现代气象防雷技术的发展微探

张俊逸

（云南省气象灾害防御技术中心，云南 昆明 650000）

1.引言

在日常生活中，各种自然现象的发生十分普遍，比如降雨、大风、雷电等，可能给生产和生活带来一定损害。其中雷电天气一直以来就是比较严重的气象灾害问题，严重的会劈倒大树、伤害到人身安全等。因为对雷电防护需求的增加，逐渐出现避雷针以及各种防雷技术，可以有效防止雷击，减轻雷电灾害发生带来的损害。在各行业发展过程中，防雷技术的发展和应用更为关键，比如农业生产中要防止雷击农作物，在工业生产中要防止外露的设备因雷击而发生火灾等。所以先进防雷技术的应用十分重要，需要主管单位持续进行研究，挖掘目前现有的防雷技术的缺陷和不足，进行优化和改进，形成现代化的气象防雷技术。

2.雷电的形成及活动参数

雷电是自然的放电现象，会伴发闪电和雷鸣等的出现，令人望而生畏。雷电出现的前提是积累出现雷雨云并形成极性，而雷雨云出现的内因是大气中存在水蒸气，所以，雷电的形成与气象条件以及地形特点等有很大关联。就我国来说，地域广阔，有各种地形条件、气象区域等，所以会出现不同形式的雷电情况。具体可以分为热雷电、锋雷电（热锋雷电与冷锋雷电）、地形雷电3大类。

2.1 热雷电多出现在夏季的午后，并且一般会伴发暴雨、冰雹的出现，形成速度很快，持续时间较短，1～2h左右，雷区范围也不大。热雷电的形成条件要求空气潮湿度很高，水蒸气趋于饱和；夏季晴朗天气时地面久被暴晒，地温提升，存在闷热感；无风或小风，使得空气中的温湿度不均匀。

2.2 锋雷电的出现是某地区受到强大的冷/暖气流侵入，冷暖空气接触的锋面或附近会出现。冷锋雷电就是有其中的冷气流侵入引起，形成冷空气，迫使暖空气上升，在到达一定高度后水蒸气趋于饱和，此时就逐渐形成雷云；其最为厉害，表现得声势庞大，危害性也很大，会伴随暴雨的出现；一般范围是围绕锋面100～1000m的长度以及20～60km宽的宽度进行发展，移速在50～60km/h，最高可以达到100km/h。暖锋雷电的形成过程与之相反，是暖气流入侵导致；其发生相比冷锋雷来说比较缓和，并且多数不会伴发强烈的雷雨。

2.3 地形雷电一般会存在于空旷地区，规模不大，但是经常出现。

3.现代气象防雷设备的安装

气象防雷技术的应用需要设备设施的配合，也就是需要完善的防雷设备装置。一般来说这个装置包括三个部分：一是针对直击雷的防护措施，需要专门进行配置，安装在外部环境下，比如避雷针，可以对外界环境中的直击雷起到引导作用，将之引入到地下，避免雷电直接接入对雷电测场造成损伤。二是设置特殊的金属管道，或采取智能部件对防雷装置进行远距离控制，这样可以控制雷电在击中地面后所产生的反击现象，并防护雷电产生的雷电波干扰，以此保证雷电测量数据的准确性。三是接地装置，这个装置十分重要，主要负责将雷电引入地面，避免造成大面积的损坏。

比如避雷针，这是最常用也是最初研发出的设备。对其的安装部位要求并不高，木杆、电线杆都可以，但在安装时一定要注意将接地引下线紧密连接到一起，这里多数选择进行焊接。要想保证避雷针发挥避雷效果，必须要关注引下线的接口问题，如果连接不紧密，或引下线有多余的横截面积露出来，会导致在雷电天气时避雷针无法进行避雷，反而会引雷，造成严重后果。所以，在安装避雷针时一定要注意细节问题。

4.现代气象防雷技术工作的现状

因为雷电天气一直都存在，过去迫于雷电天气的危害，研发出避雷针的使用，并随着技术的进步，对避雷针进行改进，同时研发新的防雷技术。过去进行防雷操作一般是使用在建筑物上，在建筑上安装避雷针等气象防雷设备，这主要是因为建筑物高，相对来说距雷电的距离更近，所以受到的影响最大，也会直接影响到人们的生活，所以需要对建筑物接收的雷电进行导电。在建筑上面使用防雷技术是当前应用气象防雷技术的常见方式，也是智能化建筑在未来发展过程中的主要应用趋势。比如，在建筑外围安装科学的防雷装置，可以直接让电流在外部扩散，或接入到地面中；在内部安装配套的防雷装置，可以有效减轻雷电出现带来的电磁干扰。

在建筑物中安装合适的防雷装置，也能减少因为雷电产生的电磁波对建筑内部电子设备带来的干扰、信号不稳定等副作用。因为电子设备在使用过程中，如果存在较强的电磁波干扰，会影响到设备性能，导致信号接收不到或紊乱，进而影响到设备的正常使用。比如在使用电子通信设备时，强雷电天气可能带来信号中断的问题，无法实现实时通信。这种情况下，就算是在出现干扰时第一时间进行应急处理，也会因为没有做好防护而使得通信受到干扰，之后会断线一段时间，无法快速推动设备恢复正常，需要在进行技术性处理后恢复，而这种情况的出现会造成很大损失，此情况在我们技术水平并不是很高的时期很常见。比如十几年前，一旦出现比较强烈的雷电天气，很多地区都会断电，特别是农村地区，这个问题随着防雷技术的进步已逐渐降低发生率。几年前，夏季多雨天气，如果出现强雷电情况，很多地区经常出现断电、断网问题，这些问题目前得到很大程度的改善，基本不会再断电断网。新时期人们会在建筑物上建立雷电防护屏障，利用特殊的技术和设备，分担产生的电流感应，降低建筑物接受到的电磁感应压力，从而可以降低电磁干扰的存在，保障建筑工程的顺利进行。

以电涌保护器为例，过去最开始使用的就是线路避雷器，属于一种开放性的空气间隙。此设备有两条导线，一条的一端与输电线相连，另一条的一端直接接地，两条导线的另一端间距一定的距离形成空气间隙的两极，以此发挥作用。此时调节间隙距离可确定和调整具体的击穿电压，这个参数的设定一般是略高于输电线的工作电压，这样一来如果电路处于正常的工作状态，其就类似于开路，并不会产生什么不良影响；反之，如果出现雷电天气，遇到过电压侵入，其被击穿，过电压就被移位到低水平，过电流也借此泄放接入地面，这样就保护了线路的安全运行。之后在材料技术的发展之下，出现半导体电涌保护器，后来又出现性能更好的金属氧化新材料，用其作为电涌保护器的非线性元件。发展到现在，出现了很多建立在通信线路基础上的电涌保护器，但受到通信线路传输参数的制约，所以需要考虑分布电容、电感等指标，但具体的防雷原理是基本一样的。

5.现代气象防雷关键技术

5.1 建筑物防雷技术

一是从外部设计角度思考。这是最直接的防雷方式，通过对外部的设计合理选择防雷系统的安装位置，以充分发挥其作用。这一点可以选择直接在建筑物上装置防雷装置，或者设计成将独立的防雷系统安装在建筑物周围。考虑夏季的雷电天气较多，出现的雷击现象比较频繁，而且夏季本身就是高温干燥的时期，很容易因为雷击而起火，这也是夏季森林火灾发生的主要因素之一。所以直接在外部设计上为建筑物安装独立的防雷系统可以有效预防这种情况，同时也能防止建筑物因为受到雷击而出现损坏。

二是从内部设备角度思考。外部防雷主要是避免雷击进入内部，而建筑物内部也可以使用科学的防雷装置进行防护工作，但要保证设备的性能良好。这样可以直观减少雷击对于生活的影响。比如，在建筑物内部安装性能较好的防雷系统，可以避免出现反击电压等问题，这类问题属于二次雷害的情况，会给建筑物内部造成极大的破坏。但通过内部安装防雷设备的方式可以有效避免，或者控制其危害性。同时，也可以选择从线路入手，加入电线保护系统，这样也能在内部有效避免建筑遭受雷击问题。

三是建筑物内外防雷接地。在防雷工作中，最关键的问题就是电气设备与电线距离防雷装置比较近，可能受到干扰。这两类设备之间距离很近的话，后者感应到电流的同时会引发前者的反击，并对建筑物内的电路造成破坏，甚至可能引发火灾、爆炸等。所以，为了避免这个问题的出现，在进行这两类设备的安装操作时，要注意控制一定的间距，避免相互之间出现相互影响，尤其是后者要远离所有的电气设备。

5.2 电力系统防雷技术

一是遮盖法。这是最常用的电力系统防雷技术。该方法是将避雷针安装在建筑物上方，相当于在上面遮盖保护伞，可以避免建筑物被雷击，并配合接地装置将雷电接入地下。一般来说用的是避雷针、避雷线等，防止建筑物被雷击。其中避雷线的作用是将接收的电流传导到地下，以此缓解雷电的破坏能力和范围。从电网层面分析，因为很多配电路线是直接暴露在环境中，所以很容易受到雷电的影响，一旦被雷击可能出现电路紊乱等问题，造成线路工作中断等；此时很多技术人员会借助避雷线进行保护，效果比较显著，可有效控制雷电的破坏力度。

二是堵截法。该方法使用的一般是避雷器，其主要安置在设备的前后面或者左右边；主要避雷区域就是其围住的区域，也就是相当于将雷电堵截在了线路中，这样就可以全面保护线路的安全性。该方法也可以尝试用在配电线路上，实现双重保护。

三是隔离法。该方法可以直接针对建筑物的某个系统。比如变压器等，直接进行隔离之后，变压器就不用担心会受到雷击的影响，进而保证建筑物不会受到雷电天气的影响。

6.现代气象防雷技术的发展前景

6.1 防雷技术在建筑领域的应用发展

主要是因为建筑物建设水平不断提升，建筑物的外观、材质等也不断变化，所以需要防雷技术随之提升。这可以借助计算机技术实现智能化防雷，安装智能化的防雷设施，从而更好地降低雷电产生的电磁性干扰。比如针对建筑物的外观或结构不同，可以选择不一样的防雷技术，减少其受到的电磁干扰。另外要积极借助云计算、人工智能等技术，发展智能防雷技术，能够对雷电天气的危害等级进行判断，事先预测雷电的电磁量大小，然后选择合适的应对方式进行防护。

6.2 在电子产品领域中的应用发展

当前电子通信技术十分发达，网络基站数量更多，分布更加广泛，其中不乏一些位于海拔较高的区域，所以对其进行防雷技术的研究，以更好地降低雷电所产生的电磁干扰也是一个方向。目前所使用的通信设备都实现电子化，所以会受到雷电天气的更大影响，自身对于雷电的抗压能力又比较弱，所以雷电的出现会产生较大影响，尤其是电磁干扰的存在，会降低通信水平。所以可以在设备上安装信号避雷系统，借助对垒电信号的感应而进行规避，可以保证设备的安全使用。

6.3 重视预测预警的发展方向

雷电灾害一般都是突然出现，一般来说很难在灾害发生后再进行控制，所以需要提升雷电灾害的预测能力，提高预测的准确性可以大幅降低其带来的损害，这也是未来防雷技术发展的方向之一。同时，这也要求有对应的科学管理制度和工作模式，需要事先制定先进的管理体系，学习先进的管理技术，如落实责任到人的责任制度，提高信息传递效率和工作细节的落实程度，从而促进气象防雷技术的发展，提升防雷工作效果。

6.4 研发新的防雷技术

随着时代的发展，科技一直在进步，可能会受到雷击影响的设备设施也出现很大的改变，所以，需要气象防雷技术也随之发展，智能化、全面化、具体化是未来防雷技术的发展趋势。比如当前智能建筑的打造越来越多，内部存在大规模的集成电路网络，电子设备和大型用电设备，都很容易受到雷电损害，不仅威胁人身安全，也会造成经济损失。所以需要对现有的防雷技术进行研究，与时俱进，以更好地满足不断发展的防雷需求。比如开发新型避雷针，无辐射且提前放电，准确性高，具有优良的物理性能抗腐蚀、抗风能力强，可以减少维护成本。

重视气象防雷技术在智能建筑物中的应用至关重要，是未来的发展趋势。通过内外部结合的综合防雷技术措施，减少电流穿过时的电磁改变，避免二次雷击的损害。同时设置表面屏蔽来避免给电子设备造成不好的影响，避免受到雷击之后出现因线路损坏导致的通信等障碍而影响救援与抢救。如今，室外安装监控设备的行为也比较普及，其内部构造越来越精细化，其对雷击的承受能力也逐渐下降，会直接影响到监控系统的作用发挥，造成信息的损坏、丢失，给个人、企业和社会带来一些麻烦。所以，对监控电子设备的防雷技术研发也是一个重要部分，是安防系统的重要验收内容。

7.结语

随着科技的进步，气象防雷技术水平也在不断提升，从过去的避雷针到现在的智能防雷系统，出现很大的进步，对于雷电天气的防护水平也进一步提升。科学的防雷技术可以推动建筑业、农业等各方面的发展，可以保证暴露在环境中的各种线路运行的安全性。随着时代的发展，对于防雷技术的需求进一步提升，需要研究更先进的技术和设备，对其当前的应用现状进行反思和探索，根据其应用期间存在的安全隐患进行深入研究。在掌握雷电形成原理和特征的基础上，研究出更加先进、高效和安全的气象防雷技术与设备，重视安全监测、风险评估、宣传推广以及人员培训等方面工作的配合开展，尽力提高气象防雷技术的安全性。