空气自动监测站的防雷措施

1雷击的形式与危害
雷击有直击雷和雷电电磁脉冲（LEMP）两大 类形式。
直击雷是雷电直接击到物体上，由于瞬时的高 电压、大电流产生的电效应、热效应和机械力，造成 人畜的伤亡、房屋和设备的损坏等灾害。
雷电电磁脉冲以电磁感应的方式损害电力电 子设备，形成灾害。雷电脉冲的电流由几万到几十 万安培不等，而且从零到极大值的时间只为几微 秒，因此，产生极大的瞬变电磁场。由于雷电电流 有极大峰值且陡变，所以在它的周围会出现瞬变的 电磁场，处在瞬变电磁场中的导体就感应出较大的 电动势，而且瞬变电磁场会在其空间一定范围内， 产生电磁作用，或是脉冲电磁辐射，称之为雷电电 磁脉搏冲（简称LEMP）。LEMP在三维的空间范 围内对一切电子设备发生作用，因瞬变的时间极 短，感应的电压极高，其电磁脉冲的强度往往超过 2.4 X10 4 T。现代电子技术日益向高精度、高灵敏 度、高频率和高可靠性方向发展，可是这些电子设 备的耐压很低，一般都承受不了 ±5 V的电压波 动。以计算机为例，当雷电电磁脉冲的磁化强度超 过0.07 xl0"T时，就会导致数字门电路该翻转的 没有翻转，而不该翻转的数字脉冲翻转，引起计算 机的误动作；当雷电电磁脉冲的磁化强度超过2.4 x10-4T时，就会造成计算机的永久损坏"T。
雷电电磁脉冲有4种形式:一是雷电的静电感 应。闪电时，强大的脉冲电流使放电通道周围的各 种金属体、输电线和天线等导体表面上感应出与雷 云下部符号相反的电荷，闪电结束，放电通道中的 电荷迅速中和，而导体上的感应电荷还不能立即消 失，就会产生很高的静电感应电压，损坏设备；二是 雷电的电磁感应。闪电时，雷电流迅速变化，闪电 通道周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上 感应出很高的电动势，产生强大的电磁感应，此时， 如果导体有裂口，便会在断开处产生火花放电，烧 坏设备；三是雷电过电压波侵入。近处打雷时，雷 电过电压波沿电源线、信号线、天线馈线、电话线和 金属管路等窜入室内，发生闪击，损坏电子设备；四 是电磁辐射。雷雨云放电时，所辐射的电磁波会影 响方圆数公里范围内的电子设备。
空气自动站中的电脑、PM,。分析仪、二氧化硫 分析仪、氮氧化物分析仪等精密仪器，大部分都是 釆用大规模集成的电路芯片，设备耐压较低，不仅 直击雷，而且感应过电压、高电位的引入都会对分 析仪器造成严重的损坏。空气自动站设备多从国外进口，价格昂贵，一旦遭受雷击，就会使系统瘫 痪。因此，不仅经济损失严重，而且造成空气监测 数据的缺失，影响监测数据的系统性及完整性。苏 州上方山空气自动站2004年夏天遭雷击，所有的 RS-232接口都被击坏，数据转换器、PM,。分析仪 CPU也被击坏，直接经济损失数万元。
2侵入空气自动站的途径
雷击造成空气自动站设备损坏通常有3种 途径。
(1)直接遭受雷击而损坏。雷电直接击在空 气自动站站房及屋顶的空气采样头、温度传感器及 风向风速仪上，因高电压、热效应和机械效应造成 仪器及站房的损坏。
(2)雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源 线或其他金属管线侵入空气自动监测站，使连接在 线路中的分析仪器及数据采集器受损。由通信线 路入侵可分为3种情况：
(a)当地面突出物遭直击雷击时，强雷电压将 邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而 击穿外皮，使高压入侵线路。
(b)雷云对地面放电时，在线路上感应出数千 伏的过电压，击坏与线路相连的电器设备，通过设 备连线还侵入通信线路。
(c)若通过一条多芯电缆连接不同来源的导 线，或者多条电缆平行铺设时，当某一导线被雷电 击中，会在相邻的导线感应出过电压，击坏低压电 子设备。
由电源线路入侵可分为两种情况：(a)直击雷 击中高压线路，经变压器耦合到220 V低压；(b) 低压线路被直击雷击中，或感应雷感应过电压。
(3)设备接地体在雷击时，产生瞬间高电位， 形成地电位“反击”而损坏。
空气自动监测站发生的雷电灾害基本上都是 由雷电脉冲侵入通信线及电源线而造成的。
3空气自动监测站的防雷措施
按照防护范围，可将空气自动站设备的防雷措 施分为两类，即外部防雷及内部防雷。外部防雷是 指对安装二氧化硫分析仪、氮氧化物分析仪等精密 仪器的空气自动站房的安全防护；内部防雷是指空 气自动站内部仪器设备对过电压的防护。
3. 1 外部防雷
按照GB50057-94建筑物防雷设计规范，对 空气自动站安装保护地线、避雷针或避雷带等，可 将绝大部分能量直接引入地下释放，基本上可保证 空气自动站站房及屋顶的空气釆样头、温度传感器 与气象仪免受直击雷的伤害。

但是，避雷针或避雷 带不能保护自动站内部的电子设备免遭感应雷损 坏,保护地线只是一条泄放能量的渠道，而不能真 正防雷。
3. 2 内部防雷
为彻底保护空气自动站设备的安全，应对空气 自动站的电源线和信号线釆取多级防护措施。
(1)电源防护。第一级防护是在空气自动 站供电系统入口处，安装雷击电流放电器。雷击电 流放电器是专为吸收直击雷和感应雷击产生的大 电流和高能量雷电脉冲而设计的，可将大量的雷电 脉冲电流分流到大地。第二级防护是安装在向重 要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的过电 压放电器。过电压放电器对于通过空气自动站供 电入口电流放电器的剩余能量进行更完善的吸收， 对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。第三级防 护是在仪器设备内部电源部分，使用一个内置式的 避雷保护器，以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电 压的目的。对于PM,0分析仪、二氧化硫分析仪等 分析仪器，采用第三级的保护是必要的。
(2)信号防护。数据通信和测控技术的接 口电路比供电系统要灵敏得多，所以必须对数据接 口电路进行保护。通信线路避雷技术要求较高，因 为除满足防雷要求外，还需要保证传输数据符合要 求，加上与通信线相连的设备耐压低，对防雷器件 的残压要求严格。信号保护通常采用三级保护，第 一级防护是在调制解调器前，安装ZGB235H系列 调制解调器避雷器；第二级防护是在计算机前，安 装ZGB235D系列计算机信号避雷器；第三级防护 是在二氧化硫分析仪、氮氧化物分析仪等监测设备 的RS-232接口前，安装数字电路保护器。
另外，为保障建筑物有良好的接地，将室内的 各种金属物体进行等电位连接，并与建筑物的防雷 接地系统相连接，形成一个电气连续的整体，避免 由于电位差而危害设备。