合浦县气象防雷工作浅谈
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作者: 潘能明 杨涠洁
[摘 要] 在气象基础县台站工作中，防雷是一项十分重要的工作，也是气象基础县台站工作者长期研究的基础问题，本文主要分析了雷电对气象基础县台站业务系统的影响，针对雷电的危害，提出了气象基础县台站业务系统防雷的若干措施。
[关键词] 气象基础县台站 危害 防雷 措施
一、引言
随着气象现代化的发展，一般情况，气象基础县台站业务系统的各种数据或通过光纤和卫星电缆接入的有线数据，或通过办公大楼的卫星天线和其它优质共用天线接收气象业务系统信号，经前端处理后，以有线方式将数据信号分送到气象基础县台站的各终端用户， 在有线数据信号系统中，防雷设计是一项十分重要的工作，也是若干气象防雷工作者长期研究的课题。雷电灾害的严重性表现在它具有巨大的破坏性上，其特点是电压高，闪电电流幅值大，变化快，放电时间短，闪电电流波形陡度大。雷电的破坏作用在于强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场以及强烈的电磁辐射等物理效应，给人类社会带来极大的危害，造成人员伤亡、起火爆炸等严重损失，雷电也常常使气象基础设备严重损坏，在实际工程当中，没有良好防雷措施的系统一旦遭到雷击就会遭到严重破坏，甚至瘫痪。对于干线较长的大系统，防雷设计更是刻不容缓的大事。因此防雷设计是一项十分重要的工作，这里笔者根据自己的工作实践和学习谈谈雷电对气象基础县台站业务系统的影响以及对雷电的防范举措。
二、雷电对气象有线数据信号系统的影响
对有线数据信号系统影响的雷击主要有两种：直击雷和感应雷，直击雷是带电云层和大地之间放电造成的；当雷云很低，周围又没有异性电荷的雷云时，就会在地面或者建筑物上感应出异性电荷，形成带电云层向地面或者建筑物放电，放电电流可达到几十甚至几百千安，放电时间为 50-100μS，这种放电就是直击雷，直击雷对建筑物和人畜安全危害甚大，对于有线数据信号系统，直击雷只有雷击率的10%左右，但危害范围一般较小，可使用避雷针、避雷线和避雷网来防避。安装了避雷针后，有线数据信号系统的用电设备即使在其保护范围之内，仍然可能遭雷击而受损，大多数都是烧保险丝、电源变压器整流元件等等，严重的还可能损坏集成电路等元件，这说明雷击不是从天线引入的，而是从电源线引入的，可见避雷针虽保护了建筑物，却保护不了置于其内的有线用电设备，这是感应雷造成的，感应雷电分为静电感应和雷电流产生的电磁感应两种。静电感应是当带电静电感应是当带电的云层（雷云）靠近输电线路时，会在它们上面感应出异性电荷，这些异性电荷被雷云电荷束缚着，当雷云对附近的目标或接闪器（避雷针是最早和最常用的接闪器）放电时，其电荷迅速中和，而输电线路上束缚的电荷便为自由电荷，形成局部感应高电位。感应雷占雷击率的90%，对气象有线数据信号系统的影响是使设备损坏。局部数据交流完全崩溃。图1是我们总结出有效的防范感应雷的线路安装结构图。
三、防护措施
（一）电源防雷
气象仪器设备中，大多由微电子设备组成，如若遭受雷击，很容易损坏。由从供电线路引入的雷电过电压使信息系统的信息设备损坏约占整个信息系统雷灾事故的70%。因此，做好整个供电线路的防雷是减少雷击事故的重要一环，而要做好电源防雷主要有以下几点：
（1）对从市电线路进入气象业务大楼的电缆应埋地引入，并铠装。电缆埋地长度为，但不得少于15m。电缆两端金属外皮分别接地。
（2）为防止雷击及操作过电压（包括合闸）对用电设备或配电设备的危害，按照相关规范，在输电线的总配、分配和弱电设备前应安装相应的SPD。通常许多电源线路仅在交流输入端加装避雷器，这样的保护力度是不够的，理想的效果应该三级设防，采用相应的抗雷电和过电压组件，组件中需要包括空气放电器、压敏电阻和抑制二极管等其它防雷设备。在安装SPD时，应注意开关型SPD与限压型SPD之间的距离要大于10m，限压型SPD之间的距离应大于5m，如果距离难以满足，需在SPD之间加装退耦元件。
（二）信息系统防雷
信息系统防雷主要是防止雷电波从信息传输线路引入、雷电电磁脉冲破坏和雷电高电位反击。因此，可以采用接地、屏蔽、等电位、公用接地系统、浪涌保护等方法加以解决。
1.防雷电浪涌从信息线路引入的方法
目前，防止雷电浪涌从信息线路引入的方法有以下二种：
一是采用具有良好屏蔽特性的传输线(如物理发泡同轴电缆)穿金属管埋地引入，金属管两端要做好接地,埋地长度一般不少于15m。此外，还应在通信线缆进线端安装信号SPD。
二是使用光缆进行传输，无金属加强芯的光缆可以有效阻止雷电浪涌通过电压电流的侵入。
2. 防雷电电磁脉冲的做法
当直击雷击中建筑物上的接闪装置时，雷电电磁脉冲产生的强大磁场将会对计算机及网络传输设备造成损坏。为避免这种损坏，可利用结构钢筋网与建筑物的铁门、铁窗进行可靠焊接，形成一个“法拉第笼”，这样可以很大程度上保护计算机不受雷电电磁脉冲的损坏。
（三）接地问题
要保证接地系统的良好，必须按照国际和国家标准执行，对安全防雷问题给予充分地重视。在多点接地的情况下，由于接地电阻不同，在雷击时会造成电位不同，引起地电位反击，因此，要求防雷接地装置与其他接地物体之间保持足够的距离。具体措施如下：
1.天线的防雷接地有线电视的接收天线和竖杆一般架设在建筑的顶端，应把所有的接收天线，包括卫星接收天线的接地焊在一起。安装的避雷针高度应能满足对天线设施的保护，安装独立的避雷针时，由于单根避雷针的保护范围呈帐篷状，边界线呈双曲线，所以避雷针高于天线顶端的长度应大于天线的最大尺寸，避雷针与天线之间的最小水平间距应大于3m。建筑物已有防雷接地系统时，避雷针和天线竖杆的接地应与建筑物的防雷接地系统共地连接。无论是新的接地线还是原建筑的接地线，接地电阻都应小于4Ω。
2.前端设备的防雷接地当在前端附近发生雷击时，会在机房内的金属机箱和外壳上感应出高电压，危及设备和人身安全。前端设备的电源漏电也会危及人员的安全，因此，对机房内的所有设备，输入输出电缆的屏蔽层、金属管道等都需要接地，不能与天线的接地连接在一起。设备接地与房屋避雷针接地及交流供电系统的接地应在总接地处连接在一起，系统内的电气设备和埋地金属管道的接地装置应与防雷接地装置相连，不相连时两者的距离应大于3 m，机房内接地母线表面应完整，绝缘线的老化层不应有老化龟裂现象。一般前端设备，如调制器、接收机、光发射机等没有过压保护，而只有过流保护，一旦有雷击往往会出现烧坏而保险不断的情况，针对此种情况应在总电源处加装避雷器，以更好地保护前端设备。
3.干线系统的防雷接地敷设于空旷地区的地下电缆，当所在地区年雷雨天数大于20d及土壤电阻率大于100Ω・m时，电缆的屏蔽层或金属保护套应每隔2km左右接地一次，以防止感应电影响架空电缆的屏蔽层及金属保护套。钢绞线每隔250m左右接地一次。在电缆分线箱处的架空电缆金属护套、屏蔽层及钢绞线应与线杆拉线共用接地装置。另外就是不可忽视的光缆防雷，因为光缆在制造过程中，为了增加光缆的抗拉强度，在光缆中增加了钢丝，在设置接续盒时，只注意了光缆的熔接，使用通常方法，将两段光缆的钢丝分别固定在接续盒两端的支架上，自然形成一间隙，这样，当任意一段光缆中的钢丝感应了很高的雷电电压时，就会向另一端钢丝放电，放电过程中产生的巨大火花，使接续盒内光纤断裂损坏，为防止这种现象发生，在光缆的施工过程中，应注意将接续盒内的光缆钢丝端头用导线连通，可有效避免光缆遭雷电侵害。
4.分配系统的防雷接地：目前新一代雷达建设是气象工作的基础业务之一，这些项目的建设往往需要很多电缆线，当电缆线进入建筑时，在靠近建筑物的地方应将电缆的外导电屏蔽层接地，架空电缆直接引入时，在入户处应增设避雷器，并将电缆外导体接到电器设备的接地装置上，不要直接在两建筑物屋顶之间敷设电缆，可将电缆沿墙降至防雷保护区以内，但不得妨碍车辆的通行。输入输出端应有放电保护器,220V供电的放大器的电源端应有过压保护装置，或者尽量将系统中220V供电的放大器改为 60V集中供电，以保证有线网络的独立性和自给性，以减少雷电直接窜入的可能，这是防止雷电形成的首要措施。以目前人类对雷电认识和对防雷避雷的研究，有线气象设备的防雷避雷是可以做得很好的。我们需要的是因地制宜地根据系统各个环节所在的环境和所需的防雷等级，不断探索出适合当地特点的可靠、经济、方便、高效的防雷措施 。
四、结束语
现如今，由于大量的高度集成化、高价值的设备投入气象业务的基础建设中，相对而言，雷电对设备造成的危害也日趋严重，必须在雷电理论研究，抗雷电设备的推广使用，采取有效的防雷措施等方面予以加强，以减少雷电的危害，保证各种气象业务正常运转。
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