、消防管道等也利用導(dǎo)體將其連接起來，與接地裝置合并為一體，從而也可以有效地降低這些導(dǎo)電體的電位差，在雷擊發(fā)生時不至于因電位差過高而產(chǎn)生電流。另外還需要注意的是，在對設(shè)備和管道進(jìn)行等電位連接的防雷安全措施的時候，要在導(dǎo)體連接處的那塊區(qū)域留出等電位端口，這樣可以方便以后有新設(shè)備的接地連接。

3.屏蔽建筑物內(nèi)外導(dǎo)電線路和電子設(shè)備的防雷安全措施

在建筑物的外部和內(nèi)部都廣泛存在導(dǎo)電體，建筑物外部的常見的導(dǎo)電體是鋼筋、鐵窗、鐵門、陽臺護(hù)欄等。遇到雷擊天氣時，這些導(dǎo)電體附近能形成磁場產(chǎn)生電流，因此，對這些建筑物外部的導(dǎo)電體進(jìn)行接地屏蔽，能有效避免雷電通過外部導(dǎo)體將電流帶進(jìn)建筑物內(nèi)部。此外，還應(yīng)對建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備進(jìn)行電磁屏蔽，也是用金屬導(dǎo)體將這些電子設(shè)備進(jìn)行連接封閉的方法，來達(dá)到阻止雷電產(chǎn)生的電流破壞電子設(shè)備的正常使用。

四、總結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，雷電給社會帶來的危害越來越嚴(yán)重，尤其是南方多雷雨的地方雷電災(zāi)害更加嚴(yán)重。為了保障氣象臺能正常運(yùn)轉(zhuǎn)帶給人們急需的天氣信息，氣象站的雷電防護(hù)十分重要。

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作者簡介：石金鋮（1981-），男，黑龍江鶴崗市人，本科，就職于鶴崗市氣象局。