李兆華 莊嘉 馮暉 楊仕兵

摘? 要：應(yīng)用雷電災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)勘查分析的研究成果，根據(jù)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的工作屬性和所處環(huán)境位置的特殊性，分析環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的雷擊風(fēng)險(xiǎn)、研究雷電防護(hù)的技術(shù)方法措施。確定環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站雷電防護(hù)的技術(shù)原則，規(guī)范環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的選址、雷電防護(hù)的分區(qū)、防雷設(shè)計(jì)、施工要求。綜合應(yīng)用接閃、分流、屏蔽、均壓、等防雷技術(shù)，研制環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，有效防御和減少雷電對(duì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的危害，保障環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)采集、信息傳輸和人員安全。

關(guān)鍵詞：環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站;雷電防護(hù);防雷標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號(hào)：X84? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）08-0001-05

Abstract： Based on the research results of lightning disaster field investigation and analysis， according to the working attribute of environmental automatic monitoring station and the particularity of its environmental position， the lighting strike risk of environmental automatic monitoring station is analyzed， and the technical methods and measures of lightning protection are studied. The technical principles of lightning protection of environmental automatic monitoring station are determined， and the site selection of environmental automatic monitoring station， the zoning of lightning protection， lightning protection design and construction requirements are standardized. Comprehensive application of lightning protection technology， such as lightning， shunt， shielding， voltage sharing， lightning protection technology， the development of environmental automatic monitoring station lightning protection standards， effectively prevent and reduce the harm of lightning to the environmental automatic monitoring station， so as to ensure the data acquisition， information transmission and personnel safety of the environmental automatic monitoring station.

Keywords： automatic environmental monitoring station; lightning protection; lightning protection standard

引言

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國(guó)“國(guó)際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的10種自然災(zāi)害之一[1]。由于環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所處環(huán)境的區(qū)域位置特殊，導(dǎo)致環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)增加。僅在云南省，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中就曾多次遭到雷擊，造成了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失、影響系統(tǒng)運(yùn)行等問(wèn)題。

經(jīng)查新，迄今為止，國(guó)外還沒(méi)有針對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站雷電防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究報(bào)道。而國(guó)內(nèi)該問(wèn)題雖然引起了部分學(xué)者[2][3]的關(guān)注，并針對(duì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的雷電防護(hù)提出一些相關(guān)措施，但目前仍沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，處于一種無(wú)序狀態(tài)，無(wú)法有效保障環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的正常運(yùn)行。為掌握環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站雷電的成災(zāi)機(jī)理，云南省氣象災(zāi)害防御技術(shù)中心會(huì)同昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心自2004年起開(kāi)始收集和整理雷電災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)資料。應(yīng)用氣象部門(mén)統(tǒng)計(jì)資料，進(jìn)行分區(qū)、分類的收集整理雷電災(zāi)害資料。研究雷電危害的機(jī)理，雷電放電的路徑，雷電的主要危害形式。重點(diǎn)開(kāi)展雷電災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)行雷電災(zāi)害的現(xiàn)場(chǎng)勘查，收集和整理雷災(zāi)物證，立題開(kāi)展雷電災(zāi)害調(diào)查、鑒定技術(shù)方法的研究。為深入分析和研究雷電對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站危害機(jī)理，立題開(kāi)展了《雷擊災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)物證微觀成像的分析與研究》的課題研究（圖1），從雷擊現(xiàn)場(chǎng)勘查、檢測(cè)、取樣，收集和整理各類雷擊物證，進(jìn)行雷擊物證的成像分析和微觀形貌研究。在此基礎(chǔ)上，研制《環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站防雷技術(shù)規(guī)范》（DB53/T 670-2015）的地方標(biāo)準(zhǔn)。

1 前期雷電災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)研究

針對(duì)雷電發(fā)生的隨機(jī)性、瞬時(shí)性和突發(fā)性，為深入分析和研究雷電成災(zāi)的物理機(jī)制，在國(guó)內(nèi)，首次立題開(kāi)展《雷擊災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)物證微觀成像的分析與研究》的課題研究，從雷擊現(xiàn)場(chǎng)勘查、檢測(cè)、取樣，收集和整理各類雷擊物證，開(kāi)展雷擊物證痕跡的成像分析和微觀形貌研究。

試驗(yàn)方法：采用物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，對(duì)樣品宏觀、微觀結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成及其變化過(guò)程進(jìn)行分析，提供其表層及內(nèi)部結(jié)構(gòu)、保存狀態(tài)、構(gòu)成工藝等信息。采用材料結(jié)構(gòu)分析的熱分析法，主要是分析樣品在高溫過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化和物理化學(xué)變化。分析物質(zhì)在溫度變化過(guò)程中發(fā)生的一些物理變化（如相態(tài)轉(zhuǎn)變、晶型轉(zhuǎn)變）和化學(xué)變化（如分解、氧化、還原、脫水反應(yīng)）。

通過(guò)比對(duì)實(shí)驗(yàn)研究，獲取了迄今為止國(guó)內(nèi)首幅雷擊物證微觀形貌圖（圖1），該圖為云南省昆明市楊宗海水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站電源供電線路被雷擊的線徑為0.25毫米多芯銅線現(xiàn)場(chǎng)取樣。應(yīng)用電子掃描成像技術(shù)，對(duì)金屬線（取樣樣品）通過(guò)不同倍率的放大后，獲取微米量級(jí)的微觀成像。由圖片可以看出遭受雷擊的多芯銅線上呈現(xiàn)出多孔洞層疊，且呈微米量級(jí)的蜂窩狀熔蝕坑。根據(jù)力學(xué)性能結(jié)構(gòu)分析，在微秒量級(jí)的瞬態(tài)高溫巨熱作用下，產(chǎn)生的電熱能量，作用于金屬多芯銅線，此類孔洞為雷電流產(chǎn)生的電弧放電所致。試驗(yàn)樣品呈現(xiàn)的形態(tài)、形貌，具有唯一性和不可復(fù)現(xiàn)性，從微觀層面上科學(xué)驗(yàn)證了雷電流的沖擊特性，幅頻特性以及雷擊電磁脈沖的多峰值效應(yīng)。通過(guò)痕跡分析，科學(xué)地揭示了雷擊放電產(chǎn)生的電荷效應(yīng)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站的危害形式。該項(xiàng)研究成果已應(yīng)用于多起雷擊火災(zāi)、雷擊引發(fā)的群體性涉訴案件的災(zāi)害調(diào)查、鑒定工作中，取得了良好的社會(huì)效益。

實(shí)驗(yàn)研究分析表明：雷擊放電過(guò)程蘊(yùn)含著豐富的電學(xué)參量，其產(chǎn)生的各種能量，在不同載體上，會(huì)呈現(xiàn)出不同的形態(tài)、形貌，其分布狀態(tài)各異。因雷擊的電磁效應(yīng)而導(dǎo)致環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站中央處理器、計(jì)算機(jī)芯片、電源供電系統(tǒng)、信號(hào)傳輸線路絕緣層和傳輸線受損，是造成設(shè)備損壞、信號(hào)中斷、采樣數(shù)據(jù)缺失的直接原因。同時(shí)由于雷電的電磁效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，常造成監(jiān)測(cè)設(shè)備損毀并危及工作人員安全。

2 雷電危害環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)站的主要形式

為探索雷電放電的物理機(jī)制，我國(guó)和外國(guó)許多科學(xué)家做了大量觀測(cè)和理論研究工作，提出來(lái)很多有關(guān)雷電放電過(guò)程的計(jì)算模型。文中重點(diǎn)對(duì)雷電電磁脈沖的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)觀察表明：雷電電磁脈沖（lightning electromagnetic impulses，LEMP）是伴隨雷電放電發(fā)生的瞬變電流和強(qiáng)電磁輻射，是常見(jiàn)的天然強(qiáng)電磁脈沖干擾源之一。 LEMP的影響區(qū)域遠(yuǎn)大于直擊雷。通常情況下，它是由云閃和地閃產(chǎn)生，影響范圍遍布對(duì)流層以下至地表以上區(qū)域。雷雨云對(duì)地放電過(guò)程中，將云中的電荷向大地瞬間釋放。當(dāng)先導(dǎo)通道與地面被擊物向上發(fā)出的迎面流注（或回閃）頭部相遇時(shí)，先導(dǎo)通道通過(guò)回閃接地，主放電過(guò)程開(kāi)始。主放電通道中通過(guò)脈沖形式的放電電流，一次閃電平均包含有上萬(wàn)個(gè)脈動(dòng)放電過(guò)程，電流脈沖平均幅值為幾萬(wàn)安培，持續(xù)時(shí)間幾十到上百微秒。閃電通道大約有幾百米至幾公里長(zhǎng)，在先導(dǎo)——主放電過(guò)程中，向外輻射高頻和甚高頻電磁能量，形成雷電電磁脈沖。它所產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)能夠耦合到電氣或電子系統(tǒng)中，對(duì)地面數(shù)據(jù)采樣傳感器等電子設(shè)備產(chǎn)生干擾性的電涌電流或感應(yīng)電壓。導(dǎo)致靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、高電位反擊、電磁波輻射等效應(yīng)的產(chǎn)生[3]，甚至使整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息傳輸及通信系統(tǒng)癱瘓?，F(xiàn)場(chǎng)勘查和研究表明：雷擊放電產(chǎn)生的電磁脈沖通常沿著電源供電線路、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸線路、通信線路侵入到設(shè)備末端，造成危害。雷電電磁脈沖從多維空間侵入到環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站室內(nèi)，產(chǎn)生電磁輻射，形成電磁干擾、造成電磁效應(yīng)，危及環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站的系統(tǒng)安全。

在模擬實(shí)驗(yàn)中觀察到當(dāng)某處由閃電放電的電磁輻射引起的磁場(chǎng)脈沖幅度超過(guò)0.07G時(shí)，該處自動(dòng)控制監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備發(fā)生誤動(dòng)作，而磁場(chǎng)脈沖幅度超過(guò)2.4G時(shí)，會(huì)使電子線路等集成電路芯片、元器件永久性損壞，造成環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)癱瘓。

根據(jù)國(guó)家對(duì)空氣、地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)范要求，空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備多安裝于多層建筑物頂站房中，地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備多安裝于空曠的湖、庫(kù)、河道旁，而污染源在線監(jiān)測(cè)設(shè)備也有相應(yīng)的建設(shè)用房。環(huán)境空氣、地表水以及污染源（煙塵）在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的站房一般設(shè)置于江河湖庫(kù)邊緣、高層建筑頂端和煙囪等高位處（如圖2）。而這些環(huán)境一般都暴露在大氣電磁環(huán)境中，屬于雷擊高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。如此特殊的地域環(huán)境，極易遭受直擊雷的襲擊。而環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用大量微電子元器件，特別是采樣設(shè)備的各種環(huán)境指標(biāo)要素傳感器，均設(shè)置于室外大氣環(huán)境中，極易遭受雷電感應(yīng)而損壞，同時(shí)雷電所產(chǎn)生的次生災(zāi)害還可能會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)站內(nèi)采樣人員的生命安全造成威脅。通過(guò)多年的運(yùn)行表明：雷電是危害和影響環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常工作的主要原因之一[4]。

3 環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的雷電防護(hù)技術(shù)措施

空氣、地表水、污染源在線監(jiān)測(cè)站、浮標(biāo)站等環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站均應(yīng)遵循“預(yù)防為主，安全第一”的原則實(shí)施雷電防護(hù)。其防雷設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮地理位置、環(huán)境條件、雷電活動(dòng)規(guī)律、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備的安裝區(qū)位以及系統(tǒng)對(duì)雷電電磁脈沖的抗擾度采取相應(yīng)的雷電防護(hù)措施。其防雷技術(shù)方法宜采用接閃、分流、屏蔽、均壓、等電位連接、接地、合理布線、電涌保護(hù)、隔離等外部和內(nèi)部防雷措施進(jìn)行綜合防護(hù)。同時(shí)根據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的不同功能，為防止雷電感應(yīng)對(duì)其造成損害，應(yīng)設(shè)置1級(jí)～3級(jí)電涌保護(hù)器（SPD）進(jìn)行分級(jí)防護(hù)，其中，中心站宜設(shè)置3級(jí)SPD，子站宜設(shè)置2級(jí)SPD[5]。

3.1 雷電防護(hù)區(qū)的劃分

根據(jù)雷電對(duì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的主要危害形式和入侵路徑，有效地對(duì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行雷電防護(hù)，應(yīng)確定系統(tǒng)對(duì)雷電電磁脈沖的抗擾度。通過(guò)將需要控制雷電電磁脈沖環(huán)境的建筑物或構(gòu)筑物按需要保護(hù)的空間由外到內(nèi)分為不同的物理界面，從而確定各級(jí)別的雷擊電磁脈沖的強(qiáng)度，以便采取相應(yīng)的雷電防護(hù)措施[6]。雷電危險(xiǎn)度可分為：

極高危險(xiǎn)度區(qū)（LPZOA）：本區(qū)內(nèi)的各類物體完成暴露在接閃器的保護(hù)范圍以外，都可能遭到直接雷擊，本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)未得到任何屏蔽衰減，屬完全暴露的不設(shè)防區(qū)。

高危險(xiǎn)度區(qū)（LPZOB）：本區(qū)內(nèi)的各類物體處在外部防雷裝置接閃器保護(hù)范圍以內(nèi)，但本區(qū)內(nèi)電磁場(chǎng)未得到任何屏蔽衰減，屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。

中危險(xiǎn)度區(qū)（LPZ1）：本區(qū)內(nèi)的各類物體不可能遭受直接雷擊，流經(jīng)各類導(dǎo)體的電流比LPZ0A區(qū)進(jìn)一步減小，且由于建筑物的屏蔽措施，本區(qū)內(nèi)的電磁場(chǎng)也已得到了初步的衰減。

低危險(xiǎn)度區(qū)（LPZ2）：為進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的電流或電磁場(chǎng)而增設(shè)的后續(xù)防護(hù)區(qū)。

后續(xù)保護(hù)區(qū)（LPZ3）：需要進(jìn)一步減小雷擊電磁脈沖，以保護(hù)敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)防護(hù)區(qū)。

將一座環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站建（構(gòu)）筑物劃雷電危險(xiǎn)度劃分等電位連接方法見(jiàn)圖3中所示。

3.2 環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的選址

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的選址應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆┤諗?shù)、電磁環(huán)境、供電方式等條件，同時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離具有高頻功率的發(fā)射裝置，如移動(dòng)基站等強(qiáng)電磁環(huán)境。其站點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)高壓線且水平距離應(yīng)為高壓線1.5倍桿高以上，同時(shí)距水邊樹(shù)木主桿水平距離不應(yīng)小于3m[7]。

3.3 環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站防雷裝置的設(shè)計(jì)與安裝

根據(jù)防護(hù)類別的不同，雷電防護(hù)分為兩大部分，即外部防雷和內(nèi)部防雷。外部防雷裝置主要包括接閃器、引下線、接地裝置三部分，主要針對(duì)設(shè)置于戶外，處于水源區(qū)、江河流域區(qū)域的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的房頂設(shè)施，以及位于建筑物頂端的空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的氣象參數(shù)儀、氣態(tài)污染物采樣總管、顆粒物采樣管等監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行直擊雷防護(hù)。而內(nèi)部防雷裝置主要是防御雷擊電磁脈沖所產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓和過(guò)電流對(duì)電源供電線路、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、自動(dòng)采樣控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)造成危害。

3.3.1 外部防雷裝置

通常采用不同類型的接閃裝置，設(shè)置于需要保護(hù)的目標(biāo)物附近或其上，使其位于接閃裝置的保護(hù)范圍以內(nèi)。當(dāng)被保護(hù)物上空有雷暴云產(chǎn)生下行先導(dǎo)并接近地面時(shí)，接閃裝置將產(chǎn)生上行先導(dǎo)，在上行先導(dǎo)發(fā)展進(jìn)入下行先導(dǎo)的吸引半徑時(shí)，使雷擊點(diǎn)發(fā)生在接閃桿上，雷電流經(jīng)接閃桿、引流線傳導(dǎo)至接地裝置，并泄放于大地，從而保護(hù)目標(biāo)物免遭受直接雷擊。

（1）接閃器的選擇與安裝

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站宜采用接閃桿作為直擊雷防護(hù)裝置，接閃桿與被保護(hù)物的最小安全距離應(yīng)不小于3m，其保護(hù)范圍應(yīng)按滾球法[8]確定，滾球半徑取值宜為45m。若為移動(dòng)式（箱體式）地表水、空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，宜采用移動(dòng)式接閃桿。

地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站若為磚混結(jié)構(gòu)的站房，則宜選用接閃網(wǎng)、帶;若采用撬裝式、箱體式（金屬）的站房，則宜選用獨(dú)立接閃桿，其安裝位置應(yīng)與撬裝站保持3m的安全距離;設(shè)置于水中的浮標(biāo)站，宜選用獨(dú)立接閃桿，其高度應(yīng)高于監(jiān)測(cè)設(shè)備最高點(diǎn)1m以上;空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站應(yīng)采用獨(dú)立接閃桿，使空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站儀器及站房處于分區(qū)LPZ0B內(nèi)。設(shè)置于屋面上的環(huán)境氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)施應(yīng)在接閃桿的有效保護(hù)范圍內(nèi);設(shè)置于屋面上的環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站房，其接閃桿的引下線宜與建筑物的防雷接地裝置相連。接閃桿的幾何尺寸應(yīng)根據(jù)GB50057-2010中條款5.2相關(guān)要求確定，安裝位置應(yīng)考慮防腐和抗風(fēng)強(qiáng)度。

（2）引下線的選擇與安裝

引下線應(yīng)選用多芯銅絞線、圓鋼、多芯軟線，優(yōu)先選用絕緣多芯銅絞線。對(duì)于設(shè)置于水中的浮標(biāo)監(jiān)測(cè)站，則應(yīng)選用多芯軟線。引下線的截面積總和不應(yīng)小于50mm2。對(duì)于接閃塔、桿，應(yīng)優(yōu)先利用自身金屬體作引下線。引下線與接閃器的連接應(yīng)采用機(jī)械鏈接或電氣焊接，其連接點(diǎn)過(guò)渡電阻應(yīng)不大于0.03Ω，并做好連接點(diǎn)的防腐處理。其敷設(shè)應(yīng)避開(kāi)人行道口，敷設(shè)平直，不可彎成直角或銳角，并經(jīng)最短路徑接地。引下線的安裝應(yīng)符合GB50057-2010中4.5.6防接觸電壓和跨步電壓的要求。

（3）接地裝置的設(shè)置與安裝

接地極應(yīng)設(shè)置在自動(dòng)監(jiān)測(cè)站房?jī)蓚?cè)并與建筑物基礎(chǔ)地共用，若基礎(chǔ)接地達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)增設(shè)接地裝置。接地體由垂直接地體和水平接地體構(gòu)成，接地體的埋設(shè)深度不宜小于0.8m，其連接應(yīng)采用搭接焊，搭接長(zhǎng)度必須符合相關(guān)條文規(guī)定[9]。垂直接地體宜采用角鋼、圓鋼或鋼管，角鋼不應(yīng)小于40mm×4mm，圓鋼直徑不應(yīng)小于Φ20mm，鋼管直徑不應(yīng)小于80mm，壁厚不應(yīng)小于4mm，垂直接地極長(zhǎng)度不宜小于2m，垂直接地極間距應(yīng)大于5m;水平接地極宜采用圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不應(yīng)小于12mm，扁鋼截面積不應(yīng)小于100mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm。若采用深井技術(shù)設(shè)置接地體，宜沿建筑物周邊敷設(shè)形成環(huán)形接地網(wǎng)，不宜采用單根垂直接地體組成。垂直接地體宜采用熱鍍鋅鋼管，長(zhǎng)度由設(shè)計(jì)計(jì)算確定[8]。

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的接地電阻值應(yīng)根據(jù)其所處的環(huán)球做不同的要求，若設(shè)置于水邊，則其接地電阻不應(yīng)大于1Ω;若設(shè)置于地面或建筑物天面，則其接地電阻不應(yīng)大于4Ω。當(dāng)設(shè)備存在特殊要求時(shí)，電阻值不應(yīng)大于1Ω;當(dāng)采用共用接地時(shí)，接地電阻值應(yīng)以最小值為準(zhǔn);當(dāng)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站附近有多種金屬構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)考慮在接地體作均壓等電位連接，若共用接地，接地電阻值應(yīng)以最小值為準(zhǔn)。在高土壤電阻率區(qū)域的環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，為有效降低接地電阻值可采用將接地體埋設(shè)于較深的低電阻率土壤中、換土、深井埋設(shè)、降阻劑等方法[8]。

設(shè)置于水中浮標(biāo)上的地表水監(jiān)測(cè)站宜采用獨(dú)立銅板與多芯軟線相連，銅板大小應(yīng)以多芯軟線穩(wěn)定鉛垂水面為宜，且應(yīng)盡量遠(yuǎn)離水中監(jiān)測(cè)儀器。

3.3.2 內(nèi)部防雷裝置

內(nèi)部防雷裝置主要包括：電源信號(hào)線路的SPD、等電位連接、電磁屏蔽及綜合布線。

（1）電源系統(tǒng)的防雷

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的配電系統(tǒng)采用三相四線制，經(jīng)配電箱至UPS穩(wěn)壓輸出，供主機(jī)設(shè)備系統(tǒng)供電。環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置1級(jí)-3級(jí)SPD進(jìn)行雷電防護(hù)[10]。其中：

使用2級(jí)SPD時(shí)，為防止耦合，第一級(jí)應(yīng)安裝于監(jiān)測(cè)站外取電用配電柜（箱）內(nèi)，第二級(jí)應(yīng)安裝于站內(nèi)配電箱（柜）內(nèi)，即LPZ0與LPZ1區(qū)交界處;其中：第一級(jí)SPD宜選用通流容量較大的電壓開(kāi)關(guān)型SPD電涌保護(hù)器SPD1，SPD1的保護(hù)電壓Up不應(yīng)大于4kV，其每條相線或中性線上宜選用Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)用沖擊電流Iimp通過(guò)幅值電流不小于15kA的SPD（10/350μs）;第二級(jí)SPD宜選用電壓限制型（箝壓型）或混合型電涌保護(hù)器SPD2，SPD2的保護(hù)電壓Up一般不應(yīng)大于2kV，其每條相線或中性線上宜選用標(biāo)稱放電流不小于30kA的SPD（8/20μs）。

使用3級(jí)SPD時(shí)，在以上基礎(chǔ)上還須在站內(nèi)配電箱（柜）內(nèi)，即LPZ1與LPZ2區(qū)交界處安裝第三級(jí)SPD。第三級(jí)SPD宜選用保護(hù)電壓Up不大于1.5kV的箝壓型或混合型SPD3，其每條相線或中性線上宜選用標(biāo)稱放電流不小于5kA的SPD（8/20μs）。

第一級(jí)與第二級(jí)SPD之間的安裝距離應(yīng)大于10m，第二級(jí)與第三極SPD之間的安裝距離應(yīng)大于5m，若無(wú)法滿足，則在兩級(jí)SPD之間應(yīng)加裝退耦裝置。當(dāng)SPD具有能量自動(dòng)配合功能時(shí)，SPD之間的線路長(zhǎng)度不受限制。經(jīng)第一級(jí)SPD和第二級(jí)SPD及第三極SPD后其殘壓一般不應(yīng)大于1.5kV。[7]

電源線路的各級(jí)SPD應(yīng)分別安裝在被保護(hù)設(shè)備電源線路的前端，并盡可能靠近配電盤(pán)（箱），其接線端應(yīng)分別與配電盤(pán)（箱）內(nèi)線路的同名端相線連接，其接地端與配電盤(pán)（箱）的保護(hù)接地端子相連，配電盤(pán)（箱）的保護(hù)接地端子與所處防雷區(qū)的等電位接地端子連接;SPD兩端連接導(dǎo)線應(yīng)短而直，不應(yīng)形成環(huán)路、急彎或扭折。SPD兩端連接導(dǎo)線長(zhǎng)度不宜大于0.5m，當(dāng)受條件限制不能實(shí)現(xiàn)0.5m長(zhǎng)度要求時(shí)，可采用凱文接線方式。

（2）信號(hào)傳輸系統(tǒng)的防雷

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站中使用的網(wǎng)線、光纜時(shí)，均應(yīng)選用SPD進(jìn)行電涌保護(hù)[11]。信號(hào)線上用的SPD箝位電壓應(yīng)大于1.5U（信號(hào)線路最大持續(xù)運(yùn)行電壓），額定泄放電流Isn≥3kA（8/20μs）。其他參數(shù)如插入損耗、傳輸速率、特性阻抗、接口型式均應(yīng)符合系統(tǒng)的要求。環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站信號(hào)傳輸線路SPD的選擇，應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式、特性阻抗等參數(shù)，選用適配的電壓駐波比和插入損耗小的SPD。信號(hào)線路、天饋線路SPD參數(shù)應(yīng)符合GB50343-2012中表5.4.4表5.4.5的規(guī)定。

安裝于天饋線路上的SPD應(yīng)連接于天饋線與被保護(hù)設(shè)備之間，宜安裝在機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備附近或機(jī)架上，也可以直接連接在設(shè)備接口上，其接地端應(yīng)采用截面積不小于6mm2的銅芯導(dǎo)線就近連接到等電位接地端子板上，接地線應(yīng)平直，長(zhǎng)度不宜大于0.5m;安裝于信號(hào)線路上的SPD應(yīng)連接在被保護(hù)設(shè)備的信號(hào)端口上，SPD輸出端與被保護(hù)設(shè)備的端口相連，SPD應(yīng)安裝在機(jī)柜內(nèi)，固定在設(shè)備機(jī)架上或附近支撐物上，其接地端宜采用截面積不小于6mm2的銅芯導(dǎo)線就近連接到等電位接地端子板上，接地線應(yīng)平直，長(zhǎng)度不宜大于0.5m。

3.3.3 等電位連接

環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站站房應(yīng)建立良好的等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并與接地裝置連接，使整座建筑物空間成為一個(gè)良好的等電位體[12]。等電位連接網(wǎng)絡(luò)的材料、規(guī)格、連接方式及工藝要求應(yīng)符合GB50343-2012的相關(guān)要求。站房?jī)?nèi)的各金屬設(shè)備外殼、機(jī)架、線纜金屬屏蔽層、光纜金屬加強(qiáng)筋、線槽、橋架等其他金屬體應(yīng)與等電位連接網(wǎng)絡(luò)連接，連接線應(yīng)采用銅導(dǎo)線，截面積不應(yīng)小于6mm2，且各連接點(diǎn)處的過(guò)渡電阻值不宜大于0.03Ω。

3.3.4 屏蔽措施與綜合布線

進(jìn)入站房的供電線路宜采用屏蔽電纜或穿金屬管埋地引入，電纜金屬屏蔽層或金屬管應(yīng)與接地裝置連接，且電源供電線路與信號(hào)傳輸線路不宜鋪設(shè)在同一線槽內(nèi)。機(jī)房?jī)?nèi)的金屬管線和金屬屏蔽網(wǎng)格應(yīng)連接在一起，形成均壓等電位。電纜線在雷電防護(hù)區(qū)交界處，屏蔽電纜屏蔽層的兩端應(yīng)做等電位連接并接地。綜合布線的電纜采用金屬線槽或鋼管敷設(shè)時(shí)，線槽或鋼管應(yīng)保持連續(xù)的電氣連接，并應(yīng)有不少于兩點(diǎn)的良好接地。當(dāng)建筑物墻體采用彩鋼保溫層時(shí)，內(nèi)外墻體的金屬板應(yīng)多點(diǎn)接地[13]。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)已成為當(dāng)今世界各國(guó)政府和人民的共同行動(dòng)和主要任務(wù)之一。采用工程技術(shù)手段和方法，布設(shè)環(huán)境空氣、地表水、污染物在線監(jiān)測(cè)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，通過(guò)對(duì)污染源的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，為環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣評(píng)估提供了定量的技術(shù)指標(biāo)和定性的判定依據(jù)，為污染防治決策、監(jiān)督、環(huán)境管理提供了科學(xué)依據(jù)，其重要性事關(guān)公眾切身利益和社會(huì)穩(wěn)定大局。因此環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的雷電防護(hù)是保障其安全運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。

（2）環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研制是根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)站的工作性質(zhì)、屬性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在大量雷電災(zāi)害實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代防雷技術(shù)的基本原理和方法，在分析和借鑒國(guó)外防雷技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年防雷工程技術(shù)實(shí)踐研制而成。標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法通過(guò)多年防雷工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)及要求均能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將有效保護(hù)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站設(shè)備的正常運(yùn)行及操作人員免遭雷電危害。

（3）運(yùn)用科學(xué)有效的方法為環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站實(shí)施雷電防護(hù)，有效防御和減少雷電對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站的危害，使環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)處于安全運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)揮其應(yīng)有的功能和作用，無(wú)論從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度還是從經(jīng)濟(jì)效益分析都將產(chǎn)生良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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