400系列采集链防雷技术研究

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[摘 要]雷电对采集设备的损坏是无法估量的，因此提升地震仪器的防雷能力就显得非常重要。本文通过对雷电的入侵途径和现有防雷技术的分析，针对400系列采集链在防雷措施方面存在的问题，提出了一些改进办法，研制了防雷装置，提高了地震仪器采集设备的防雷能力。

[关键词]雷击；防雷技术；接地线；防雷器

中图分类号：TG363 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

0 引言

随着勘探规模的扩大，生产区域由平原转入山地、丛林、沼泽等复杂地区，恶劣的天气也对采集设备造成很大的伤害，特别是雷电的伤害，为此，我们有必要对采集设备的雷电防护进行研究，有效提高地震仪器的防雷击能力，减少设备的损失，从而提高地震采集生产效益。

1 400系列采集链防雷技术研究

400系列采集链主要由数传电缆、采集站组成，其中采集站是核心部分。采集站主要由大线插头、电源电路、模数转换电路、接口电路、数据通讯电路、EEPROM六部分组成。具体的工作流程是：采集站首先接收来自电源站或交叉站的命令，将检波器拾取的模拟信号换成数字信号，并完成第一级滤波，再将数字信号经由数传电缆传送到下一个电源站或交叉站。

400系列数传电缆由两对双绞线组成的标准四芯线构成。A、C到D、B和B、D到C、A两对双绞线用于传输数字信号，传输方向总是从B、D到C、A，传输极性总是B、C为正，D、A为负。

1.1 雷电对采集链的入侵形式

1.1.1 雷电通过数传电缆侵入采集链

当排列上的采集链遭到雷击后，雷电产生的高压或电磁脉通过数传电缆传入采集站的输入变压器上，由于该雷电电压远远大于变压器所能承受的电压，将其瞬间烧毁，烧毁的变压器产生的高温将电路板烧焦。经分析我们知道该变压器和采集链中的4根传输线相连，因此判定雷电大部分是通过数传线侵入采集站而导致采集站损坏。

1.1.2 雷击通过检波器串侵入采集站

在野外受到雷击时，采集站通过检波器串接收的输入电压瞬时值远远大于采集站额定值，该输入信号加到模拟电路的前放和ADC数模转换模块，导致电路板受损。此类采集站的电路板无明显的过电流现象，只是在模拟电路和ADC数模转换模块对应外壳部分出现一个黑点，电路板侧面有轻微的开裂。因此可以判断雷电是通过排列上的小线检波器侵入采集站的。

1.2 目前防雷击技术及其缺陷

400系列采集链现有的防雷击技术主要包括以下几个方面：

①、在采集站对外通道上采用陶瓷气体放电管进行泄放雷电流，在检波器的输入端和每对传输电缆的输入端接有气体放电管。气体放电管的地通过采集站的印刷板地与不锈钢板相接，而不锈钢板与塑料外壳上的不锈钢卡子

和螺钉相联，当采集站直立放置时，螺帽与大地相联。当采集设备遭到雷击时，雷电压超过气体放电管放电电压，气体放电管通过地瞬间导通，起到避雷作用。

②、野外采集单元大多采用塑料外壳，以专门的尾椎接地作为雷电的入地泄放通道；这种专用的接地尾锥在实际使用过程中极不方便，容易划伤施工人员和采集链。

在使用的过程中发现，采集设备原有的防雷电路在雷电发生时却不能产生相应的防雷效果，分析发现原因有以下三点：

③、采集站的实际接地效果不好。当采集站接入检波器串后，在高处的插头以及线的重量使得排列上的采集站大部分呈侧向放置，因此底部的螺钉接地不良或未能接地。

④、防雷泄电器件的技术参数过低。400系列仪器配置放电管的直流启动电压为230V，响应时间长达25μs。而雷电流在11μs时达到峰值，25μs的响应时间对电子设备来说基本起不到保护作用。

⑤、防雷器件泄放雷电流是有次数限制的，防雷器件多次泄放雷电流之后，器件的性能就将变差而基本不再起作用。

2 400系列采集设备防雷装置研制

2.1 接地线的研制

防雷的基本途径就是要提供一条雷电流对地泄放的路径，而不能让其

随意选择放电通道。在复杂山区施工时，遇到溪流或沟壑常常需要把采集链架起，远离地面，为了保证采集设备良好的接地，决定人为的给采集链加上接地线。接地线由垫片、延长线及锥形铜棒组成，在延长线的选材上采用了电气性能好、导电性能稳定的铜芯线。接地线保证施工中的采集站在任何状态下都有很高的接地概率，而且，线状结构比较柔软，收放方便，不会损伤采集链，并且该设计在安装过程中不破坏400系列采集链的结构和防水等性能。

2.2 防雷器的研制

（1）设计原理

采集链主要受到两个方面雷击电流的伤害：检波器感应的雷电流和通过数传电缆感应的雷电流。因为地震检波器的线圈对电磁场非常敏感，所以我们设计在检波器接入采集站的信号输入端并联一个防雷器的方式，来增加一个雷电流的泻放路径。

（2）研制过程

考虑到浪涌电压对电子元件的损坏，该防雷器主要是是由一个启动电压230V，响应时间7μs的放电管和浪涌保护器组成，使用检波器的外壳对防雷器进行封装，检波器串信号线的两端分别与放电管的两端连接，放电管的地线地线则与检波器的尾锥相连。这样做的目的就是在使用该防雷装置的时候仅仅把装有放电管的单只“检波器”并联在检波器上即可，单只检波器像普通检波器一样接在小线夹子上，这样的设计还有一个优点就是不仅可以在400系列仪器上使用，也可以不做任何改动的在其他类型仪器上使用，达到防止雷电从检波器传入采集站的目的。

（3）测试试验

使用SMT-300检波器测试仪对并入防雷器的检波器参数进行指标测试。分别进行3次测试，测试结果如表1

表1 实验数据

从测试结果来看，并入防雷器后，检波器的各项指标都没有变化，证明检波器串加入防雷器后，不影响检波器的指标，理论上也不会影响检波器的接收，实际使用中对接收数据的影响好需要在野外生产中进行检验。

参考文献

[1] Sercel 公司.408UL reference training guide. 2005

[2] Sercel 公司.408UL 用户手册.2004