408、428采集站接地的改进

(地震数据采集器折叠直插式接地桩)

1 自然界的雷电及对地震仪器的影响

雷电分为两种:直击雷及感应雷。

(1) 直击雷产生的电压称为直击雷过电压, 也称之为传导过电压。架空线路直接遭受雷击后, 高压冲击波形成的过电压沿线路传播损坏设备称为传导过电压。传导过电压会导致设备与大地间的绝缘损坏。

(2) 感应雷产生的电压称为感应过电压或称为雷电电磁脉冲。由于雷电是高频脉冲电流, 雷击点附近的线路由于电磁感应会产生脉冲浪涌。脉冲浪涌通过线路侵入设备系统, 会造成设备失灵或永久性损坏。此外, 雷电流流入大地时, 由于存在散流电阻, 该区域不同地点会有不同的电位, 即使在很短的距离内, 都会产生电位差, 这在低压配电装置中也会产生过电压。

目前用于石油勘探领域的地震勘探的采集设备, 在野外进行二维施工时所连接的地震电缆长度可达6~12km, 而在三维施工时铺设的电缆覆盖面积在10~20km 2, 总长度达50多公里。这样的电缆长度就使得地震电缆成为拾取空间各种电磁干扰和电磁感应的良好天线。同时由于地震勘探施工地区较为复杂 (如森林、平原、山地) , 因此极易遭受雷电袭击。

2 现代仪器设备防雷技术与改进方法

现在的野外地震采集的设备都是集成化、小型化。而这样的结果是导致各种电子设备的耐过压、耐过流和抗雷电电磁脉冲的能力大大降低。另一方面, 在野外生产中, 我们的采集设备十分庞大, 就像一个天网, 这也增加了其受雷击的几率。Sercel 400

川庆物探公司使用的是法国Sercel公司400系列有线遥测地震仪器采集系统, 因为其体积小、重量轻、功耗低, 所以非常适合于复杂的野外地震资料采集施工。目前我们公司使用的408和428采集站设备防雷设计, 主要采用传统的三级陶瓷气体放电管进行泄放雷电流 (见图1) , 由图1可以看出, 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安装不锈钢板相接, 而安装的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, 螺钉与大地相联。当采集设备遭到雷击, 雷电压超过气体放电管放电电压时, 气体放电管通过地瞬间导通, 起到避雷作用。

该设计也有其优缺点。

(1) 优点:结构简单, 占有空间较小。

(2) 缺点:1) FDU接地螺钉接地不良。由于采集站上部是检波器插座, 在使用时, 当插上检波器插头后, 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, 因此卡子和螺钉接地不良或未能接地。显然在遇到雷电袭击时放电管起不到应有的作用, 强大的雷电流直接击毁采集设备输入接口及电源电路。

2) 当采集电缆通过强磁场区域 (如高压变电站) 时造成串感, 直接影响采集资料的品质

采集设备合理的接地, 增加采集站与大地接触面, 降低接地电阻, 增大放电管泄放电流。

从现有设计接地金属片看, 如图:

从原有的设计布局看, 采集站接地片靠地面摆放, 接地面积约大, 而当采集站一般侧面倒置, 加上地表是颗粒状石子或泥土, 这样接地点更不好或没接触到地。特别是在北方地面干燥, 使得采集站接地更加虚弱, 即使释放静电也不可能, 在平原大坝一旦有雷电, 很容易造成采集站损坏。

3 改进方案与原理

针对目前采集站的接地卡子和野外施工特点, 设计一种全新的接地桩, 即地震数据采集器折叠直插式接地桩。如图:

在联结板 (5) 的一端设有销套 (2) , 一插板 (1) 的一端通过一销 (3) 与联结板的销套端连接, 联结板的近销套端两侧设有采集器端部固定槽 (4) , 联结板的另一端两侧设有与插板宽度相对应的插板折叠固定槽 (8) , 联结板的近插板折叠固定槽处设有一孔, 一螺钉 (6) 通过孔固定采集器铁皮 (7) 。

根据地面情况可改变插地金属片长度图, 固定金属片长度不变。

为了克服现有的 (408、428) 采集站接地不充分, 以及 (408、428) 在野外使用时, 面对阳光直射壳体内部温度不断上升, 对电子元件的性能造成不稳定, 本实用新型折叠直插地式接地桩, 是在不改变原来结构的情况下, 安装在原来的接地螺丝上。加装了折叠直插地式接地桩后, 能够让 (408、428) 采集站直接接触到地面以下导电好的湿润土壤里面。其次再与地接触充分后, 对 (408、428) 采集站壳体内部的温度有更好的散热作用。因为壳体内部空间内的空气通过内部金属接地螺钉, 能够很快地通过接地金属片对大地散热, 另外, 再将折叠直插式接地桩在插入地面后, 可以与 (408、428) 采集站壳体面形成一定的夹角, 这样在 (408、428) 采集站壳体与地面之间就有了空气流动, 也促使快速采集站的散热作用。

如在遇到石头或者水泥不容易插入的地面时, 可将泥土用水湿润与地面堆成小堆并夯实泥土, 再将接地端插入。这样 (408、428) 采集站通过原来的接地金属片与折叠直插式接地桩金属片相连及就与大地紧密接触, 从而达到与大地实际真实的接触了。其次, 才插入地面以下后, 可以刻意留出 (408、428) 采集站壳体与地面2-3厘米距离, 当阳光直射到 (408、428) 采集站时, 面对阳光的一面为检波器接口的塑料一面, 而接地的金属片是永远朝下, 就背对阳光的直射的一面, 当壳体内部温度上升后, 内部温度通过采集站内部接地金属片的传导作用, 把 (408、428) 壳体内部热能传导到壳体外面金属片上, 达到散热第一步。第二如果壳体与地面有一定的夹角, 这样势必在采集站壳体与地面就形成了一定的空隙, 在外空隙之间就有空气流动, 从而也达到了带走金属片上的热量作用, 达到对采集站降温效果。也就有效的保护了 (408、428) 采集站电子元件壳体内部工作稳定效果。

当雷电脉冲作用到采集站上时, 也就通过了接地金属片对大地卸流的作用, 从而保护了 (408、428) 设备。折叠直插式接地桩设计可以随施工地区地面干燥的泥土深度不一, 也可以将折叠直插式接地桩的接地端金属片适当加长到120mm左右, 而不超出采集站壳体接线板长度即可。这样接地金属片就有效地与地面以下湿润的泥土接触, 从而到达与大地接触良好的效果。

4 效果

本实用新型折叠直插式接地桩达到的效果:一是解决了 (408、428) 采集站在地面干燥, 地区和多雷电地区进行野外施工时对地接触不良的问题;二是解决了 (408、428) 采集站在野外阳光直射的情况下, 壳体内部温度散热问题, 从而起到保护电子原件的作用;三是安装方便 (即不改动原采集站的设计要求) , 不影响拆卸维修采集站, 即可以在408上面使用, 又可以428上面使用;四是在野外施工中具有能重复使用、方便快捷、收放自如等特点。

摘要：随着电子技术的发展, 用于地震勘探的采集设备的接收道数越来越多, 对野外采集资料越来越高, 地震仪器采集系统的雷电防护和天地之间的电磁感应也显得日益重要。通过对现代电子设备系统综合防雷技术和地震勘探采集设备施工特点的分析, 地震仪器采集系统在防雷措施方面存在的问题, 提出了一些改进的建议及措施。目前我们公司地震勘探仪器的带道能力也由原来的十几道扩展到现在的上千, 上万道;而我们的地震勘探区域也遍布四川的山地、丛林、和新疆内蒙的等平原高山地区。以微电子技术为基础的采集设备因其集成度高、工作电压低、运算速度快, 而使其耐过电压、过电流和抗雷电 (电磁脉冲) 的能力差, 极易遭受雷电的危害, 。且雷电电磁脉冲严重影响了野外地震资料和采集设备的安全。2016年第一采集工程队, 在长宁项目施工中, 雷击就造成多个FDU采集站损坏。因此, 雷电电磁脉冲的防范已成为地震勘探中需要解决的一个问题。

关键词：雷电防护雷电压,408XL,428XL,采集站,FDU,接地接地桩,地震资料采集器,折叠直插

参考文献

[1] 物探装备2期《浅谈408XL仪器采集系统的雷电防护》张留争2005.6

[2] 增加一段第一作者简介 (姓名, 毕业学校及时间, 目前从事的工作及典型工作业绩)