胡 旻

陜西省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，陜西西安 710014

設(shè)施農(nóng)業(yè)是指利用各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為農(nóng)作物生產(chǎn)創(chuàng)造良好環(huán)境的生產(chǎn)作業(yè)方式，該作業(yè)模式包含了機(jī)械裝置、信息化管理和自動(dòng)控制等模塊，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。目前，我國的東北地區(qū)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用設(shè)施農(nóng)業(yè)，且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但同時(shí)該生產(chǎn)模式的問題也開始凸顯。設(shè)施農(nóng)業(yè)對場地的要求較高，一般選擇高位置或者寬闊區(qū)域作為主要的生產(chǎn)場地，這類區(qū)域遭遇雷擊災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)較大，不僅農(nóng)田、牧場面臨被雷擊的威脅，甚至設(shè)施裝置也極易被雷電災(zāi)害破壞。故需要研究如何建設(shè)雷電防護(hù)體系，為設(shè)施農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保護(hù)。

1 防雷工作開展對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的意義

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建設(shè)中的支柱產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)發(fā)展決定了民生發(fā)展。相比于工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)種植受外界因素的影響更深，天氣、環(huán)境等因素都會(huì)影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。在眾多影響因素中，雷電活動(dòng)的發(fā)生概率較低，但影響較大，一旦發(fā)生雷擊災(zāi)害，農(nóng)地面臨不僅僅是作物損毀或者設(shè)施損壞等經(jīng)濟(jì)層面的損失，甚至?xí){到農(nóng)業(yè)從業(yè)者的人身安全[1]。

在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的大背景下，不少先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如電子傳感器、測量設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)等，這些設(shè)備提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，提高了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也產(chǎn)生了安全隱患。設(shè)施農(nóng)業(yè)中常用到的電子傳感器和自動(dòng)化系統(tǒng)等都屬于弱電系統(tǒng)，且設(shè)施農(nóng)業(yè)出于容納各類設(shè)備設(shè)施的需要，選擇在廣闊范圍內(nèi)分散布設(shè)，這又加大了遭受雷電災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，也增加了人員在作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)。出于保護(hù)從業(yè)者安全和加快農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的需要，針對農(nóng)業(yè)行業(yè)開展防雷工作就被賦予了重大意義。

雷電活動(dòng)的預(yù)防一般是根據(jù)采集的天氣信息進(jìn)行分析后傳遞到相應(yīng)的端口，如各種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或者手機(jī)APP，相關(guān)人員從網(wǎng)頁或者手機(jī)中接收到天氣信息后，根據(jù)風(fēng)向、氣壓和溫濕度等信息判斷雷擊災(zāi)害發(fā)生的可能性，并做好防雷部署，減少自然災(zāi)害對農(nóng)地帶來的不良影響，確保農(nóng)業(yè)的高效生產(chǎn)。在新時(shí)期中，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型正在快速推進(jìn)，設(shè)施農(nóng)業(yè)的大面積推廣也促使相關(guān)單位進(jìn)一步加強(qiáng)農(nóng)業(yè)防雷措施的制定[2]。因此，如何提高雷電防護(hù)水平，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展中必須思考和認(rèn)真對待的問題。

2 雷電災(zāi)害設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響

雷電活動(dòng)對農(nóng)業(yè)的災(zāi)害影響分為直接影響和間接影響2種。直接影響是指直擊雷對農(nóng)田產(chǎn)生的災(zāi)害影響。直擊雷在不需要介質(zhì)的情況下直接擊中建筑物或者各類設(shè)備，會(huì)由此引發(fā)強(qiáng)烈的電效應(yīng)和熱效應(yīng)，電、熱效應(yīng)作用在農(nóng)業(yè)設(shè)備上，就會(huì)引起設(shè)備短路、損壞等[3]。具體而言，直擊雷擊中設(shè)施農(nóng)業(yè)的各類設(shè)備與裝置時(shí)，自身蘊(yùn)含的巨大能量會(huì)在裝置內(nèi)引發(fā)熱效應(yīng)，出現(xiàn)短路或者燃燒，如果沒有及時(shí)處理，會(huì)演變成火災(zāi)事故，最終給農(nóng)業(yè)設(shè)施和附近區(qū)域帶來嚴(yán)重危害。例如，2018年發(fā)生于四川南部縣的水田雷擊事件，由于農(nóng)田空曠，農(nóng)民在其中位于區(qū)域高點(diǎn)，不幸導(dǎo)致了人員傷亡。同樣，在農(nóng)田中的設(shè)施設(shè)備，由于相對周邊的作物有更高的水平面，極易突出成為農(nóng)地的高點(diǎn)，也就增加了被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。

間接影響是指雷擊電磁脈沖影響，當(dāng)建筑物或設(shè)備遭受雷擊時(shí)，雷電流會(huì)沿系統(tǒng)中的防雷裝置的各分支導(dǎo)體流入大地，流過分支導(dǎo)體的雷電流會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部空間產(chǎn)生暫態(tài)脈沖電磁場，脈沖電磁場交連不同空間的導(dǎo)體回路，會(huì)在這些回路中感應(yīng)出過電壓和過電流，導(dǎo)致設(shè)備接口損壞。雷電流產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖電磁場不僅能在配電線路中感應(yīng)過電壓和過電流，還能在設(shè)備之間的通信線路中感應(yīng)出過電壓和過電流。過強(qiáng)的雷擊電磁脈沖會(huì)對建筑物、人體和各種電氣設(shè)備及線路造成不同程度的危害。

3 農(nóng)業(yè)防雷技術(shù)的設(shè)計(jì)

3.1 接地設(shè)計(jì)

結(jié)合農(nóng)業(yè)防雷的需要，應(yīng)為設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)計(jì)防雷接地機(jī)制，防雷接地的原理是在雷擊發(fā)生時(shí)，依靠接地裝置將雷電流引入大地，以此減小雷電流對設(shè)施農(nóng)業(yè)的破壞，但如果因?yàn)橥寥离娮杪侍?，就?huì)影響雷電流的泄放效率，設(shè)備運(yùn)行的安全也難以得到保障。所以在防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，土壤電阻率問題要尤為注意，電阻率越低，才越有利于雷電流泄放，降低雷電災(zāi)害事故對設(shè)施農(nóng)業(yè)的損害[5]。

在設(shè)計(jì)防雷接地系統(tǒng)時(shí)需要注意地區(qū)環(huán)境，如果沒有結(jié)合實(shí)地情況針對性進(jìn)行接地設(shè)計(jì)，就很可能出現(xiàn)接地設(shè)計(jì)無法滿足農(nóng)田安全需求的情況，這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致接地裝置無法將雷電流引入大地，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，接閃桿、塔的電位會(huì)上升，進(jìn)而產(chǎn)生電位差，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)雷擊事故，影響農(nóng)戶的人身財(cái)產(chǎn)安全。

農(nóng)田的位置一般位于河岸、平原或者山坡等區(qū)域，這些區(qū)域的水源充足、土地肥沃，適于作物種植，但同時(shí)也是雷擊活動(dòng)的高發(fā)區(qū)，因此防控的難度較大，如果接地設(shè)計(jì)不恰當(dāng)，會(huì)直接損害農(nóng)業(yè)設(shè)施，給從業(yè)者造成經(jīng)濟(jì)損失。故在設(shè)計(jì)接地方式，如何選擇合適的接地方案是一個(gè)關(guān)鍵性要素，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，設(shè)施農(nóng)業(yè)的設(shè)備線路中的低阻抗線路就會(huì)出現(xiàn)巨大的電位差，讓絕緣子等防雷裝置產(chǎn)生閃絡(luò)問題，尤其是當(dāng)設(shè)施農(nóng)業(yè)位于高位置等雷擊易發(fā)的區(qū)域時(shí)，發(fā)生擊穿現(xiàn)象的概率和出現(xiàn)設(shè)備故障的可能性也更大，所以在設(shè)計(jì)接地方案時(shí)，要考慮到該地區(qū)的雷電發(fā)生頻率，通過恰當(dāng)?shù)慕拥卦O(shè)計(jì)避免雷擊問題威脅農(nóng)戶的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

3.2 材料選擇

接地材料的選擇也是防雷接地設(shè)計(jì)中需要考慮的重點(diǎn)，合理的材料運(yùn)用才能發(fā)揮出理想的雷電流傳導(dǎo)效果，將雷擊危害控制在最低。常用的接地材料有熱鍍鋅鋼、銅包鋼和鍍鎳銅包鋼等，不同的材料在應(yīng)用于接地系統(tǒng)時(shí)所采取的方法也不同，根據(jù)材料特性，選擇與之匹配的方案才能讓接地系統(tǒng)的雷電流傳導(dǎo)效果發(fā)揮到最佳[6]。

因?yàn)檗r(nóng)地的雷電活動(dòng)發(fā)生概率較高，頻繁的雷擊會(huì)增加電涌保護(hù)器的運(yùn)作負(fù)荷，影響到電涌保護(hù)器的正常運(yùn)作。在設(shè)計(jì)防雷機(jī)制時(shí)，可以額外在設(shè)備的供電導(dǎo)線下加裝耦合地線，這條耦合地線的作用是為了讓接閃桿和接閃線能實(shí)現(xiàn)耦合和分流，讓接地電阻得到控制和降低，避免傳導(dǎo)不暢。除了增設(shè)耦合地線的做法，也可以在桿塔的頂部加裝一條單獨(dú)的接閃線，當(dāng)雷電災(zāi)害事故發(fā)生時(shí)，農(nóng)田可以依靠接閃線將雷電導(dǎo)入引下線，避免雷電擊中現(xiàn)場的設(shè)施設(shè)備，提高農(nóng)田對雷電災(zāi)害事故的抵抗能力。

針對接閃線的具體設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)目的始終是圍繞有效轉(zhuǎn)移雷電流，將雷電流導(dǎo)入大地而展開。導(dǎo)入的效果越好，各類設(shè)備設(shè)施被擊穿的概率越低，發(fā)生線路跳閘的概率越少，設(shè)備的使用壽命越長，農(nóng)業(yè)效益越高。接閃線的鋪設(shè)位置一般設(shè)置在導(dǎo)線上部，但如果線路密度過大，就要進(jìn)行靜電屏蔽分流。同時(shí)，也要注意絕緣子的材料性能和特點(diǎn)，目前市場上常見的絕緣子有陶瓷、有機(jī)合成、玻璃3類，陶瓷和玻璃的絕緣性能良好，但材質(zhì)的脆性大，被擊穿的概率較高，農(nóng)田屬于雷電災(zāi)害頻繁的區(qū)域，極易因?yàn)閾舸┒l(fā)生不可逆的問題，因此選用陶瓷和玻璃的效果并不理想，且容易增加農(nóng)戶的防雷成本。有機(jī)合成類的絕緣子雖然絕緣性能較弱，但抗擊穿能力要優(yōu)于陶瓷類和玻璃類絕緣子，出于成本和安全性考慮，在農(nóng)田這種雷電災(zāi)害頻發(fā)的地段，使用有機(jī)合成類絕緣子要比陶瓷類絕緣子和玻璃類絕緣子更合理。

不同的接地材料，其接地方式也不同，采用熱鍍鋅角鋼和熱鍍鋅圓鋼作為接地材料時(shí)，角鋼的垂直埋設(shè)深度必須大于0.5 m，角鋼之間的水平間隔必須在4 m以上。采用銅包鋼與鍍鎳銅包鋼作為接地材料時(shí)，需要采用地基套筒的做法一根一根依次打入，這是因?yàn)殂~包鋼與鍍鎳銅包鋼對場地條件的要求較為苛刻，限制條件較多，因此只能在一些特殊環(huán)境中使用。

3.3 電阻控制

土壤電阻率和防雷設(shè)備的防雷電效果呈反比，土壤電阻率越高，防雷設(shè)備的防雷電效果越差，而土壤電阻率越低，則防雷設(shè)備的防雷電效果越好。故防雷電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需以降低土壤電阻率為目標(biāo)。降阻設(shè)備需要埋設(shè)于30.0～40.0 cm的地下土層中，其自身帶有半圓筒，具備相應(yīng)的滲水和蓄水的能力[7]。設(shè)備埋設(shè)到土層中后，若空氣濕度低不能滿足雷電形成的天氣，則半圓筒內(nèi)就沒有蓄水，一般在下雨時(shí)，半圓筒中的積水如果符合接地電阻運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)后，就會(huì)立即將接地體兩端導(dǎo)線相連接，直接作用于接地體回填土，使土壤濕度增大、擴(kuò)大接地體面積，從而降低防雷裝置的接地電阻值，提高設(shè)備的防雷效果，使設(shè)施農(nóng)業(yè)的防雷設(shè)備更有效地抵御雷擊。

相關(guān)單位還要借助傳感器和信號調(diào)理技術(shù)，得到設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備系統(tǒng)等運(yùn)行狀態(tài)下的監(jiān)測信息。另外，還借助于電子系統(tǒng)嵌入式測試技術(shù)，逐步構(gòu)建更加完善的芯片級、電路板級、設(shè)備及系統(tǒng)級的立體化監(jiān)測體系，有效掌握設(shè)施農(nóng)業(yè)中各類設(shè)備設(shè)施的具體運(yùn)行信息，為設(shè)施農(nóng)業(yè)雷電災(zāi)害診斷工作和健康管理工作提高更好的技術(shù)支持，并及時(shí)將信息傳導(dǎo)給農(nóng)戶，保證設(shè)備設(shè)施的及時(shí)更換和維護(hù)。

對于傳感器和嵌入式測試數(shù)據(jù)，應(yīng)實(shí)施數(shù)字化處理，重點(diǎn)針對數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一化、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)融合等相關(guān)問題進(jìn)行研究。其中主要涉及 模數(shù)轉(zhuǎn)換、噪聲抑制和濾波壓縮等相關(guān)核心技術(shù)；探討數(shù)據(jù)融合挖掘的具體措施，借助統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)格式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和存儲(chǔ)，從而更加便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)到信息的過濾。針對機(jī)械和動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，如各類農(nóng)機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的整理收集，源于設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)施農(nóng)業(yè)設(shè)備系統(tǒng)的相關(guān)信息，對監(jiān)測信息實(shí)施統(tǒng)一集中分析，最終利用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的格式有效融合相關(guān)數(shù)據(jù)。對電子系統(tǒng)來說，獲取到源于電路板以及設(shè)備、分析其監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的格式構(gòu)建更加全面系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)庫，從而對雷電災(zāi)害預(yù)測與安全生產(chǎn)管理帶來充足的信息支持。

3.4 技術(shù)推廣

第一種是政府部門與氣象部門的結(jié)合模式，在最大化發(fā)揮政府優(yōu)勢的情況下使防雷技術(shù)得以順利規(guī)范的推廣，并借助各個(gè)氣象部門的力量進(jìn)一步提高設(shè)施農(nóng)業(yè)防雷水平，這種模式的優(yōu)勢在于避免遭受市場風(fēng)險(xiǎn)。第二種是相關(guān)企業(yè)、政府部門與合作社的結(jié)合的“三位一體”推廣模式，建立三者之間的聯(lián)系并合理利用三者之間的相互促進(jìn)作用，讓企業(yè)參與到防雷設(shè)備的生產(chǎn)和輸送中，由政府或者合作社統(tǒng)一向某企業(yè)購買防雷設(shè)備，減輕農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高售后保障質(zhì)量。面臨多個(gè)防雷技術(shù)的取舍問題時(shí)，應(yīng)選擇防雷效果好、使用壽命長的技術(shù)，政府部門為企業(yè)發(fā)展提供資金支持，企業(yè)也要與合作社簽訂生產(chǎn)協(xié)議。在鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下就要選擇更加高效且具有實(shí)際發(fā)展意義的推廣模式，充分發(fā)揮政府監(jiān)督職能，助力企業(yè)積極引領(lǐng)，激勵(lì)農(nóng)民熱情參與。

此外，防雷技術(shù)在實(shí)際推廣過程中要立足于當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，從全局角度出發(fā)做好綜合布局，確保地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性、循環(huán)性發(fā)展，政府要關(guān)注基礎(chǔ)資源保障問題，如制度、資源和資金投入等，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)行一站式行政審批服務(wù)，有效提高技術(shù)應(yīng)用的便捷性。安全性、可靠性是防雷技術(shù)應(yīng)用首要檢驗(yàn)的2項(xiàng)指標(biāo)，對此可拓展更多便捷的檢驗(yàn)渠道；巧用政府平臺(tái)力量推進(jìn)防雷技術(shù)宣傳工作，以政府部門為主，當(dāng)?shù)孛襟w為輔，拓寬防雷信息宣傳面，加深基層群眾對防雷安全的認(rèn)識。

無論何種先進(jìn)的防雷技術(shù)，其價(jià)值的體現(xiàn)都要通過應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，從科技成果轉(zhuǎn)化再到科技成果入戶，真正地將科技應(yīng)用到每位基層種植戶。各地政府部門要立足于設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀合理安排防雷技術(shù)人員，在確定防雷推廣任務(wù)的前提下量化任務(wù)，以此保證工作質(zhì)量?？萍既霊艄芾黼x不開完整的績效考核制度的激勵(lì)作用，獎(jiǎng)懲有度的考核能夠強(qiáng)化防雷技術(shù)推廣人員的工作態(tài)度和責(zé)任感。

4 結(jié)束語

我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型也越發(fā)迫切，由此帶來的雷擊災(zāi)害事故也成為發(fā)展中要重點(diǎn)思考和防御的問題。農(nóng)田由于場地寬闊，水平面高，形成區(qū)域高點(diǎn)的概率較大，也比一般設(shè)施農(nóng)業(yè)更易遭遇雷電災(zāi)害。雷電災(zāi)害問題的發(fā)生不僅會(huì)影響農(nóng)業(yè)效益，還會(huì)危及從業(yè)者的人身安全，造成嚴(yán)重的雷電災(zāi)害。目前主要的防雷手段是通過氣象預(yù)警，向從業(yè)人員發(fā)布雷擊預(yù)警信息，督促從業(yè)者自行進(jìn)行防雷安全預(yù)防工作。但該方法的不可控性過大，加之從業(yè)者的個(gè)人水平參差不齊，難以保障所有從業(yè)者都能及時(shí)應(yīng)對雷擊事故。故提出加強(qiáng)防雷技術(shù)建設(shè)，在農(nóng)地設(shè)立現(xiàn)代化的防雷設(shè)備，以此提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的雷電防護(hù)能力，通過接閃桿、接閃線的布置，以及更先進(jìn)傳感器的引入，提高農(nóng)地對雷電活動(dòng)的預(yù)防能力，最大限度地降低雷電活動(dòng)帶來的危害，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全進(jìn)行。