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[摘 要]本文运用理论联系实际的研究方法，结合其工作经验，论述空气自动监测站建设中，做好电气接地的安全措施，建好空气自动监测站防雷设施，及监测设备的远程预警保护。
[关键词]自动监测设备； 电气接地防雷； 设备预警保护
中图分类号：X8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0054-03
前言：随着现代环境监测技术的不断发展，环境空气质量监控已从局地控制向区域联防联控转变，已至实现全国联网监控，全国已有40多个重点城市的空气自动监测站实现了全国联网，可实时向市站、省站、国家总站传输监测数据。空气自动监测站在实时监测分析过程中，如何保证其有效、安全、正常的运行，是我们的一项重要工作任务。
一、空气自动监测站选址及电气安装
1.1 空气自动监测站房选址布局要求
空气自动监测系统是由中心计算机室、质量保证实验室、系统支持实验室、若干空气自动监测站或流动监测子站组成。空气自动监测站房选址安装应按照环境监测技术规范进行网络优化布点，根据城市规模、区域人口数量、经济建设的发展情况和要求来确定，能客观反映区域环境空气质量状况。监测站房周围50m范围内没有污染源及高大建筑物，站房面积为10～25m2，室内温度应控制在25℃±5℃，相对湿度在80%以下，采样口离地面高度为3～15m，{开放光程监测另有要求}。站房一般建在楼层顶部，且各监测站房位置的高度应保持一致。
1.2 空气自动监测站电气设备安装
站房电源进线为三相五线制，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管与电气设备接地相连接。监测站房应配置一台5KW或5KW以上电源稳压器。为了防止电噪声的相互干扰，站房采用30～40A三相四线供电分相使用，电源连接入室处应分别装有三个单相16A空气开关作为三相电源的总开关，并安装电源过压，过载和漏电自动保护装置及接地线。三相电源分配如下：
①A①A相配接5KW稳压电源（具有上电延时输出功能），稳压电源A①A相输出接2个3孔220V/16A电源插座，供仪器供电。
②B相配接5KW稳压电源，稳压电源B相输出接2个5孔220V/16A电源插座，供仪器和外置泵使用。
③C相用于空调机、照明和排风扇等，空调机应采用空调专用220V/16A电源插座，另外再接2个5孔220V/16A电源插座用于监测分析仪器安装施工及日常维护维修。在站房内供监测分析仪器及空调机使用的线路单股截面积不得小于4mm2，且所有室内走线采用PVC材料护线保护。保证工作人员操作时的人身安全及设备的运行安全。
二、空气自动监测站的接地及防雷保护
空气自动监测站一般都安装在楼层顶部，极易遭受雷电袭击。在实际运行过程中，自动监测站被雷击损坏的设备有：工控机、仪器主电路板、电源电路板，调制解调器、VPN-1200通讯器材等，甚至危及人身安全。我们必须做好接地及雷电防护工作。
2.1 自动监测站的接地
电气设备具有良好规范的电气接地，是保证仪器设备稳定运行及工作人员人身安全的主要措施之一。各种电子电气设备都以大地的电位为参考电位，为取得大地电位需要与大地连接，为此需要安装接地极用作与大地连接的金属导体，及其接线端子。 通过接地线的传导取得地电位，这就是我们常用的接地。
自动监测站机房设置局部等电位接地端子板，并用不小于16mm2的软铜线与楼层的等电位接地端子板相连，该等电位接地端子板作为机房的共用接地系统接地基准点，接地电阻值不大于4Ω。所有设备、机柜、进出机房的电缆的金属外皮、钢管防感应雷接地、工作地、保护地等均与此点相连接，进行等电位连接。除防雷接地外，其它接地均采用6mm2软铜线引至等电位接地端子板。
2.2 直击雷防护
本文对空气自动监测站采用单支（避雷针）接闪杆对直击雷防护进行探讨。
2.2.1确定接闪杆的高度
按照国家标准GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，第3.0.4条建筑物的防雷分类规定，空气自动监测站应划为第三类防雷建筑物。用“滚球法”来确定建筑物防雷接闪器的保护范围。
滚球法就是选择一个半径为hr的球体，沿需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只触及接闪器或接闪器与地面，而不触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。滚球半径是按建筑物防雷类别确定，三类防雷建筑物hr为60m。
当（避雷针）接闪杆高度h小于或等于hr时，（避雷针）接闪杆在被保护建筑物高度为hx平面上的保护半径可按下列计算式确定：
公式：— （2-1）
式中：rx——（避雷针）接闪杆在hx高度平面上的保护半径（m）
hr——滚球半径，第三类防雷建筑物hr为60 m（GB50057-2010）
hx——被保护物的高度（m）（例如采样管，切割器的高度）
h——（避雷针）接闪杆的高度
株洲市某一自动监测站的站房示意图（2—1）已知测量站房高度为2.96 m，切割器1、切割器2的高度均为1.94 m。切割器2与（避雷针）接闪杆的距离为2.32 m，女儿墙的避雷带与楼层顶部（基础）屋面的高度为1.2 m。现以女儿墙的避雷带高度作一个平面，用滚球法来计算（避雷针）接闪杆的高度h。
已rx=2.32 m hr=60 m hx=4.90-1.20=3.7 m
根据公式（2—1）2.32=—计算得：h 1≈4.61 m 再加上女儿墙避雷带的高度1.2 m，h=4.61+1.2=5.81 m 由此得知（避雷针）接闪杆在楼层顶部基础面的高度应大于5.81 m，由于基准面不是地面，计算方法得出的接闪杆高度仍会出现偏差，因此在计算结果基础上加一点裕量，取其为6.5 m。更准确的接闪杆高度可根据滚球法原理用作图法确定。 2.2.2 接闪杆的安装
在屋顶靠机房檐边处安装高6.5m的接闪杆。接闪杆利用楼层顶部接闪带进行接地，采用直径10mm圆钢进行可靠焊接，焊接时双面施焊、搭接长度为不小于6cm，焊接处作防腐处理。接闪杆冲击接地电阻值不大于30Ω。
2.3 机房配电及信号系统防雷
机房总配电箱处加装限压型电源电涌保器（以下简称：SPD），型号：DXH10-FB/4B120，标称放电电流（20/8μs）In=60kA，Up≤2.5kV安装数量1套。
稳压电源前端加装限压型SPD，型号：DXH10-FC/4R40，标称放电电流（8/20μs）In=20kA，Up≤2.0kV，安装数量：1套。
安装SPD，相线采用不小于6mm2软铜线，接地线采用不小于10mm2黄绿双色软铜线。当SPD间距小于5m时，其间还应增设退耦装置。
电话端口加装RJ11信号SPD，型号：QFL10-ARJ11/110，安装数量1套。信号避雷器地线采用4mm2软铜线与机柜等电位连接。
机柜末端加装3个防雷插座，其参数要求：标称放电电流（20/8μs）In≥5kA，Up≤1.0kV。电源插座地线采用2.5mm2软铜线与机柜做好等电位连接。（通过实验采取上述避雷措施后使空气自动监测站得到有力的保护）。
（三）建立自动监测设备的预警保护系统
环境空气自动监测站有完整的自动监测功能及数据传输功能，是无人值守，连续不间断地实时对空气中的污染因子进行采集、分析、输出监测数据。目前自动监测站暂无自动发送报警信息功能。在仪器设备运行的过程中有可能发生各种异常情况。比如：站房空调机损坏；倍增管制冷电路故障；冷却风扇损坏；采样电机损坏流量为零等等。当发生上述情况时，使监测分析仪的元器件温度升高，各种电流、电压参数发生改变。可能使监测数据与实际值产生偏差，甚至烧毁元器件或整台仪器设备。
我们应该建立仪器设备的自动预警保护系统。防止意外情况发生。
预警保护系统是以微处理器CPU为核心组成的预警保护装置。其自身应有完善的自检功能、检验和调试非常方便，只需要几种模式的工作方式，微机保护就能自动的检测各个部件，一旦发现异常情况，中央处理器CPU就会发出相应的警报信号，或将故障单元电源断开。如图（3—1）预警保护装置的硬件原理示意图。如图（3—2）预警保护装置工作流程图。
预警保护设备工作流程示意图
预警保护装置的硬件原理示意图（3—1）所示其功能如下：
①微机主系统包括微处理器（CPU），只读存储器（ROM）或闪存单元（FLASH）、随机存取存储器（RAM）、定时器、并行接口及串行接口等。微机执行存放在只读存储器中的程序，将数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理。
②数据采集单元包括模拟低通滤器（ALF）、采样保持电路（S/H），多路转换通信控制器（MPX）以及模数转换器（A/D）等功能块。模拟量输入系统主要功能是采集由被保护设备的电流、电压、温度输入的模拟信号，将此信号经过滤波处理，然后转换为所需的数字量。
③开关量输入/输出单元由并行接口，光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以完成各种保护功能的实现、信号指示及外部接点输入等工作。
④人机接口单元主要包括打印机、显示器、键盘、鼠标各种面板开关按钮等。其主要功能用于人机对话，如查询历史数据、实时数据、调试仪器设备、查看各项参数、额定值调整等。
⑤通讯接口单元向中心计算机平台传送各种数据、信息。实现计算机远程控制，及时向仪器检修管理人员发送实时信息及报警信号。
⑥电源部分，由稳压器提供稳定可靠的220V电压。计算机系统目前通常采用开关式逆变电源组件。
预警保护系统的工作过程可用图（3—2）所示的流程图来作说明。
①初始化：对硬件电路所设计的可编程并行接口进行初始化，按电路设计的输入和输出要求，设置每一个端口用作输入还是输出，设置基本参数。
②对装置的软、硬件进行一次全面的自检。包括RAM、FLASH或ROM，人机对话，定值显示和修改、通信以及报文发送等功能。
③读取所需电压、电流、温度、流量等参数信号，并将其保存在规定的RAM 或PLASH地址单元内，以备以后在自检循环时，不断监视各种信号输入是否有变化。
④空气自动监测站的数据采集传输系统有一套完整的运行程序和设备。预警保护装置获取各种参数信号，可采用两种方式：（a）采用监听的方式。（b）直接采集数据的方式。
⑤不断取样、输入数据，把输入的模拟信号转换为数字信号输入给微处理器，当几次计算结果是否超出或低于额定值，如果计算结果超出或低于额定值，即发出报警信号致中心计算机平台和检修、管理人员手机上。并发出断开故障单元电源的跳闸指令。
当仪器设备发生异常情况时，预警保护系统及时向中心站计算机平台，检修、管理人员手机发送预警信息，使设备检修、管理人员及时赶到现场进行处置、维修、校准。
结束语
环境空气自动监测站在建设应用中，我们必须及时获取科技技术新信息，提高自动监测技术的应用水平，加强自动监测仪器的精密度审核，准确度审核，加强仪器设备的日常检修、维护与校准。做好空气自动监测站的各项安全防范工作。
参考文献
[1] 《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T193—2005）.
[2] 中国环境科学出版社出版，2005年11月.
[3] 《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）2011年8月.
[4] 《现代供电技术》中国电力出版社出版，2011年8月.
[5] 《EC9800系统现场快速安装指南》先河环保科技股份有限公司，2009年8月.
[关键词]自动监测设备； 电气接地防雷； 设备预警保护
中图分类号：X8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）31-0054-03
前言：随着现代环境监测技术的不断发展，环境空气质量监控已从局地控制向区域联防联控转变，已至实现全国联网监控，全国已有40多个重点城市的空气自动监测站实现了全国联网，可实时向市站、省站、国家总站传输监测数据。空气自动监测站在实时监测分析过程中，如何保证其有效、安全、正常的运行，是我们的一项重要工作任务。
一、空气自动监测站选址及电气安装
1.1 空气自动监测站房选址布局要求
空气自动监测系统是由中心计算机室、质量保证实验室、系统支持实验室、若干空气自动监测站或流动监测子站组成。空气自动监测站房选址安装应按照环境监测技术规范进行网络优化布点，根据城市规模、区域人口数量、经济建设的发展情况和要求来确定，能客观反映区域环境空气质量状况。监测站房周围50m范围内没有污染源及高大建筑物，站房面积为10～25m2，室内温度应控制在25℃±5℃，相对湿度在80%以下，采样口离地面高度为3～15m，{开放光程监测另有要求}。站房一般建在楼层顶部，且各监测站房位置的高度应保持一致。
1.2 空气自动监测站电气设备安装
站房电源进线为三相五线制，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管与电气设备接地相连接。监测站房应配置一台5KW或5KW以上电源稳压器。为了防止电噪声的相互干扰，站房采用30～40A三相四线供电分相使用，电源连接入室处应分别装有三个单相16A空气开关作为三相电源的总开关，并安装电源过压，过载和漏电自动保护装置及接地线。三相电源分配如下：
①A①A相配接5KW稳压电源（具有上电延时输出功能），稳压电源A①A相输出接2个3孔220V/16A电源插座，供仪器供电。
②B相配接5KW稳压电源，稳压电源B相输出接2个5孔220V/16A电源插座，供仪器和外置泵使用。
③C相用于空调机、照明和排风扇等，空调机应采用空调专用220V/16A电源插座，另外再接2个5孔220V/16A电源插座用于监测分析仪器安装施工及日常维护维修。在站房内供监测分析仪器及空调机使用的线路单股截面积不得小于4mm2，且所有室内走线采用PVC材料护线保护。保证工作人员操作时的人身安全及设备的运行安全。
二、空气自动监测站的接地及防雷保护
空气自动监测站一般都安装在楼层顶部，极易遭受雷电袭击。在实际运行过程中，自动监测站被雷击损坏的设备有：工控机、仪器主电路板、电源电路板，调制解调器、VPN-1200通讯器材等，甚至危及人身安全。我们必须做好接地及雷电防护工作。
2.1 自动监测站的接地
电气设备具有良好规范的电气接地，是保证仪器设备稳定运行及工作人员人身安全的主要措施之一。各种电子电气设备都以大地的电位为参考电位，为取得大地电位需要与大地连接，为此需要安装接地极用作与大地连接的金属导体，及其接线端子。 通过接地线的传导取得地电位，这就是我们常用的接地。
自动监测站机房设置局部等电位接地端子板，并用不小于16mm2的软铜线与楼层的等电位接地端子板相连，该等电位接地端子板作为机房的共用接地系统接地基准点，接地电阻值不大于4Ω。所有设备、机柜、进出机房的电缆的金属外皮、钢管防感应雷接地、工作地、保护地等均与此点相连接，进行等电位连接。除防雷接地外，其它接地均采用6mm2软铜线引至等电位接地端子板。
2.2 直击雷防护
本文对空气自动监测站采用单支（避雷针）接闪杆对直击雷防护进行探讨。
2.2.1确定接闪杆的高度
按照国家标准GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，第3.0.4条建筑物的防雷分类规定，空气自动监测站应划为第三类防雷建筑物。用“滚球法”来确定建筑物防雷接闪器的保护范围。
滚球法就是选择一个半径为hr的球体，沿需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只触及接闪器或接闪器与地面，而不触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。滚球半径是按建筑物防雷类别确定，三类防雷建筑物hr为60m。
当（避雷针）接闪杆高度h小于或等于hr时，（避雷针）接闪杆在被保护建筑物高度为hx平面上的保护半径可按下列计算式确定：
公式：— （2-1）
式中：rx——（避雷针）接闪杆在hx高度平面上的保护半径（m）
hr——滚球半径，第三类防雷建筑物hr为60 m（GB50057-2010）
hx——被保护物的高度（m）（例如采样管，切割器的高度）
h——（避雷针）接闪杆的高度
株洲市某一自动监测站的站房示意图（2—1）已知测量站房高度为2.96 m，切割器1、切割器2的高度均为1.94 m。切割器2与（避雷针）接闪杆的距离为2.32 m，女儿墙的避雷带与楼层顶部（基础）屋面的高度为1.2 m。现以女儿墙的避雷带高度作一个平面，用滚球法来计算（避雷针）接闪杆的高度h。
已rx=2.32 m hr=60 m hx=4.90-1.20=3.7 m
根据公式（2—1）2.32=—计算得：h 1≈4.61 m 再加上女儿墙避雷带的高度1.2 m，h=4.61+1.2=5.81 m 由此得知（避雷针）接闪杆在楼层顶部基础面的高度应大于5.81 m，由于基准面不是地面，计算方法得出的接闪杆高度仍会出现偏差，因此在计算结果基础上加一点裕量，取其为6.5 m。更准确的接闪杆高度可根据滚球法原理用作图法确定。 2.2.2 接闪杆的安装
在屋顶靠机房檐边处安装高6.5m的接闪杆。接闪杆利用楼层顶部接闪带进行接地，采用直径10mm圆钢进行可靠焊接，焊接时双面施焊、搭接长度为不小于6cm，焊接处作防腐处理。接闪杆冲击接地电阻值不大于30Ω。
2.3 机房配电及信号系统防雷
机房总配电箱处加装限压型电源电涌保器（以下简称：SPD），型号：DXH10-FB/4B120，标称放电电流（20/8μs）In=60kA，Up≤2.5kV安装数量1套。
稳压电源前端加装限压型SPD，型号：DXH10-FC/4R40，标称放电电流（8/20μs）In=20kA，Up≤2.0kV，安装数量：1套。
安装SPD，相线采用不小于6mm2软铜线，接地线采用不小于10mm2黄绿双色软铜线。当SPD间距小于5m时，其间还应增设退耦装置。
电话端口加装RJ11信号SPD，型号：QFL10-ARJ11/110，安装数量1套。信号避雷器地线采用4mm2软铜线与机柜等电位连接。
机柜末端加装3个防雷插座，其参数要求：标称放电电流（20/8μs）In≥5kA，Up≤1.0kV。电源插座地线采用2.5mm2软铜线与机柜做好等电位连接。（通过实验采取上述避雷措施后使空气自动监测站得到有力的保护）。
（三）建立自动监测设备的预警保护系统
环境空气自动监测站有完整的自动监测功能及数据传输功能，是无人值守，连续不间断地实时对空气中的污染因子进行采集、分析、输出监测数据。目前自动监测站暂无自动发送报警信息功能。在仪器设备运行的过程中有可能发生各种异常情况。比如：站房空调机损坏；倍增管制冷电路故障；冷却风扇损坏；采样电机损坏流量为零等等。当发生上述情况时，使监测分析仪的元器件温度升高，各种电流、电压参数发生改变。可能使监测数据与实际值产生偏差，甚至烧毁元器件或整台仪器设备。
我们应该建立仪器设备的自动预警保护系统。防止意外情况发生。
预警保护系统是以微处理器CPU为核心组成的预警保护装置。其自身应有完善的自检功能、检验和调试非常方便，只需要几种模式的工作方式，微机保护就能自动的检测各个部件，一旦发现异常情况，中央处理器CPU就会发出相应的警报信号，或将故障单元电源断开。如图（3—1）预警保护装置的硬件原理示意图。如图（3—2）预警保护装置工作流程图。
预警保护设备工作流程示意图
预警保护装置的硬件原理示意图（3—1）所示其功能如下：
①微机主系统包括微处理器（CPU），只读存储器（ROM）或闪存单元（FLASH）、随机存取存储器（RAM）、定时器、并行接口及串行接口等。微机执行存放在只读存储器中的程序，将数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理。
②数据采集单元包括模拟低通滤器（ALF）、采样保持电路（S/H），多路转换通信控制器（MPX）以及模数转换器（A/D）等功能块。模拟量输入系统主要功能是采集由被保护设备的电流、电压、温度输入的模拟信号，将此信号经过滤波处理，然后转换为所需的数字量。
③开关量输入/输出单元由并行接口，光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以完成各种保护功能的实现、信号指示及外部接点输入等工作。
④人机接口单元主要包括打印机、显示器、键盘、鼠标各种面板开关按钮等。其主要功能用于人机对话，如查询历史数据、实时数据、调试仪器设备、查看各项参数、额定值调整等。
⑤通讯接口单元向中心计算机平台传送各种数据、信息。实现计算机远程控制，及时向仪器检修管理人员发送实时信息及报警信号。
⑥电源部分，由稳压器提供稳定可靠的220V电压。计算机系统目前通常采用开关式逆变电源组件。
预警保护系统的工作过程可用图（3—2）所示的流程图来作说明。
①初始化：对硬件电路所设计的可编程并行接口进行初始化，按电路设计的输入和输出要求，设置每一个端口用作输入还是输出，设置基本参数。
②对装置的软、硬件进行一次全面的自检。包括RAM、FLASH或ROM，人机对话，定值显示和修改、通信以及报文发送等功能。
③读取所需电压、电流、温度、流量等参数信号，并将其保存在规定的RAM 或PLASH地址单元内，以备以后在自检循环时，不断监视各种信号输入是否有变化。
④空气自动监测站的数据采集传输系统有一套完整的运行程序和设备。预警保护装置获取各种参数信号，可采用两种方式：（a）采用监听的方式。（b）直接采集数据的方式。
⑤不断取样、输入数据，把输入的模拟信号转换为数字信号输入给微处理器，当几次计算结果是否超出或低于额定值，如果计算结果超出或低于额定值，即发出报警信号致中心计算机平台和检修、管理人员手机上。并发出断开故障单元电源的跳闸指令。
当仪器设备发生异常情况时，预警保护系统及时向中心站计算机平台，检修、管理人员手机发送预警信息，使设备检修、管理人员及时赶到现场进行处置、维修、校准。
结束语
环境空气自动监测站在建设应用中，我们必须及时获取科技技术新信息，提高自动监测技术的应用水平，加强自动监测仪器的精密度审核，准确度审核，加强仪器设备的日常检修、维护与校准。做好空气自动监测站的各项安全防范工作。
参考文献
[1] 《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T193—2005）.
[2] 中国环境科学出版社出版，2005年11月.
[3] 《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）2011年8月.
[4] 《现代供电技术》中国电力出版社出版，2011年8月.
[5] 《EC9800系统现场快速安装指南》先河环保科技股份有限公司，2009年8月.