孫修君

(沈陽地震臺，遼寧 沈陽 110161)

山區(qū)地形的地震臺站防雷問題的一些特殊方法探討

孫修君

(沈陽地震臺，遼寧 沈陽 110161)

地震臺站多處于山區(qū)，地形復雜，是雷電的多發(fā)區(qū)，防雷的特殊方法有增加電源隔離變壓器，安裝天線金屬罩，信號輸入輸出端增加光電耦合器，還有采用光纖傳輸方式。

防雷；隔離變壓器；光電耦合器

地震臺站多處于山區(qū)，地形復雜，是雷電的多發(fā)區(qū)，而且設備在山頂或在半山，雷擊的概率就比山下平原地帶的概率大，而且感應雷對儀器和避雷器的破壞也是多發(fā)的。有的山區(qū)，設備房在雨季，幾乎有雷必擊。雷擊過后，設備損壞，儀器記錄中斷。雷電對地震觀測技術系統(tǒng)的危害，絕大部分是由感應雷引起的，極少是由直擊雷造成的。地震臺站防雷應以防感應雷為主兼顧防直擊雷。

1 幾種防雷的特殊方法

1.1 增加電源隔離變壓器

對于通過電源系統(tǒng)進入的直擊雷和感應雷，除了原有的常規(guī)方案之外，最好在設備的電源的進入端加一個電源隔離變壓器，通過電磁-磁電的轉化，從而物理方式上隔離了電流的沖擊，隔離變壓器安放位置應盡量離儀器近些，如果兩臺儀器距離較遠或線路經過室外，應該采用分別的隔離變壓器，因為在室外的一段距離，就有可能是引入雷擊的線路。如果采用稍大功率的變壓器，也就把電流的脈沖化為更為平緩，削平了電壓的峰值，從而保護后端的儀器設備，電路安裝方法如圖1所示。

圖1 設備安裝圖

雖然下雨會持續(xù)幾個小時或更長時間，但打雷閃電卻是一陣時間；雷電擊向的目標都是距離最短的地面目標，所以說遠處的雷擊是沒有危險的，可以采用遠程控制的方法來控制進入儀器市電的供給，停供期間由電池電力維持儀器的運行。有些前兆儀器的數(shù)據(jù)采集是每日一次，采數(shù)持續(xù)時間短，所以可以通過遠程控制方法斷開儀器信號進入斷的線路，同時拔掉機房內數(shù)據(jù)采集器的信號線的輸入端，打雷閃電停止后再連上。如果傳感器距離機房的距離不是很遠，可設計工業(yè)電磁控制閥的方式控制線路通斷，一方面，一鍵可以控制線路兩端通斷，另一方面，工業(yè)電磁閥抗雷擊能力強。

1.2 安裝天線金屬罩

屏蔽就是利用金屬網、箔、殼、管等導體，把需要保護的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設備影響的最有效方法。對于一些地質條件較差的臺站，若接地電阻施工非常困難或耗資巨大，可采用屏蔽的方式，即麥克斯韋倡議的法拉第籠進行保護[1]。

法拉第籠(Faraday Cage)是一個由金屬或者良導體形成的籠子，是一種等電位、靜電屏蔽和高壓帶電作業(yè)原理的設備，籠子與大地連接。當高壓放電桿接近籠體，出現(xiàn)放電火花，根據(jù)接地導體靜電平衡的條件，籠體是一個等位體，內部電勢為零，電場為零，電荷分布在接近放電桿的外表面上。

有些儀器設備的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)?，這其中的天線裸露在室外，同時其也是引入雷電的設備，如何防止雷電從天線進入呢，可以用做一個屏蔽罩的方法，在這里，就需要根據(jù)具體情況做一些具體設計。首先，屏蔽罩不能屏蔽掉需要傳輸?shù)臒o線信號，其次，又要盡量防御雷擊。采用全方位的網狀的屏蔽，信號可以全方位傳輸，但過密的金屬網織結構，可能會衰減了信號的傳輸，這就需要理論計算和實驗測試，過稀的金屬網織結構又對防雷的效果減弱了，這就需要具體情況選擇一個折中的方案，最簡單的思路就是，用來屏蔽的金屬網格的距離值與天線桿格的距離值盡量不接近，因為與天線桿格距離相同的金屬網格，又相當于一個接收天線，電磁波的能量就被吸收了；密度過大的金屬網有一定的遮擋作用，反射、折繞射都會使電磁波的傳播有一定的損耗。

如果用特別密實的金屬網或者用金屬板焊接制作的屏蔽罩，那么在傳輸?shù)姆较蛏祥_一口，進行無線信號的傳輸，這種具有指向性的傳輸在地震系統(tǒng)傳輸信號中也比較普遍。

1.3 信號輸入輸出端增加光電耦合器

對于信號的有線傳輸，光電耦合器的隔離是一種防雷的方法，通過電-光-電的轉換，隔離了雷電電流的沖擊，但有時雷電會把光電耦合器擊壞。所以對于光電耦合元器件最好不要焊死，而用插槽的方式，這樣方便及時更換新的。

1.4 信號線外套金屬管地埋方法和采用光纖傳輸方式

如果一段距離的信號線總是容易受到雷擊，這時應先采用外套金屬管地埋的方式進行鋪線，但仍然會有感應雷擊怎么辦？這時就要考慮光纖的傳輸方式，因為雷電對光傳輸是沒有破壞的，所以光纖的傳輸是解決信號傳輸線路防雷的終結方案，只是費用會高些。

2 接地技術要求

應采用公用接地方式，即：建筑物基礎地、儀器設備地、電源地等共用一個地網(各地網連接成一個統(tǒng)一的聯(lián)合地網)，儀器設備多的房間鋪防靜電地板，共用接地地網以建筑物基礎為主，建筑物的鋼筋為引下線。避雷針地網是獨立的，與儀器設備地網5 m以上，接地是個硬指標，當?shù)鼐W接地電阻達不到要求怎么辦？返工效率低投入大，而且可能還不成功，原因是復雜的，國內建材電料，細心可以從外型尺寸辨別其是否合格，但有些隱蔽方法，比如覆銅板的技術，即使專業(yè)人員也很難辨別真假。這時可以在旁邊挖坑再做一個地，地與地之間金屬帶串聯(lián)，這樣就會成倍地增大泄流體面積，效果更好。避雷與接雷是辨證統(tǒng)一的，如果在建筑物樓體上的避雷設備效果不理想，不妨在附近山體的頂端再建一個避雷塔，在那兒起著提前接雷的作用。

3 結束語

隨著現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展，地震臺站進行了大規(guī)模的數(shù)字化改造和建設，儀器設備的電路采用了大規(guī)模集成電路和分散控制的CPU單元，使其對瞬間過電壓承受能力大幅度減弱，采用任何一種單一的防雷措施，都難以保證其安全。雷擊已經成為影響臺站長期穩(wěn)定運行的重要因素之一。必須根據(jù)不同的觀測環(huán)境和觀測對象，采用科學的態(tài)度，運用科學的手段，根據(jù)地震臺站的不同情況，采取分類設計，分類實施的綜合防護措施。通過討論雷擊災害對地震觀測臺站的影響及采取相應的防雷措施，對于地震臺站產出連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的地震觀測數(shù)據(jù)資料具有很重要的意義。

[1] 王鋒吉,林眉,許丹,等.地震臺站的防雷技術探討[J].地震地磁觀測與研究,2008(4)：80-85.

Discussion on Some Special Methods for Lightning Protection of Seismic Stations in Mountainous Terrain

Sun Xiujun

(ShenyangSeismicStation,ShenyangLiaoning110161,China)

Most seismic stations are located in mountainous and lighting prone areas with complex terrain. The special method of lighting protection is to increase the power isolation transformer, install the antenna metal cover and increase the photoelectric coupler in signal input and output end, as well as use the method of optical fiber transmission.

isolation transformer; photocoupler

2017-03-14

孫修君(1972- )，男，吉林人，工程師，碩士，研究方向：儀器儀表。

1674- 4578(2017)03- 0062- 02

TP216.2

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