淺談電氣自動控制系統(tǒng)的防雷問題

【摘要】自動控制系統(tǒng)的防雷問題近年受到越來越多的重視。隨著防雷意識的逐步提高，必須對目前行業(yè)中存在的各種不規(guī)范甚至錯誤的防雷方式、方法作出正確引導(dǎo)，才能真正起到防患于未然的有效作用?，F(xiàn)就防雷體系中的幾項關(guān)鍵措施作出分析和說明。

【關(guān)鍵詞】接地；等電位連接；電磁封鎖；浪涌保護(hù)器

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)自動化控制系統(tǒng)不斷向多功能、復(fù)雜化、大型化的方向演變，各種電子設(shè)備及微電子設(shè)備得到廣泛應(yīng)用，各種現(xiàn)場儀器儀表的精密度在不斷提高，此類設(shè)備一般工作電壓低、耐壓水平低、敏感性高、抗干擾能力低，因而極易受到雷電電流脈沖的危害，每年都會直接或間接地造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對企業(yè)而言，輕則導(dǎo)致儀表的損壞，重則使生產(chǎn)流程受到嚴(yán)重影響甚至癱瘓，直接影響整個企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益。近年來，人們對于雷害的認(rèn)識在不斷上升，在注意防范直擊雷的同時，更多的關(guān)注已經(jīng)投入到如何有效防止感應(yīng)雷造成的損害這一課題上。

1.瞬間過電壓對電子設(shè)備的危害

瞬間過電壓使電子設(shè)備訊號或數(shù)據(jù)的傳輸與存儲都受到干擾甚至丟失，致使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動作或暫時癱瘓重復(fù)影響會降低電子設(shè)備壽命甚至立即燒毀元器件及設(shè)備。這一切都會給生產(chǎn)和工作帶來較大損失。

2.自動控制系統(tǒng)的防雷及防電涌保護(hù)

現(xiàn)代防雷是一個系統(tǒng)工程，包括接閃、分流、均壓(等電位連接)、接地、電磁封鎖、合理布線、合理安裝浪涌保護(hù)器(SPD)等措施。隨著現(xiàn)代防雷理論的不斷深入，以上名詞解釋在不少文獻(xiàn)上都可以查找得到，這里著重就接地、均壓(等電位連接)、電磁封鎖、合理安裝SPD等幾個方面進(jìn)行探討。

2.1合理接地

防雷工程的關(guān)鍵在于接地，長久以來的觀點認(rèn)為接地關(guān)鍵在于接地電阻的大小，接地電阻值越小，對雷電流的泄放能力就越強(qiáng)，被雷擊物高電位保持時間越短，因此危險性也就越小。防雷的最終措施是“泄放”，因而對“接地”切不可輕心。接地主要有建筑物接地、配電系統(tǒng)及強(qiáng)電設(shè)備接地、計算機(jī)自控系統(tǒng)接地。如這三種接地配置不合理，極易在雷擊時通過接地網(wǎng)對自控系統(tǒng)造成雷擊。

計算機(jī)自控系統(tǒng)是一個特殊用電系統(tǒng)，其接地電阻應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)工作地（小于4Ω），直流工作地（信號屏蔽地、邏輯地等小于2Ω），安全保護(hù)地（小于4Ω）。地網(wǎng)分開設(shè)置時應(yīng)注意避免地網(wǎng)之間的閃絡(luò)。雷擊時，會在地網(wǎng)及附近導(dǎo)體中產(chǎn)生很高電位。所以，地網(wǎng)之間的距離當(dāng)涉及自控系統(tǒng)接地時應(yīng)大于10m。在接地線引入室內(nèi)時，若與其它地網(wǎng)距離太近，可局部采取既絕緣又屏蔽的措施。

2.2電磁封鎖

中國一直以來對儀表線纜的敷設(shè)有過不少的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但較少顧及防雷的問題。原則上要求單端接地，另一端懸空。這是為了防止因地電位差產(chǎn)生的靜電感應(yīng)(電容性耦合)會對儀表傳輸信號產(chǎn)生噪聲和干擾，以致傳輸信號失真。但是對于防雷工程來說，單端接地是不能預(yù)防電感性耦合產(chǎn)生的電磁干擾，更阻擋不了雷電波的侵入。這就提出一個問題，如何在保證檢測信號不受損害的情況下有效地防雷?應(yīng)采用有絕緣隔開的雙層屏蔽，外屏蔽層應(yīng)至少在兩端做等電位連接。這一條規(guī)定很好地詮釋了兩者之間看似矛盾的概念。

雷擊時，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)體附近產(chǎn)生一干擾磁場;外屏蔽層與地之間，或與其他同樣做了等電位連接的導(dǎo)體之間構(gòu)成環(huán)路，感應(yīng)出一電流。根據(jù)右手螺旋定則，該感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場將抵消(或部分抵消)掉源干擾磁場的磁通，從而抑制(或部分抑制)無外屏蔽層時由于電感耦合而產(chǎn)生的電壓，防止雷電波的入侵。

實現(xiàn)雙層屏蔽，應(yīng)采用鎧裝電纜或帶金屬屏蔽層的電纜，穿金屬保護(hù)管埋地(或架空)敷設(shè)，并保證兩端可靠接地。在進(jìn)出建筑物、管道交叉、分支處均應(yīng)可靠接地，對于長直管道，應(yīng)每隔25～30m接地一次，防止因距離過長引起的地電位差變化幅度過大。

2.3合理安裝SPD

SPD的作用是把因雷電感應(yīng)而竄入電力線、信號傳輸線的瞬態(tài)過電壓限制在一定的范圍內(nèi)，保證用電設(shè)備不被擊穿。加裝SPD可把電器設(shè)備實際承受的電壓限制在允許范圍內(nèi)，以起到保護(hù)設(shè)備的作用。

根據(jù)被保護(hù)的設(shè)備供電系統(tǒng)類型和電源電壓，選擇不同防護(hù)結(jié)構(gòu)的SPD。檢驗其限流能力的標(biāo)準(zhǔn)是使用10/350μs與8/20μs的雷電流波形。前者是指閃電直接擊在建筑物附近，以及閃電直接擊在引入建筑物的電源線路上或該段電源線路附近時使用的波形;后者是檢驗雷電電磁脈沖使用的波形。

根據(jù)被保護(hù)的設(shè)備、SPD安裝處雷擊情況及所在的防雷區(qū)域，應(yīng)該在各防雷分區(qū)處分級安裝SPD，逐步減少瞬態(tài)浪涌電流/電壓值，最后1級將浪涌電壓限制在設(shè)備能安全承受的范圍內(nèi)。第1級SPD應(yīng)盡量靠近建筑物電源進(jìn)線處，Imax(最大放電電流)應(yīng)大于100kA(8/20μs)，殘壓限制在1.5～1.8kV;第2級SPD應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備，Imax應(yīng)大于40kA(8/20μs)，殘壓限制在0.9～1.2kV;第3級SPD盡量靠近被保護(hù)設(shè)備，Imax應(yīng)大于15kA(8/20μs)，殘壓限制在0.1～0.4kV。一般電子元件都可以承受2倍其額定電壓以上的瞬時過電壓，通過這三級對浪涌電流的泄放以及限壓，最后加載在設(shè)備上的過電壓一般都不會對設(shè)備造成影響。

對于自動控制系統(tǒng)的防雷，主要是指第2，3級的防雷?？刂剖乙话愣紩鞯入娢贿B接，為防強(qiáng)磁場干擾，部分控制室更會以金屬格柵或鋼筋圍繞，形成一個法拉第籠。在進(jìn)出控制室處(即雷電防護(hù)區(qū)LPZ分區(qū)處)的線路上安裝SPD，以防止浪涌電流進(jìn)入控制室。DCS，PLC等設(shè)備與現(xiàn)場儀表之間，儀表設(shè)備配電盤之前，均應(yīng)安裝SPD，所有儀表供電應(yīng)引自同一個受到SPD保護(hù)的配電盤。相比之下，室外儀表更易受到雷擊時的電磁干擾，尤其對于建在無遮擋的野外的大型庫區(qū)、水處理場等工業(yè)設(shè)施，儀表重要性較高，需連續(xù)生產(chǎn)，不易更換，因此應(yīng)加裝SPD。

3.結(jié)束語

近年來關(guān)于防雷工程的各種書藉、雜志紛紛涌現(xiàn)，相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)也在不斷更新。對于防雷工程的方式方法要在實踐中繼續(xù)摸索前進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)有理論使防雷工作不斷完善!踏前人之基石，創(chuàng)后世之豐碑!

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