空氣自動監測站的防雷措施

1雷擊的形式與危害
雷擊有直擊雷和雷電電磁脈沖（LEMP）兩大 類形式。
直擊雷是雷電直接擊到物體上，由于瞬時的高 電壓、大電流產生的電效應、熱效應和機械力，造成 人畜的傷亡、房屋和設備的損壞等災害。
雷電電磁脈沖以電磁感應的方式損害電力電 子設備，形成災害。雷電脈沖的電流由幾萬到幾十 萬安培不等，而且從零到極大值的時間只為幾微 秒，因此，產生極大的瞬變電磁場。由于雷電電流 有極大峰值且陡變，所以在它的周圍會出現瞬變的 電磁場，處在瞬變電磁場中的導體就感應出較大的 電動勢，而且瞬變電磁場會在其空間一定范圍內， 產生電磁作用，或是脈沖電磁輻射，稱之為雷電電 磁脈搏沖（簡稱LEMP）。LEMP在三維的空間范 圍內對一切電子設備發生作用，因瞬變的時間極 短，感應的電壓極高，其電磁脈沖的強度往往超過 2.4 X10 4 T�，F代電子技術日益向高精度、高靈敏 度、高頻率和高可靠性方向發展，可是這些電子設 備的耐壓很低，一般都承受不了 ±5 V的電壓波 動。以計算機為例，當雷電電磁脈沖的磁化強度超 過0.07 xl0"T時，就會導致數字門電路該翻轉的 沒有翻轉，而不該翻轉的數字脈沖翻轉，引起計算 機的誤動作；當雷電電磁脈沖的磁化強度超過2.4 x10-4T時，就會造成計算機的永久損壞"T。
雷電電磁脈沖有4種形式:一是雷電的靜電感 應。閃電時，強大的脈沖電流使放電通道周圍的各 種金屬體、輸電線和天線等導體表面上感應出與雷 云下部符號相反的電荷，閃電結束，放電通道中的 電荷迅速中和，而導體上的感應電荷還不能立即消 失，就會產生很高的靜電感應電壓，損壞設備；二是 雷電的電磁感應。閃電時，雷電流迅速變化，閃電 通道周圍空間產生瞬變的強電磁場，使附近導體上 感應出很高的電動勢，產生強大的電磁感應，此時， 如果導體有裂口，便會在斷開處產生火花放電，燒 壞設備；三是雷電過電壓波侵入。近處打雷時，雷 電過電壓波沿電源線、信號線、天線饋線、電話線和 金屬管路等竄入室內，發生閃擊，損壞電子設備；四 是電磁輻射。雷雨云放電時，所輻射的電磁波會影 響方圓數公里范圍內的電子設備。
空氣自動站中的電腦、PM,。分析儀、二氧化硫 分析儀、氮氧化物分析儀等精密儀器，大部分都是 釆用大規模集成的電路芯片，設備耐壓較低，不僅 直擊雷，而且感應過電壓、高電位的引入都會對分 析儀器造成嚴重的損壞�？諝庾詣诱驹O備多從國外進口，價格昂貴，一旦遭受雷擊，就會使系統癱 瘓。因此，不僅經濟損失嚴重，而且造成空氣監測 數據的缺失，影響監測數據的系統性及完整性。蘇 州上方山空氣自動站2004年夏天遭雷擊，所有的 RS-232接口都被擊壞，數據轉換器、PM,。分析儀 CPU也被擊壞，直接經濟損失數萬元。
2侵入空氣自動站的途徑
雷擊造成空氣自動站設備損壞通常有3種 途徑。
(1)直接遭受雷擊而損壞。雷電直接擊在空 氣自動站站房及屋頂的空氣采樣頭、溫度傳感器及 風向風速儀上，因高電壓、熱效應和機械效應造成 儀器及站房的損壞。
(2)雷電脈沖沿著與設備相連的信號線、電源 線或其他金屬管線侵入空氣自動監測站，使連接在 線路中的分析儀器及數據采集器受損。由通信線 路入侵可分為3種情況：
(a)當地面突出物遭直擊雷擊時，強雷電壓將 鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而 擊穿外皮，使高壓入侵線路。
(b)雷云對地面放電時，在線路上感應出數千 伏的過電壓，擊壞與線路相連的電器設備，通過設 備連線還侵入通信線路。
(c)若通過一條多芯電纜連接不同來源的導 線，或者多條電纜平行鋪設時，當某一導線被雷電 擊中，會在相鄰的導線感應出過電壓，擊壞低壓電 子設備。
由電源線路入侵可分為兩種情況：(a)直擊雷 擊中高壓線路，經變壓器耦合到220 V低壓；(b) 低壓線路被直擊雷擊中，或感應雷感應過電壓。
(3)設備接地體在雷擊時，產生瞬間高電位， 形成地電位“反擊”而損壞。
空氣自動監測站發生的雷電災害基本上都是 由雷電脈沖侵入通信線及電源線而造成的。
3空氣自動監測站的防雷措施
按照防護范圍，可將空氣自動站設備的防雷措 施分為兩類，即外部防雷及內部防雷。外部防雷是 指對安裝二氧化硫分析儀、氮氧化物分析儀等精密 儀器的空氣自動站房的安全防護；內部防雷是指空 氣自動站內部儀器設備對過電壓的防護。
3. 1 外部防雷
按照GB50057-94建筑物防雷設計規范，對 空氣自動站安裝保護地線、避雷針或避雷帶等，可 將絕大部分能量直接引入地下釋放，基本上可保證 空氣自動站站房及屋頂的空氣釆樣頭、溫度傳感器 與氣象儀免受直擊雷的傷害。

但是，避雷針或避雷 帶不能保護自動站內部的電子設備免遭感應雷損 壞,保護地線只是一條泄放能量的渠道，而不能真 正防雷。
3. 2 內部防雷
為徹底保護空氣自動站設備的安全，應對空氣 自動站的電源線和信號線釆取多級防護措施。
(1)電源防護。第一級防護是在空氣自動 站供電系統入口處，安裝雷擊電流放電器。雷擊電 流放電器是專為吸收直擊雷和感應雷擊產生的大 電流和高能量雷電脈沖而設計的，可將大量的雷電 脈沖電流分流到大地。第二級防護是安裝在向重 要或敏感用電設備供電的分路配電設備處的過電 壓放電器。過電壓放電器對于通過空氣自動站供 電入口電流放電器的剩余能量進行更完善的吸收， 對于瞬態過電壓具有極好的抑制作用。第三級防 護是在儀器設備內部電源部分，使用一個內置式的 避雷保護器，以達到完全消除微小瞬態的瞬態過電 壓的目的。對于PM,0分析儀、二氧化硫分析儀等 分析儀器，采用第三級的保護是必要的。
(2)信號防護。數據通信和測控技術的接 口電路比供電系統要靈敏得多，所以必須對數據接 口電路進行保護。通信線路避雷技術要求較高，因 為除滿足防雷要求外，還需要保證傳輸數據符合要 求，加上與通信線相連的設備耐壓低，對防雷器件 的殘壓要求嚴格。信號保護通常采用三級保護，第 一級防護是在調制解調器前，安裝ZGB235H系列 調制解調器避雷器；第二級防護是在計算機前，安 裝ZGB235D系列計算機信號避雷器；第三級防護 是在二氧化硫分析儀、氮氧化物分析儀等監測設備 的RS-232接口前，安裝數字電路保護器。
另外，為保障建筑物有良好的接地，將室內的 各種金屬物體進行等電位連接，并與建筑物的防雷 接地系統相連接，形成一個電氣連續的整體，避免 由于電位差而危害設備。