雷电防御技术在气象保障工作中的应用

雷电防御技术在气象保障工作中的应用

李翔 李涛

安顺市顺安防雷安全检测站 贵州省 , 安顺市 561000

摘要：随着气象设备现代化和气象业务数据化的快速推进以及智慧气象的进一步推广，各种气象设施和设备不仅数量上迅速增长，布设的范围也越来越广。从室内到户外，包括各种气象观测终端设备、数据采集器、通信终端设备及数据传输线路、服务器、机房、数据中心等众多电子电气设施和设备。这些设施和设备不管是直接受到雷击，还是受到感应电流、电涌入侵、电磁干扰、静电的破坏，都会给气象业务的正常开展和数据安全带来安全隐患。

关键词：雷电防御；电破坏；磁破坏；设备现代化；业务数据化；智慧气象

引言：

本文将从气象设施和设备雷电防御的必要性、主要防御方法、防御中的重点难点展开探索。特别是设备现代化和业务数据化后，雷电的危害不仅是户外设施、设备的雷击破坏，还包括感应电流对电子原件的破坏，乱流、电磁等对设备正常运行的干扰和对无线通信的影响，以及对数据传输的稳定性、数据存储的安全性的影响。

1概述

1.1气象设施和设备雷电防御的必要性

确保气象数据的准确性、连续性、稳定性是气象工作的重中之重，也是开展气象服务的根基。气象现代化发展到今天，观测和预报的基础数据都依赖于各类电子电气设备，气象业务系统和办公系统也更加依赖于网络与计算机，雷电防御技术在气象保障工作中将广泛应用，通过减少电与磁对气象设备、网络设备、计算机的破坏，保障气象业务正常、稳定运行日益重要。

（1）户外气象设施和设备的防御需求

观测场、自动气象站大都建在户外，四周开阔、无遮蔽物，又不乏风塔等高耸孤立的金属构筑物，容易直接受到雷击。场内的各种传感器和数据采集模块多为精密电子设备，容易在发生雷电时受到电磁破坏。然而，这些设备和仪器是气象观测基础数据的主要来源，因此采取雷电防御措施十分必要。

（2）通信设备和数据传输线路的防御需求

气象数据的传输是气象工作的一个重要环节，一般包括无线传输和有线传输。无线传输的风险主要在于通信设备直接被雷击破坏或电磁损坏，以及传输信号受到电磁干扰；有线传输的风险在于线路直接被雷击破坏或电磁损坏，或电涌通过线路入侵破坏内部设备，或传输信号受到电磁干扰。

（3）计算机及网络系统的防御需求

气象业务的开展和办公早已离不开计算机及网络系统，计算机和网络设备被电磁破坏的后果不堪设想。各类PC、服务器、机房、数据中心，承担着气象数据的传输、存储、处理任务，这些电子电气设备受到电磁干扰或破坏可能会造成传输不畅、数据失真、数据丢失的现象，后果十分严重。

1.2气象保障工作中应用雷电防御技术的作用

气象站保障工作由通信系统、气象探测器、传感器、收集器、数据记录仪、计算机等设备组成，其中一部分设备是室内安装的，另一部分是室外安装的。但是在气象保障工作中，不管运行的哪一台设备遭受雷击，都会受到雷电和电磁波的影响，造成公司设备严重损坏。以下防雷技术可以发挥有效作用：(1)采用屏蔽、等电位联接、 SPD和接地等室内设备防雷措施，可以有效减少雷击或设备损坏对室内气象专业设备设施造成的干扰。户外防雷措施，例如防雷、等电位连接、接地技术等，可有效地减少雷击造成的破坏和对室外卫星天线、气象探测器、传感器、采集器和电源的影响。合理地选择作业地点、信号防雷、安装避雷针等防雷措施，可以有效地提高移动气象系统的防雷能力，避免或减少雷击的影响。

2气象设施和设备雷电防御的主要方法

本文主要结合气象工作中遇到的实际情况和雷电防御技术的基本原理，根据气象设施、设备的特征，我们通常所说的直击雷、感应雷、电涌入侵、电磁干扰、静电等，可以归纳为对电子电气设备电破坏和磁破坏的防御。

2.1气象设施和设备电破坏的防御

气象设施和设备电破坏防御的基本思路包括导走电流、消除电位差、防止电磁场危害。例如，在观测场、自动气象站设置接闪装置、采取接地措施就是为了把直击雷、感应雷产生的电流导走。同样通过共用接地装置、做等电位连接消除电位差，防止电流破坏设备或干扰设备正常运行。

2.2气象设施和设备磁破坏的防御

气象设施和设备磁破坏防御的基本思路是防止磁场对电子元件的直接破坏、对通信信号和数据传输的干扰、磁电转化带来的电破坏。因此，许多重要的设备、线路、机房和数据中心都要采取屏蔽措施，防止磁场对电子元件的破坏、对通信信号和数据传输的干扰，同时还要防御感应电流造成的电破坏。

2.3气象设施和设备雷电防御中人的主观能动性

如果管理者雷电防御意识薄弱，对防雷设施不管理、不维护，也会造成防雷设施不能发挥其防御作用。因此，在气象设施和设备雷电防御中发挥人的主观能动性十分重要，应当制定管理制度并加强执行，提高气象保障人员雷电防御意识。

2.4大型移动气象保障系统的防雷保护

作为气象保障工作的特殊办公场所，大型移动气象设备大多以车辆为载体，其内部集成了车载应急观测系统、车载视频会商系统、车载气象数据分析系统、车载通信系统和车载辅助系统等众多半导体电子元件，普遍存在绝缘度低、耐过电流、耐过电压、抗电磁干扰能力弱等缺点，而且防雷防护能力相对较差，加之移动气象系统多需前往恶劣天气、复杂环境下作业，更易遭受雷击，为确保移动气象系统在恶劣环境条件下正常运行，可采取以下措施进行防雷防护：

(1)作业地点的合理选择

由于在雷雨天气中，高耸物体，如半导体电子元件、金属导体或大块的树木，更容易受到雷击，因此如果移动大型气象设备的操作区域是在空旷地区，则应尽量避免选择距离该物体较近的地方进行操作，以免物体遭受雷击后对移动气象设备系统的运行产生影响，因此应尽可能合理地选择潮湿区域，以保证移动气象设备系统正常工作，并能有效地获取各种气象信息数据。

(2)防止信号雷击

在移动气象系统运行过程中，需要实时传送数据，因此，移动气象设备系统遭受雷击的可能性增大。为了有效地解决这一问题，在移动气象装备系统中，对不同型号的气象装备采用不同的防雷措施。举例来说，在通信设备的 I/O接口上，可以增加一个合适的浪涌保护装置；在信息接收设备的射频信号接入端口上，可以增加一个天馈线浪涌保护装置，以减少信号在雷雨天气中的传递。

（3）设置接闪杆

接闪杆防雷是一种有效的防雷手段，也适用于移动气象设备的防雷。采用时，可将接闪杆置于移动气象装备系统载体顶部，并根据实际情况进行设置，选择安装接闪杆时，应首先考虑带放电和折叠功能的接闪杆，对接闪杆上的支架应作绝缘处理，确保接闪杆与载体之间不会形成电流通道，从而达到大型移动气象装备系统防雷的效果。

3气象设施和设备雷电防御的重点难点

在气象设备现代化和气象业务数据化后，气象设施和设备雷电防御的重点从单一的户外设备防直击雷，转向了仪器设备、通信设备、传输线路、计算机、网络、机房、数据中心等气象业务数据化基础设施设备对电破坏与磁破坏的全面防御。其防御的难点在于这些设施和设备已互联成网且离不开电，电和磁又不分家，电能转化成磁，磁也能转化成电，还有一些金属磁化后磁性不会消失。

结语

2019年"智慧城市"被写入国家发展战略计划，"智慧气象"作为发展智慧城市的重要组成部分，其重要性与意义突显。气象设备现代化和气象业务数据化是气象服务智慧化的基础，而构筑这个基础的电子电气设施、设备是电破坏与磁破坏的易发区。因此，把雷电防御技术应用到气象设施和设备的保障工作中意义重大。

参考文献：

[1]GB 50057-2010建筑物防雷设计规范[M].北京：中国计划出版社，2011.

[2]夏金.气象防雷技术现状及发展前景分析[J].现代农业科技，2019(20)：182+187.