气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用

气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用

刘 洋、 祁 海

宁夏回族自治区气象局，宁夏 银川 750002

摘要：随着气象观测技术快速发展，社会各界对于高精度气象预报的需求与日

俱增，在此背景下，气象观测设备迎来了黄金发展时期，观测设备精密度逐步

提升，同时，气象观测设备的覆盖范围也越来越广。与之相对应的，如何在雷

击干扰下保证气象观测设备的正常运行，是现阶段气象观测设备研究与应用领域的一大热点问题。基于此，文章在重点分析宁夏银川气象观测设备雷击灾害的基础上，深入探讨了气象观测设备雷击的具体原因，并针对性地提出了气象观测设备防雷关键技术。

关键词：气象观测设备；雷电灾害；防御技术

引言

随着科技的发展，各种精密的设备出现。在气象观测站的工作中，如果没有做好雷电防护措施，就有可能出现雷电灾害，导致气象观测站的精密设备受到损毁。因此，对气象观测站做好雷电预防工作，可以避免经济损失和人员伤亡，在雷电灾害的预防中，通过对关键技术的应用和探析，最终避免或减少雷电灾害的发生。

1、气象观测设备雷击状况分析

研究统计了银川近3年因雷击造成的气象观测设备损坏事件，统计结果发现，雷击对气象观测设备的主要影响体现在采集器，传感器，变压器等设备上。具体来看：首先，因雷击导致的采集器、传感器、雷达、定位仪等设备损坏，占到雷击损坏设备总数的30%以上，是导致气象观测设备损坏的主要类型之一；其次，因雷击造成的串口服务器、接口设备等损坏，占到总设备损坏的22%；再次，温度、湿度采集器和传感器的损坏占到总体损坏设备设施的12%；最后，因雷击造成的雷达定位仪，防雷板等设备损坏，占到总损坏设备的15%。上述几类是主要的气象观测设备雷击统计分析。

2、雷电灾害类型

2.1　直击雷

这种情况是最为常见的，通常是指雷电直接击中气象观测设备，从而导致气象观测设备被损坏，使气象观测设备无法正常运行工作，因此使气象观测站失去监测功能，最终导致巨大的经济损失。

2.2　间接雷

与直击雷不同，间接雷是在直击雷击中气象观测设备后发生的第二次电流作用，这是因为气象观测设备一般在工作运行的时候会产生大量的静电，因此导致气象观测设备和雷电之间发生了静电感应，从而形成了巨大的电流和电磁场。当气象观测设备无法承受巨大电流时，就会直接被电流烧毁设备。

2.3　线路连接

对于气象观测，需要将设备建立在室外，这样可以很好地对气象做出观测、记录、传输气象要素，由于气象观测设备需要和其他设备连接在一起运行，而互相连接的线路通常为非绝缘体，因此当雷电击中某一个设备或者高架时，就会造成电流直接损毁气象观测设备的情况。

3、气象观测设备受到雷击的原因

3.1 采集设备防雷设计不合理

以CAWS600 采集器和DZZ5 新型站为例分析该种设备在雷击情况下遭受的损害，设计不合理，主要表现在以下几个方面。

（1）设备厂家通常为采集器的电源部分提供了双重保护，以避免外界强电流侵入到采集器内部。第1段设置在输入端，通常以电容保护器和电流保护器为主；第2段主要使用rf过滤器和中继器。信号在通过多道防护后进入采集器，但是由于使用气体放电管作为信号通道采集器的前置设备，作为线路输入端的一级浪涌保护，需承担较大的浪涌电流，在此条件下，建议增加压敏电阻作为二级保护以提升响应速度。

（2）部分厂家生产的采集器在防雷元器件上缺少明显的状态标志，导致这部分设备因雷击损坏，无法及时进行更换和维修。

3.2　配电系统防雷措施不到位

配电系统受到雷击，会造成供电中断，并且还会导致设备受损，其主要原因就是不少气象台站不重视配电系统的雷电防护，或者台站配电系统接地措施不规范，最终导致一旦出现雷电现象，配电系统就会出现跳闸或其他故障，从而影响电子设备的运行。由于有些台站电涌保护器安装不规范，当雷电的电涌入侵到配电系统后，造成电涌保护器发生故障或损坏，使气象检测设备发生故障。

3.3　防雷设备安装不科学

部分地区的气象观测站，对于防雷工作的重视程度不足，在设备安装之前并未进行深入调

研，充分论证防雷安全设计的可靠性，存在防雷措施不到位、不规范的情况。与此同时，另一部分工作人员在改造和新增气象观测设备时，没有充分重视设备的防雷安全，存在安全隐患，具体表现在以下几个方面。

（1）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）气象观测设备的防雷保护线过。长 部分地区的气象观测站内配置的防雷保护线过长，规范要求应在半米左右。与此同时，防雷保护线选用的线径偏细，接地电阻偏大，一旦发生雷击灾害，不能有效地保护气象观测设备，导致设备损坏。

（3）风塔处信号线和电源线缺少有效屏蔽 。在地面气象观测站的建设中，部分场站没有采取金属屏蔽措施，对电源线和信号线进行保护，而是直接将电源线和信号线连接在金属钢架上，即使信号线自身有一定的电缆屏蔽层，也无法将强电磁干扰的信号完全屏蔽，会在信号线内产生远高于采集元器件所能承受的电有电压，引发感应雷电流，对气象观测设备造成损坏。

4、气象观测设备防雷关键技术的应用

4.1　对供电系统的防雷措施进行合理安装

由于气象观测站的供电系统很容易引发雷电灾害，因此就需要对供电系统做好接地保护工作，通过安装适配避雷器的方法，实现安装接地保护时对接地电阻的阻值不能太大，要求接地电阻在4Ω 以下，并且保持和附近气象设施、设备有着足够的安全距离，对于各种电源线、信号线都应该进行屏蔽，通过两端接地的方式，从而有效防止闪电的电涌入侵。为了确保对气象观测设备提供稳定的电源，需要对供电的设备进行检查，确保供电设备的稳定性，一旦发现供电设备的电压有浮动，就需要安装稳压装置，并在配电箱采取重复接地的措施，通过合理的布线和加装多级浪涌保护器，有效保障气象观测设备有良好而又稳定的监测场所。

4.2　规范安装直击雷防护措施

对于那些遭受雷电频率较高区域，可以采取独立的防直击雷装置，通过将防直击雷接地装置与防闪电感应接地装置分开设置，从而降低雷击损坏设备的概率，根据气象观测设备的运行、布局需要情况通常在观测场地内进行防雷接地装置安装，需敷设成网络型接地体，可以有效防止雷电对人员及设备的危害，实现了安装直击雷防护的保障作用。

4.3 做好气象观测设备的接地保护工作

接地保护工作是防雷设备在开展的第一项工作，应按照科学的方式做好气象观测设备的接地保护，以往在接地保护工作开展过程中，由于工作不到位经常出现损坏的设备，其中包括了防雷板、数据采集器等。需要开展最规范的操作方式，确保接地的效果能满足我国接地的实际要求。比如在防雷接地汇流排的中间部位的孔洞部分，可以利用铜芯线进行接地，这种接地效果更佳。而测风塔在受到雷击时，雷电流会直接通过大地来泄放，这种方式可以对气象观测设备进行保护。研究表明，测风塔在受到雷击后会对气象观测设备造成一定的影响。当前在建设测风塔之前，考虑建设的效果，应加大测风塔与气象观测站设备之间的距离，按相关规范要求不小于十五米，提高气象观测站防雷设备接地措施的保护效果，同时也可以防止气象观测站中的设备由于测风塔出现雷击而被损坏的现象。

5、总结

总之，气象观测设备能否正常、稳定、准确地运行与防雷工作有着紧密联系，通过对宁夏银川设备雷击事件调研、分析，不断地总结更多的经验，根据实际情况及数据分析科学合理地完善雷电灾害防御措施，才能有效地提高气象观测设备的防雷水平，确保观测设备的高效运行，进而为我们家园的安全提供更好的保障。

参考文献：

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

[2]气象观测设备雷电灾害防御关键技术应用研究 [J]. 李衣长,张泉锋,龚伟,杨希,李顺新.  海峡科学. 2017(06)

[3]探讨气象观测设备雷电灾害防御关键技术的应用 [J]. 吴生灿.  农业灾害研究. 2020(06)

[4]对提高综合气象观测能力的思考 [J]. 张峻鋮,武折章,张万娟,王晨,阚雨萌.  现代农业科技. 2017(16)

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