接地和防雷保护

九、接地和防雷保护

使用电子数据采集器和传感器时，接地设备特别重要。电子涌流事故，例如静电放电、雷电导致的脉冲或涌流，或大地的电位差，在整个监测过程中都可能发生。在每种事故中，由于单个传感器失效或数据采集器熔毁，连续的数据都有中断的危险。塔架和数据采集器制造商可能提供保护他们系统的完整接地组件。不同的地区可能有不同的需要。例如，易于雷击的场址可能需要高水平的防护。下面列出了每种形式的接地需要。

单点接地系统如图1-9所示，该设置可以使接地环造成的电势差最小。在这种系统中，下行导线通过接地杆，使埋于地下的环或金属板(或其组合)直接连接到地。传感器输出线或屏蔽线经过数据采集器的通用接地接口(端子板)的电气连接到达相同的接地点。地势是对应于大地的电势(电压)水平。典型的接地杆、环或盘是铜的，可使放电的电阻最低。它们的尺寸决定了与土壤的接触面积，这是合理的系统接地的关键因素。如果它们之间是电气连接的，可以用三者的组合来增加接触面积。

图1-9　单点接地系统

了解土壤的阻抗特性有助于选择合适的接地系统。土壤的阻抗即单位体积的土壤(通常接近地面)对流过的电流的电阻，可以通过测量两个传导杆之间的阻抗估计。传导杆以规定的深度和距离插入土壤，土壤阻抗越低，它提供的接地越好。低阻抗的土壤(如湿土)可以迅速消散掉两点间积累的电压，从而提供较好的接地。高阻抗的土壤(如干沙)可能产生带破坏性的高电压或电流。接地系统和土地之间的阻抗应小于100Ω。土壤阻抗可能随季节发生变化。早春时节、冬季的雪融化之后估计的阻抗值可能反映不了雷雨季节的土壤情况。另外，如果塔架在干燥气候下接地不良，可能容易发生静电放电。如果有疑问，就用保守的方式，增加保护。

(一)数据采集器和传感器接地

雷电保护装置如放电器、高电压冲击保护器和金属氧化物压敏电阻应包括在数据采集器系统中以增强接地。作为风速计和风向标电路的一部分，它们的主要目的是在转移破坏性涌流电流时限制了允许到达被保护设备的尖峰涌浪电流。应调查每个数据采集器制造商提供的保护设备。在雷电多发区可能需要额外的保护设备。

(二)塔架接地

塔架上一定要安装雷电保护设备，并连接到地。一套雷电保护装备包括避雷针以及大尺寸非绝缘铜导线，该导线被称为下行导线，通过接地杆或环连接到地。避雷针应至少有一个点。

防护设备设计成能平衡土壤和塔顶空气之间的任何电势。防护设备使电子通过下行导体从土壤表面向上流动，再通过避雷针分散到周围空气中。