楊旸

（鶴山市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，廣東 鶴山 529700）

1 監(jiān)測子站遭雷擊的途徑

環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測子站（簡稱子站）遭受雷電損害通常有直擊雷和感應(yīng)雷兩種。對于直擊雷的防護(hù)比較簡單,一般采取安裝避雷針和完善接地網(wǎng)的方法防護(hù)。對感應(yīng)雷擊的防護(hù)比較復(fù)雜,而且損害的幾率比較大,這也是環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測子站需重點解決的問題。雷電入侵子站的主要通道有:①從自動監(jiān)測儀器的采樣頭侵入,例如PM10 監(jiān)測儀探頭、氣象傳感器通道等;②從電源通道侵入,雷電能引發(fā)供電電壓異常波動,而損壞設(shè)備或侵害其電源系統(tǒng);③從通信傳輸信道侵入,曾有一個空氣自動監(jiān)測站調(diào)制解調(diào)器遭雷擊受損。

2 監(jiān)測子站重要作用

監(jiān)測子站的主要任務(wù):對環(huán)境空氣質(zhì)量和氣象狀況進(jìn)行連續(xù)自動監(jiān)測;采集、處理和存儲監(jiān)測數(shù)據(jù);按中心計算機(jī)指令定時或隨時向中心計算機(jī)傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備工作狀態(tài)信息。監(jiān)測子站主要是由采樣裝置、監(jiān)測分析儀、校準(zhǔn)設(shè)備、氣象儀器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、子站計算機(jī)或數(shù)據(jù)采集儀以及站房環(huán)境條件保證設(shè)施 (空調(diào)、除濕設(shè)備、穩(wěn)壓電源等)等組成。圖1 為監(jiān)測子站儀器設(shè)備配置示意圖。

圖1 監(jiān)測子站儀器設(shè)備配置示意圖

3 監(jiān)測子站的雷電防護(hù)方案

根據(jù)某現(xiàn)場基本情況和雷電綜合防治原則,環(huán)境監(jiān)測子站的雷電防護(hù)工程方案如下:

3.1 直擊雷防護(hù)

某監(jiān)測子站站房設(shè)在一辦公樓頂層辦公室內(nèi),所以站房的防直擊雷設(shè)施借助于樓房天面自身避雷帶。另外,由于屋面裝有2m 高儀器探頭、電加熱等設(shè)備,因此,需在頂層架設(shè)一根富蘭克林避雷針來保護(hù)室外的監(jiān)測設(shè)備,針高的確定計算方法如下:1 按(GB50057-1994)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》計算公式:

式中rx——避雷針在hrx 高度的XX 平面上的保護(hù)半徑,實測值為5m;

hx——滾球半徑45m(按二類防雷建筑物設(shè)計);

hx——被保護(hù)物高度2m。

h——避雷針高為3.9m

故避雷針的設(shè)置方式為:距監(jiān)測設(shè)備5m 安裝一高為4m 獨立避雷針,材料采用直徑50 鍍鋅鋼管,頂端焊接預(yù)放電功能的優(yōu)化避雷針。

3.2 感應(yīng)雷防護(hù)

為了能夠較為準(zhǔn)確設(shè)計好感應(yīng)雷防護(hù),現(xiàn)參照GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》表4.3.1 建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級的選擇表,將該自動監(jiān)測子站定性為C級,宜在低壓系統(tǒng)中采取2 級SPD 進(jìn)行保護(hù)。

3.2.1 電源系統(tǒng)保護(hù)

建筑物內(nèi)電子設(shè)備使用的電源通常是由供電線路從戶外交流電網(wǎng)引入。當(dāng)雷擊于附近或直擊于電網(wǎng)時,能夠在線路上產(chǎn)生過電壓波,這種過電壓波沿線路傳播進(jìn)入戶內(nèi),通過交流電源系統(tǒng)侵入電子設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計80%的雷災(zāi)是通過電源線路感應(yīng)造成的,因此,電源線路的雷電過電壓防護(hù)尤為重要。

對電源系統(tǒng)保護(hù)裝置的基本要求:在電子設(shè)備電源系統(tǒng)的防雷保護(hù)應(yīng)用中,隨著具體的應(yīng)用場合不同,對防雷保護(hù)裝置性能的具體要求是有所不同的,這里僅就一些共性問題提出對保護(hù)裝置的基本要求。

3.2.1.1 對保護(hù)裝置接入后對所在電源系統(tǒng)正常運行的影響應(yīng)限制到可忽略不計的程度。這就要求在正常運行時保護(hù)裝置中的并聯(lián) (縱向)元件應(yīng)具有非常大的阻抗,而串聯(lián)(橫向)元件應(yīng)具有非常小的阻抗。

3.2.1.2 對保護(hù)裝置應(yīng)具有良好的箝位效果。在設(shè)計允許的最大雷電暫態(tài)電流作用下,保護(hù)裝置的箝位電壓水平應(yīng)接近所在系統(tǒng)的最高運行電壓。這里的接近一般指的是1～3倍于系統(tǒng)最高運行電壓,其具體倍數(shù)取決于被保護(hù)電子設(shè)備的過電壓耐受能力。

3.2.1.3 在抑制設(shè)計允許的苛刻雷電暫態(tài)過電壓情況下,保護(hù)裝置自身應(yīng)能安全生存,不被破壞。這里所說的苛刻雷擊暫態(tài)過電壓情況通常由專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或由保護(hù)裝置產(chǎn)品的使用說明手冊給出,在保護(hù)設(shè)計中,不應(yīng)過份夸大這種苛刻雷電暫態(tài)過電壓的嚴(yán)重性,應(yīng)在保護(hù)可靠性與保護(hù)投資之間尋求優(yōu)化方案,合理選用保護(hù)裝置。

3.2.1.4 在遇到雷電暫態(tài)過電壓作用時,保護(hù)裝置應(yīng)具有足夠快的動作響應(yīng)速度,應(yīng)能盡早動作限壓和旁路泄流。

3.2.1.5 對保護(hù)裝置,需要規(guī)定其工作環(huán)境的溫度、濕度和氣壓等參數(shù)的范圍,以保證保護(hù)裝置中的各種保護(hù)元件能夠正常發(fā)揮其功能。

3.2.1.6 保護(hù)元件的安裝連接線的長度應(yīng)盡可能減小,以減小縱向并聯(lián)支路的寄生電感,降低保護(hù)裝置安裝點處的實際箝位水平。

3.2.1.7 在系統(tǒng)正常運行時,保護(hù)裝置中流過的泄漏電流要很小,以減緩保護(hù)裝置自身的老化,并減小對系統(tǒng)正常運行的影響程度。為此,既要限制保護(hù)裝置中并聯(lián)保護(hù)元件的穩(wěn)態(tài)泄漏電流值,又要限制保護(hù)裝置中電源引線端對地之間的寄生電容值。

3.2.1.8 在保護(hù)裝置中應(yīng)加裝故障報警器和暫態(tài)過電壓脈沖計數(shù)器,以監(jiān)視保護(hù)裝置的運行狀況,并及時更換故障元件。

根據(jù)以上要求及系統(tǒng)實際情況,對環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測子站電源系統(tǒng)的保護(hù),具體設(shè)備及措施如下:①三相五線RVV 電纜從總配電房拉一根專線到監(jiān)測子站配電箱,RVV 電纜外穿PVC管;②電源系統(tǒng)采用TN-S 系統(tǒng);③在監(jiān)測子站配電箱處安裝三相二級電源防雷箱,其標(biāo)稱放電電流分別大于50,20kA;④在第一級與第二級之間安裝電感退耦器;⑤在末端用電設(shè)備處改用帶防雷功能的插座(標(biāo)稱放電電流>10kA)。

3.2.2 信號系統(tǒng)傳輸線路防護(hù)

信號系統(tǒng)傳輸線路上終端設(shè)備的保護(hù)也是防護(hù)的重要組成部分,雷電電磁脈沖能夠在信號線路及其回路中感應(yīng)出暫態(tài)過電壓。同時,信號電路中電子設(shè)備的絕緣強(qiáng)度低,過電壓和過電流耐受能力差,很容易受到暫態(tài)過電壓的危害。因此,為了維護(hù)電子系統(tǒng)的安全可靠運行,必須對信號電路采取過電壓保護(hù)措施。信號SPD 安裝注意的問題:

3.2.2.1 信號SPD 應(yīng)滿足信號傳輸帶率、工作電平、網(wǎng)絡(luò)類型的需要,同時接口應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備兼容。

3.2.2.2 信號SPD 由于串接在線路中,在選用時應(yīng)選用插入損耗較小的SPD。

信號系統(tǒng)的防護(hù)措施如:①環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測子站信號傳輸系統(tǒng)為通過調(diào)制解調(diào)器撥號與環(huán)境檢測中心連接。工作室調(diào)制解調(diào)器前端應(yīng)加裝符合其接口型式(一般為RJ11/RJ45)的信號SPD;在計算機(jī)前端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線上安裝接口型式為RS232 或RJ45 的信號SPD。信號SPD的最大持續(xù)工作電壓應(yīng)>1.5Uc,在設(shè)備前端加裝Iimp>0.5kA(10/350μs)或 In>5kA(8/20μs)的信號SPD,其他參數(shù)應(yīng)符合系統(tǒng)要求。②環(huán)境監(jiān)測子站的數(shù)據(jù)傳輸線進(jìn)入轉(zhuǎn)接盒及采集器前端宜加裝In>5kA(8/20μs)的信號SPD。

3.3 等電位設(shè)置

監(jiān)測子站室內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接板進(jìn)行星形(S 型)連接,連接板或連接帶應(yīng)與建筑物內(nèi)鋼筋或人工接地體作電氣連接,除在等電位連接板處(ERP)外,設(shè)備之間、設(shè)備至連接板的連接導(dǎo)線之間應(yīng)有大于10kV(1.2/50μs)的絕緣。工作室內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、防靜電接地、信號地、PE線和SPD 接地線、屏蔽金屬管和屏蔽線纜的金屬外護(hù)層均應(yīng)就近與等電位連接板進(jìn)行電氣連接。

3.4 接地設(shè)置

接地系統(tǒng)是防雷的重要環(huán)節(jié),良好的接地是泄流和屏蔽的保障。監(jiān)測子站的接地系統(tǒng)采用人工垂直接地體與水平接地體結(jié)合的方式,沿站房四周敷設(shè)構(gòu)成閉合環(huán)型的接地網(wǎng),接地電阻實測值要求<4Ω,其垂直接地體采用直徑50mm長度2500mm 鍍鋅鋼管,水平接地體采用4mm ×40mm 鍍鋅扁鋼,地網(wǎng)埋設(shè)在地面下500mm,表面鋪設(shè)50mm 厚的瀝青層防止跨步電壓造成人員傷害。

[1]唐軍.環(huán)境空氣自動監(jiān)測子站投入使用[J].奉賢年鑒，2006-01-01.