引言
雷电天气的危害有很多种,产生雷电的原因一般都是因为上升的气流受热之后水分蒸发不断向上升起,最后遇到高空上的冷空气,最终凝结成冰晶,这些冰晶又会携带正电和负电,在高空中,两种电极的冰晶互相碰撞,就会发出隆隆雷声,同时还会产生闪电,这些闪电对自动站内 各种观测仪器和计算机设备等产生着巨大的威胁。被雷电击中的仪器轻则受到影响,观测数值发生异常,重则直接损毁内部电路,整个仪器报废或系统瘫痪。雷电产生的不同种类为害,主要有三个,对气象站内各种仪器最大威胁的就是直击雷,直接来顾名思义就是直接劈中了气象站内的仪器或者线路,直击雷带来的电压,直接将线路和仪器内本身的电压、电流打乱,直击雷最容易造成系统瘫痪和软硬件报废的。第二种可以叫他感应雷,感应雷的静电感应和电磁感应都会间接的破坏仪器,其特点就是间接性对仪器电流产生影响,当一个带负电的闪电出现在了线路的上方,此时静电感应会导致线路受到相反电荷的束缚,当雷击对某个目标进行放电时,负电荷又会立即消失,只留下线路上的正电荷正电荷就会沿着线路直接传到设备中,最终破坏设备。第三种就是提高了地电位也会将设备损坏。
1.气象防雷技术存在的安全隐患
1.1室外设备受到雷击的隐患
由于自动气象站必须位于开放和不受保护的环境中,因此在其室外设置的气象条件收集装置,它们处于深度和孤立状态,极易积累大量电荷。各气象要素采集装置之间的放电通道优先,由于雷电的直接袭击,造成气象要素收集装置(气象要素传感器和数据收集器)的破坏。以下现象容易受到雷击影响:风向、风速传感器、雷击、气压传感器、湿度传感器、降水传感器、雷击;数据收集器被闪电损坏。
1.2室内设备受到雷击的隐患
自动气象站需要一条电力线以提供工作电压(当电池断电时),而收集气象条件信息需要数据链路进行数据传输。在雷击中,即使自动气象站没有直接接触闪电,强大的电流和电磁脉冲会产生非常高的电感过电压的网络和数据网络,包括通过电导、感应和通信,如果自动气象站的自失效装置接地不好,或者自动气象站部件连接不好接触时,可能会损坏或烧毁自动气象站(电线)的交流电路,损坏的串行连接(连接端口)和烧毁的传输路径,数据集线器被闪电击穿,室内的自动气象站终端计算机和适配器损坏等。如果在靠近或远离自动气象站的地方发生雷击事故,也有可能使用架空线路,自动气象站设备上的天线或通信电缆,能够在自动气象站设备的不同部分之间造成一系列电压干扰,造成严重的击穿和设备损坏。气象站传感器与自动气象站数据收集器前端的接口连接气象站传感器,后端连接计算机终端,在计算机终端之间连接导线线路,其中数据集线器需要将通信线路连接到风速传感器,湿度传感器、降水传感器、气压传感器、辐射传感器、地面温度传感器,收集原始气象条件信息;需要传输线将气象信息的预处理传输到计算机终端;必须连接到电源线,以确保数据总管的正常工作电压。雷雨天气下复杂的多线导线可由感应雷从不同方向触发,大大提高了产生数据集电极会受到感应雷击的几率。
2.雷电防护措施
2.1直击雷的防护措施
直击雷带来的危害程度最大,但直击雷的打击几率却不高,因此需要针对直击雷的产生特点做好对观测仪器和计算机设备、线路等防雷措施。实施对直击雷危害的防护措施应严格按照气象站防雷技术说明书和建筑物设计要求进行。现在各地区自动气象站都有安装接闪杆来作为防护措施,此外,在改装后的防雷装置上应安装一个闪光杠杆,两者之间的距离应保持说明书上的标准距离。为了充分利用闪光灯杆的避雷效果,并确保不会影响金属管,必须确保使这两个要素同时存在并使这两个要素的潜力相同。因此,在安装对接杆时,应首先用滚珠轴承测量闪烁杆的有效保护范围,以确保使自动气象站的观测系统和仪器始终处于有效的防闪烁杆保护范围内,确保自动气象站和仪器的安全和正常运行。[1]
2.2等电位连接
气象站内的观测仪器及相关设备工作时应运用金属安装将导体各部分互相贯串,这样就能把雷电产生的电压大量降低,就能在雷雨天气有效的减少导体之间出现差异电位。另外还应运用导流安装贯串消防管道、金属管、建筑物内的线路屏障管,以及将导体安装与接地安装相融合,可以保证雷电下落击中仪器时不会因电位差高而爆发电流从而降低导体内的电位差异。[2]
2.3合理布线
合理布线指的是做好引下线防雷措施工作,传感器的信号线外边包裹防护的金属材料必须还具备屏蔽功能,引下线所用的金属管材料以PVC作为首选,合理的进行引下线布置就能保证传感器发挥他的最佳作用。值得注意的是选用避雷针作为引下线的时候要避免拥挤,电源线和引下线要保持标准的距离,分开进行导入操作,这样可以防止两者产生电流互相影响干扰。[3]
2.3接地屏蔽
做好接地屏蔽必须性的因素就是因为自动气象站建筑物里面往往有着很多的可导电材料,这些材料比如建筑物内的钢筋,还有墙壁上的窗户外框,院子里的围栏以及铁门等,这些都是极易导电的材料,如果雷电产生,并且在区域上方比较近的时候,导电体会有对闪电一定的引导作用,导电材料对闪电产生的磁场互相吸引,最终把闪电接引到该区域内,从而破坏建筑和设施。因此每个气象站都要做好接地屏蔽工作,首先就可以防止上边所说的导电最后造成仪器损坏的状况发生,而且还能保护到在站内的工作人员人身安全,做好这个工作最主要的就是把气象站那建筑物和设施周围进行一个电流封闭处理,让电流在范围外就受到阻挡,进而保障仪器和建筑物安全。[4]
结束语
本文论述到此,重点解说了自动气象站目前需要做好的防雷措施,尤其是对直击雷的防护措施,注意防护雷电静电感应等,所以气象部门要在仪器设备的区域内将每个仪器和建筑物都做好防雷安装措施,并定期检查防雷装置的可用性,防雷装置一定要按照国家标准技术规范进行安装。这样才能可靠的保护自动气象站的人员安全和全部设备安全,而且气象部门的人员在每年的降雨高峰时期都要提前做好防御,将防雷措施和仪器检查的频率加快,确保气象站的稳定运行。
参考文献
[1]李雪峰. (2019). 自动气象站存在的雷击安全隐患及防雷保护措施. 百科论坛电子杂志.
[2]别麟, 邬淑红, & 汤伟聪. (2022). 浅析气象防雷检测工作中常见的问题及解决措施. (15).
[3]吴忠辉. 探析气象防雷技术的存在的隐患及发展趋势. 中文科技期刊数据库(文摘版)自然科学, 00247-00247.
[4]阿迪力·阿布力克木. (2020). 自动气象站存在的雷击安全隐患及防雷保护措施. 农村实用技术(3), 1.