山区地形的地震台站防雷问题的一些特殊方法探讨

孙修君

(沈阳地震台，辽宁 沈阳 110161)

山区地形的地震台站防雷问题的一些特殊方法探讨

孙修君

(沈阳地震台，辽宁 沈阳 110161)

地震台站多处于山区，地形复杂，是雷电的多发区，防雷的特殊方法有增加电源隔离变压器，安装天线金属罩，信号输入输出端增加光电耦合器，还有采用光纤传输方式。

防雷；隔离变压器；光电耦合器

地震台站多处于山区，地形复杂，是雷电的多发区，而且设备在山顶或在半山，雷击的概率就比山下平原地带的概率大，而且感应雷对仪器和避雷器的破坏也是多发的。有的山区，设备房在雨季，几乎有雷必击。雷击过后，设备损坏，仪器记录中断。雷电对地震观测技术系统的危害，绝大部分是由感应雷引起的，极少是由直击雷造成的。地震台站防雷应以防感应雷为主兼顾防直击雷。

1 几种防雷的特殊方法

1.1 增加电源隔离变压器

对于通过电源系统进入的直击雷和感应雷，除了原有的常规方案之外，最好在设备的电源的进入端加一个电源隔离变压器，通过电磁-磁电的转化，从而物理方式上隔离了电流的冲击，隔离变压器安放位置应尽量离仪器近些，如果两台仪器距离较远或线路经过室外，应该采用分别的隔离变压器，因为在室外的一段距离，就有可能是引入雷击的线路。如果采用稍大功率的变压器，也就把电流的脉冲化为更为平缓，削平了电压的峰值，从而保护后端的仪器设备，电路安装方法如图1所示。

图1 设备安装图

虽然下雨会持续几个小时或更长时间，但打雷闪电却是一阵时间；雷电击向的目标都是距离最短的地面目标，所以说远处的雷击是没有危险的，可以采用远程控制的方法来控制进入仪器市电的供给，停供期间由电池电力维持仪器的运行。有些前兆仪器的数据采集是每日一次，采数持续时间短，所以可以通过远程控制方法断开仪器信号进入断的线路，同时拔掉机房内数据采集器的信号线的输入端，打雷闪电停止后再连上。如果传感器距离机房的距离不是很远，可设计工业电磁控制阀的方式控制线路通断，一方面，一键可以控制线路两端通断，另一方面，工业电磁阀抗雷击能力强。

1.2 安装天线金属罩

屏蔽就是利用金属网、箔、壳、管等导体，把需要保护的对象包围起来，阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。对于一些地质条件较差的台站，若接地电阻施工非常困难或耗资巨大，可采用屏蔽的方式，即麦克斯韦倡议的法拉第笼进行保护[1]。

法拉第笼(Faraday Cage)是一个由金属或者良导体形成的笼子，是一种等电位、静电屏蔽和高压带电作业原理的设备，笼子与大地连接。当高压放电杆接近笼体，出现放电火花，根据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。

有些仪器设备的数据传输是通过无线传输的，这其中的天线裸露在室外，同时其也是引入雷电的设备，如何防止雷电从天线进入呢，可以用做一个屏蔽罩的方法，在这里，就需要根据具体情况做一些具体设计。首先，屏蔽罩不能屏蔽掉需要传输的无线信号，其次，又要尽量防御雷击。采用全方位的网状的屏蔽，信号可以全方位传输，但过密的金属网织结构，可能会衰减了信号的传输，这就需要理论计算和实验测试，过稀的金属网织结构又对防雷的效果减弱了，这就需要具体情况选择一个折中的方案，最简单的思路就是，用来屏蔽的金属网格的距离值与天线杆格的距离值尽量不接近，因为与天线杆格距离相同的金属网格，又相当于一个接收天线，电磁波的能量就被吸收了；密度过大的金属网有一定的遮挡作用，反射、折绕射都会使电磁波的传播有一定的损耗。

如果用特别密实的金属网或者用金属板焊接制作的屏蔽罩，那么在传输的方向上开一口，进行无线信号的传输，这种具有指向性的传输在地震系统传输信号中也比较普遍。

1.3 信号输入输出端增加光电耦合器

对于信号的有线传输，光电耦合器的隔离是一种防雷的方法，通过电-光-电的转换，隔离了雷电电流的冲击，但有时雷电会把光电耦合器击坏。所以对于光电耦合元器件最好不要焊死，而用插槽的方式，这样方便及时更换新的。

1.4 信号线外套金属管地埋方法和采用光纤传输方式

如果一段距离的信号线总是容易受到雷击，这时应先采用外套金属管地埋的方式进行铺线，但仍然会有感应雷击怎么办？这时就要考虑光纤的传输方式，因为雷电对光传输是没有破坏的，所以光纤的传输是解决信号传输线路防雷的终结方案，只是费用会高些。

2 接地技术要求

应采用公用接地方式，即：建筑物基础地、仪器设备地、电源地等共用一个地网(各地网连接成一个统一的联合地网)，仪器设备多的房间铺防静电地板，共用接地地网以建筑物基础为主，建筑物的钢筋为引下线。避雷针地网是独立的，与仪器设备地网5 m以上，接地是个硬指标，当地网接地电阻达不到要求怎么办？返工效率低投入大，而且可能还不成功，原因是复杂的，国内建材电料，细心可以从外型尺寸辨别其是否合格，但有些隐蔽方法，比如覆铜板的技术，即使专业人员也很难辨别真假。这时可以在旁边挖坑再做一个地，地与地之间金属带串联，这样就会成倍地增大泄流体面积，效果更好。避雷与接雷是辨证统一的，如果在建筑物楼体上的避雷设备效果不理想，不妨在附近山体的顶端再建一个避雷塔，在那儿起着提前接雷的作用。

3 结束语

随着现代科学技术的飞速发展，地震台站进行了大规模的数字化改造和建设，仪器设备的电路采用了大规模集成电路和分散控制的CPU单元，使其对瞬间过电压承受能力大幅度减弱，采用任何一种单一的防雷措施，都难以保证其安全。雷击已经成为影响台站长期稳定运行的重要因素之一。必须根据不同的观测环境和观测对象，采用科学的态度，运用科学的手段，根据地震台站的不同情况，采取分类设计，分类实施的综合防护措施。通过讨论雷击灾害对地震观测台站的影响及采取相应的防雷措施，对于地震台站产出连续、稳定、可靠的地震观测数据资料具有很重要的意义。

[1] 王锋吉,林眉,许丹,等.地震台站的防雷技术探讨[J].地震地磁观测与研究,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

孙修君(1972- )，男，吉林人，工程师，硕士，研究方向：仪器仪表。

1674- 4578(2017)03- 0062- 02

TP216.2

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