王鵬 山東省濰坊市氣象局

氣象雷達(dá)站是我國(guó)氣象觀測(cè)的重要組成部分，同時(shí)也是提供氣象服務(wù)的基礎(chǔ)條件，但是由于氣象雷達(dá)站經(jīng)常遭到雷電的破壞，對(duì)氣象檢測(cè)的數(shù)據(jù)造成了很大的影響，同時(shí)也讓氣象觀測(cè)工作的順利開展受到了限制。為了能夠提高氣象雷達(dá)站雷電防護(hù)工作的效率，相關(guān)的技術(shù)人員就要對(duì)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)方案重新進(jìn)行調(diào)整，這樣才能為氣象雷達(dá)站的安全性提供保障。

一、氣象雷達(dá)站遭到雷擊的主要原因

（一）氣象雷達(dá)站室外設(shè)備遭到雷擊的主要原因

氣象雷達(dá)站觀測(cè)天氣變化的傳感器必須要安裝在室外，所以很容易遭到雷擊的破壞。傳感器必須在室外的主要原因有以下幾個(gè)方面：首先，為了給氣象觀測(cè)提供便利條件，氣象雷達(dá)站的室外設(shè)備都要到觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)后才能安裝，氣象雷達(dá)站的觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)周邊不允許有較高的建筑，并且周邊的環(huán)境也要開闊，不能對(duì)氣象雷達(dá)站的觀測(cè)場(chǎng)造成遮擋。為了提高傳感器的敏感性，傳感器探頭部分的材質(zhì)都是由穿透能力較強(qiáng)的金屬材質(zhì)構(gòu)成，無形之中就增加了傳感器遭受雷擊的可能性。其次，由于受到風(fēng)向和風(fēng)速的影響，傳感器安裝的位置一般都比較特殊，為了降低傳感器遭受雷擊的損壞，工作人員就會(huì)在傳感器的周圍安裝避雷針。雖然傳感器已經(jīng)安裝在避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)，但是如果傳感器上的風(fēng)桿遭到了雷擊，雷電的電波會(huì)隨著傳感器的風(fēng)桿向室內(nèi)控制器中的電纜進(jìn)行傳送，同樣會(huì)對(duì)室內(nèi)的感應(yīng)設(shè)備造成損壞。最后，如果傳感器已經(jīng)遭受了雷擊，傳感器周邊的避雷針就會(huì)形成強(qiáng)大的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在傳送的過程中會(huì)和各個(gè)傳感器產(chǎn)生交叉，這樣就會(huì)對(duì)涉及的觀測(cè)設(shè)備造成損壞。[1]

雷電產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)設(shè)備造成干擾的主要原因是通過輻射耦合關(guān)系和傳導(dǎo)耦合關(guān)系這兩種形式將電磁脈沖傳送到氣象雷達(dá)站中，對(duì)雷電站中的觀測(cè)設(shè)備造成了很大的影響。一般來說，如果雷電已經(jīng)對(duì)氣象雷達(dá)站造成了破壞，阻性耦合關(guān)系就會(huì)對(duì)反擊電壓直接造成損壞，而其他的耦合關(guān)系就會(huì)通過電纜或者其傳送設(shè)備傳統(tǒng)到主控制器上，這樣就會(huì)對(duì)氣象雷達(dá)站的所有設(shè)備造成破壞。雷擊的入侵主要有以下兩種體現(xiàn)形式：首先，雷擊波從氣象雷達(dá)站的線路上入侵。雷擊的電波通過線路直接進(jìn)入到氣象雷達(dá)站的內(nèi)部控制系統(tǒng)，導(dǎo)致所有的設(shè)備都會(huì)受到雷擊的破壞，如果高壓電線被雷電集中，就會(huì)利用變壓器的耦合關(guān)系轉(zhuǎn)換成低壓，繼續(xù)入侵氣象雷達(dá)站的設(shè)備。如果是氣象雷達(dá)站的建筑物或者是建筑物的周邊設(shè)備的遭到了雷擊的破壞，雷電中包含的其中一部分電流就會(huì)隨著引下線傳送至地面，不能及時(shí)傳送的電流就會(huì)通過電纜中的線路傳送至室內(nèi)的設(shè)備中，對(duì)設(shè)備造成不同程度的破壞。其次，雷電的電波通過通信線路進(jìn)入到設(shè)備中。如果氣象雷達(dá)站缺乏對(duì)雷電防護(hù)工作的重視，周邊有高層的建筑或者有其他容易引起雷擊的物體，如果這些物體遭受了雷擊的破壞，雷電中的電波和電壓就會(huì)對(duì)土地造成損壞，甚至還會(huì)影響到氣象雷達(dá)站周邊的整個(gè)建筑物。

（二）氣象雷達(dá)站室內(nèi)設(shè)備遭到雷擊的主要原因

氣象雷達(dá)站的集中處理系統(tǒng)設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備都要安裝在室內(nèi)，與氣象雷達(dá)站室外設(shè)備相比，室內(nèi)的這些設(shè)備更加容易受到雷電電波的沖擊。室內(nèi)設(shè)備遭到雷擊后，雷電的電波就會(huì)利用電磁脈沖對(duì)室內(nèi)的設(shè)備造成大面積的損壞，并且還會(huì)利用電源線路對(duì)其他設(shè)備造成破壞，如果雷擊的破壞程度較為嚴(yán)重，就會(huì)影響到整個(gè)氣象雷達(dá)站氣象系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，氣象雷達(dá)站在安裝接地系統(tǒng)時(shí)一定嚴(yán)格按照規(guī)范安裝，否則就會(huì)讓不同的電子設(shè)備產(chǎn)生電位差，同樣也會(huì)對(duì)氣象雷達(dá)站的氣象系統(tǒng)造成影響。[2]

二、雷電對(duì)氣象雷達(dá)站的入侵途徑以及對(duì)氣象雷達(dá)站造成的破壞

（一）雷電在氣象雷達(dá)站的入侵途徑

氣象雷達(dá)站遭到雷電擊中后，最明顯的破壞就是氣象雷達(dá)站的設(shè)備，氣象雷達(dá)站一旦遭受雷電擊中，就會(huì)通過多種方式對(duì)氣象雷達(dá)站的設(shè)備造成損壞。如果氣象雷達(dá)站室外的電線遭受到了雷擊的破壞，雷電的電波就會(huì)通過電線傳導(dǎo)至所有的室外設(shè)備，導(dǎo)致室外的設(shè)備全部遭到破壞。如果氣象雷達(dá)站周邊的建筑物或者構(gòu)筑物遭到雷擊，雷電中的電流就會(huì)通過建筑物或者構(gòu)筑物傳統(tǒng)到地面，然后再利用零線和地線將電流導(dǎo)入室內(nèi)的設(shè)備，導(dǎo)致室內(nèi)的設(shè)備也遭到破壞。另外，還有一種非常常見的雷電入侵方式，氣象雷達(dá)站室外的建筑物遭到雷電擊中后，雷電的電波和電壓很容易對(duì)氣象雷達(dá)站室外的傳感器或者其他設(shè)備造成損壞。

（二）雷電對(duì)氣象雷達(dá)站造成的危害程度

雷電是天氣環(huán)境中非常自然的一種天氣現(xiàn)象，但是雷電在釋放的過程中最高能夠釋放出幾百兆焦耳的能量，雷電在釋放的過程中還伴有強(qiáng)大的電流，電流在釋放過程中可以瞬間將溫度提升到一萬攝氏度，無論是哪個(gè)方面引起的連鎖反應(yīng)都會(huì)造成嚴(yán)重的后果，不僅會(huì)對(duì)建筑物或者構(gòu)筑物造成破壞，還會(huì)對(duì)人們安全造成威脅。如果氣象雷達(dá)站遭到雷電擊中后，遭到破壞的除了氣象雷達(dá)站的設(shè)備之外，還有內(nèi)部的其他設(shè)備和系統(tǒng)，另外，氣象雷達(dá)站外的傳感器和主控設(shè)備也會(huì)遭到破壞。雷電的電波一般都是由電路或者通信線路傳入到氣象雷達(dá)站的內(nèi)部設(shè)備中，導(dǎo)致氣象雷達(dá)站內(nèi)部大部分的設(shè)備都遭到了損壞。一般來說氣象雷達(dá)站都會(huì)建立在比較空曠的區(qū)域，由于占地面積較大，傳感器一般都是安裝在氣象雷達(dá)站的室外，從傳感器搜集到的數(shù)據(jù)傳輸至采集器中，然后再將采集器整理好的數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)中，要經(jīng)過很長(zhǎng)的線路，再加上各個(gè)線路之間處在同樣的磁場(chǎng)環(huán)境中，相互之間必然會(huì)存在一定的聯(lián)系，所以很難對(duì)傳輸線路中的磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。如果這時(shí)遭到雷電擊中，很容易通過耦合關(guān)系對(duì)氣象雷達(dá)站的設(shè)備造成破壞。[3]

三、氣象雷達(dá)站外部雷電防護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）加強(qiáng)對(duì)直擊雷的防護(hù)工作

首先，技術(shù)人員在對(duì)氣象雷達(dá)站的外部進(jìn)行雷電防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)氣象雷達(dá)站的實(shí)際情況不斷調(diào)整避雷針或者避雷帶的位置，增加對(duì)傳感器的保護(hù)力度。其次，及時(shí)的加強(qiáng)工作人員對(duì)直擊雷的防護(hù)工作。一般情況下，氣象雷達(dá)站在設(shè)計(jì)雷電預(yù)防工作時(shí)都會(huì)將避雷針或者避雷帶安裝在風(fēng)桿的上方，大部分的風(fēng)桿高度為十厘米左右，避雷針或者避雷帶的高度就要超過風(fēng)桿的位置安裝。為了避免雷電對(duì)建筑物造成破壞，建筑物的外部都會(huì)安裝導(dǎo)電裝置，導(dǎo)電裝置的主要作用是將雷電中的電波通過引下線釋放在地面上，所以導(dǎo)電裝置的阻力不能過大，否則就會(huì)影響到釋放電波的效率。

（二）做好氣象雷達(dá)站內(nèi)部和外部線路的屏蔽工作

即便是城市中的建筑物，無論是高層建筑還是多層的建筑都要安裝導(dǎo)電體，由于氣象雷達(dá)站的建筑物更加容易遭受雷擊，更要安裝導(dǎo)電體。一般的導(dǎo)電體都會(huì)安裝在建筑物的外墻護(hù)欄、結(jié)構(gòu)鋼筋或者外部的鐵門等金屬結(jié)構(gòu)上。如果進(jìn)入雷雨季節(jié)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電體周圍就會(huì)形成一個(gè)大型的磁場(chǎng)，很容易產(chǎn)生電流。因此，技術(shù)人員要做好氣象雷達(dá)站建筑物外導(dǎo)電體的屏蔽工作，如果建筑物遭受到雷擊，也可以防止雷電將電流帶入到建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這樣就能提高氣象雷達(dá)站內(nèi)部的設(shè)備的安全性。除此之外，技術(shù)人員還要做好氣象雷達(dá)站內(nèi)部設(shè)備的電磁屏蔽工作，利用安裝的導(dǎo)電體將內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行封閉性的連接，同樣也能防止內(nèi)部設(shè)備遭到雷電的破壞。

四、氣象雷達(dá)站內(nèi)部雷電防護(hù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）對(duì)電磁干擾進(jìn)行有效攔截

當(dāng)氣象雷達(dá)站的內(nèi)部設(shè)備遭受到雷擊后，雷電中的電磁脈沖很容易對(duì)氣象雷達(dá)站內(nèi)部的電子設(shè)備造成干擾。因此，技術(shù)人員要制定相應(yīng)的措施防止電磁脈沖對(duì)氣象雷達(dá)站內(nèi)部的電子設(shè)備造成影響。這不僅能夠降低電磁在傳導(dǎo)過程中被過度消耗，將電磁波中的能量留在內(nèi)部的電子設(shè)備中，還能夠降低輻射對(duì)周圍人員造成的傷害。另外，對(duì)電磁干擾進(jìn)行有效的攔截還能為氣象雷達(dá)站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障，同樣也能增加氣象雷達(dá)站的使用時(shí)間。[4]

（二）做好均壓等電位的連接工作

在氣象雷達(dá)站的內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)中做好均壓等電位的連接工作就是為了防止不同設(shè)備之間出現(xiàn)電位差，確保各個(gè)設(shè)備的電壓都能保持一致。要想實(shí)現(xiàn)等電位，技術(shù)人員就要將氣象雷達(dá)站室內(nèi)所有電子設(shè)備的導(dǎo)體相連接，雖然這個(gè)系統(tǒng)具備很強(qiáng)的導(dǎo)電能力，但是仍然要在做好導(dǎo)體連接工作后安裝接地系統(tǒng)，這樣才能使整個(gè)系統(tǒng)更加安全。將氣象雷達(dá)站室內(nèi)所有電子設(shè)備的導(dǎo)體連接好之后，還要其他不能導(dǎo)電的設(shè)備相結(jié)合，并且還要將這個(gè)系統(tǒng)與避雷器相連接。換言之，實(shí)現(xiàn)均壓等電位是需要各個(gè)系統(tǒng)同時(shí)工作，才能在配合中提高工作的效率。

為了能夠給氣象雷達(dá)站的正常運(yùn)行提供保障，技術(shù)人員還要構(gòu)建完整的接地網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上就是利用一個(gè)接地設(shè)備將氣象雷達(dá)站室內(nèi)所有的電子設(shè)備相結(jié)合，這樣才能確保電子設(shè)備的安全性。最后，相關(guān)的技術(shù)人員要將與電子設(shè)備相連接的接地線、對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的接地線以及氣象雷達(dá)站室內(nèi)和室外的防雷接地線融合在一起，這樣才能將所有的電流全匯集到一起。另外，除了連接這三種不同作用的接地線之外，還要將氣象雷達(dá)站中所有的接地線全部與接地網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，并且還要將這些接地線全部引入到地下，這樣才能在氣象雷達(dá)站遭受雷擊時(shí)，通過接地線將雷電中的電流引入到土壤中。

（三）做好線路的分流工作

相關(guān)的技術(shù)人員要根據(jù)氣象雷達(dá)站的特點(diǎn)，選擇更加適合氣象雷達(dá)站的方式安裝所有的電源線。在對(duì)電源線安裝保護(hù)裝置的過程中，一級(jí)保護(hù)是將電源線與總配電箱連接。二級(jí)保護(hù)則是將電源線與氣象雷達(dá)站內(nèi)部機(jī)房的線路相連接。為了能夠提高電源線的安全性，相關(guān)的技術(shù)人員要確保兩級(jí)保護(hù)器之間相連接的線路分開一段距離，并且兩者之間的距離最短不能小于五厘米。氣象雷達(dá)站機(jī)房?jī)?nèi)的保護(hù)器連接的地線和設(shè)備連接的底線都要和電位連接全部結(jié)合在一起，并且在連接之前確保所有的保護(hù)器都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，技術(shù)人員還要將所有的接地線全部安裝在同一個(gè)設(shè)備上，并且還要搭配一個(gè)高質(zhì)量的空氣開關(guān)，這樣才能在第一時(shí)間將雷電中的電流排出，從而降級(jí)雷電對(duì)氣象雷達(dá)站造成的影響。

（四）科學(xué)的安裝接地裝置

科學(xué)的安裝接地裝置是將公共接地當(dāng)作基礎(chǔ)條件，將氣象雷達(dá)站的防雷接地裝置和電子設(shè)備的裝置相連接，在操作時(shí)公共接地就成了必要的基礎(chǔ)條件，因?yàn)楣步拥匮b置要為其他的接地裝置提供基礎(chǔ)電位。這樣才能避免各個(gè)系統(tǒng)在連接的過程中產(chǎn)生電位差，從而提高接地裝置系統(tǒng)的安全性。在實(shí)際工作中，技術(shù)人員在安裝接地裝置的過程中，有些氣象雷達(dá)站的設(shè)備需要單獨(dú)連接接地裝置，為了能夠提高防雷設(shè)備的效率，技術(shù)人員就要在整個(gè)接地系統(tǒng)中增加多條接地線，并且還要盡可能的減少接地線之間連接的距離，在與接地網(wǎng)連接之前，技術(shù)人員要提前將單獨(dú)的接地線進(jìn)行統(tǒng)一管理，防止各個(gè)接地線之間因?yàn)轳詈详P(guān)系互相造成干擾，確保各個(gè)接地設(shè)備沒有電位差。[5]

其次。氣象雷達(dá)站建筑物的防雷接地系統(tǒng)要與接地系統(tǒng)保持適當(dāng)?shù)木嚯x。如果兩者之間的距離太近，很容易造成相互干擾，甚至還會(huì)出現(xiàn)反作用，但是如果兩者之間的距離過遠(yuǎn)，又不能確保接地線全部接入到同一個(gè)接地網(wǎng)中。所以技術(shù)人員要在接地系統(tǒng)的各個(gè)連接處安裝低電壓的避雷裝置，這樣不僅能夠?qū)⑺械慕拥匮b置連接在一起，還能避免雷電對(duì)接地設(shè)備造成損壞。最后，技術(shù)人員要對(duì)屏蔽裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，雖然將信號(hào)全部屏蔽之后會(huì)給之后的工作提供更多便利條件，但是屏蔽信號(hào)的裝置會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成一定的干擾。因此，技術(shù)人員可以在電纜上安裝金屬管，這樣才能確保屏蔽工作和接地工作同時(shí)進(jìn)行。

五、總結(jié)

總而言之，氣象雷達(dá)站由于其自身的特殊性質(zhì)很容易遭到雷擊的破壞。因此，相關(guān)的技術(shù)人員就要不斷對(duì)防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，這樣才能在確保氣象雷達(dá)站不受到雷擊破壞的基礎(chǔ)上安全運(yùn)行。