論水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的接地和防雷

摘要：最近幾年，我國水泥廠電氣自動化水平已經(jīng)有了顯著提高，電氣自動化系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為水泥廠的重要組成部分，它對水泥廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有很重要的作用。本文通過分析水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的接地與防雷技術(shù)，進(jìn)一步完善和優(yōu)化水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，提高水泥廠的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：水泥廠；電氣自動化；接地和防雷

水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的接地與防雷對整個水泥廠自動化系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性具有十分重要的作用。但由于水泥廠各電氣室、中央控制樓與高大建筑物（如窯尾塔架、窯頭、均化庫、水泥庫及水泥磨等）距離很近，在實(shí)際施工的過程中，各種接地裝置很難被區(qū)分開，這使水泥廠的電氣自動化系統(tǒng)非常容易遭受雷電流的侵害，嚴(yán)重影響了水泥廠的正常運(yùn)行，而解決這一問題主要有兩種方式：一是采用設(shè)置全廠共用一個接地網(wǎng)方式；二是采用設(shè)置全廠共用二個接地網(wǎng)方式。一般都采用前者。

一、水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的接地系統(tǒng)

1.接地裝置的構(gòu)成

通常情況下，水泥廠的接地裝置由接地導(dǎo)體（接地線）和接地極組成。接地導(dǎo)體是水泥廠電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備的接地端子和接地極之間的金屬導(dǎo)體；接地極是一種金屬導(dǎo)體及導(dǎo)電模塊，它被直接埋入地中和土地緊密接觸。水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的接地系統(tǒng)需要構(gòu)建自動化系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)。供配電安全系統(tǒng)以及建筑防雷系統(tǒng)等的接地和防雷系統(tǒng)，使整個水泥廠的人工接地體和自然接地體組成一個聯(lián)合接地系統(tǒng)。

2. 水泥廠內(nèi)需要接地的系統(tǒng)

在水泥廠內(nèi)，10kv及以上供配電安全系統(tǒng)、低壓供配電系統(tǒng)的工作及安全系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)等的防雷及接地系統(tǒng)都需要設(shè)置接地系統(tǒng)?？梢圆捎脤⑷珡S的自然接地體和人工接地體構(gòu)成一個聯(lián)合接地系統(tǒng)。一般在電氣室、變電站及中央控制樓周圍設(shè)置人工接地體，人工接地體裝置沿建筑物構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，用接地線將各個人工接地環(huán)網(wǎng)多點(diǎn)連接成聯(lián)合接地系統(tǒng)。

值得注意的是：在這個聯(lián)合接地系統(tǒng)中，即使人工接地體之間的某一條接地線斷開，也不會影響聯(lián)合接地系統(tǒng)的運(yùn)行。但當(dāng)不同用途接地系統(tǒng)共用一個總的接地裝置時，接地電阻應(yīng)滿足一般干法水泥廠工頻電阻小于1歐姆的要求，同時也不能大于4歐姆。

由于上述各類系統(tǒng)都是通過等電位接地端子板與接地網(wǎng)連接的，為了保障水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，要盡量消除接地板上的電位偏移。這就要求自動化專業(yè)設(shè)計人員在進(jìn)行強(qiáng)電時，采用TN-S配電系統(tǒng)，將PE線與N線分開，防止N線的不平衡電流流向總接地端子，將N母排的低壓配電柜和變壓器中性點(diǎn)連接，消除接地端子的電位偏移，提高電氣自動化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

二、水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的防雷系統(tǒng)

水泥廠電氣自動化系統(tǒng)主要由各類電子器件構(gòu)成，其抗電磁脈沖、過電流和過電壓的能力較弱，一旦電氣自動化系統(tǒng)遭 受雷擊，會嚴(yán)重?fù)p壞電子器件，導(dǎo)致整個水泥廠運(yùn)行中止。因此，要重視對水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的防雷設(shè)計。

1.外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置的設(shè)計

防雷裝置可分為外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置，外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成，是常規(guī)的避雷裝置，主要作用是防直擊雷。而內(nèi)部防雷裝置主要是用于減小和防止雷電流在需防空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，減少建筑物內(nèi)的雷電波侵人和雷電波所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害所采用的防雷措施，即防止感應(yīng)雷的侵入。

設(shè)計人員往往重視防直擊雷的設(shè)計，而忽略防雷電波侵人和雷電電磁脈沖感應(yīng)的設(shè)計，但雷電波侵人和雷電電磁脈沖感應(yīng)侵入建筑物內(nèi)，威脅人員和設(shè)備安全的二次雷害已日益嚴(yán)重起來，對于局外人來說，他們只是做些局部修理就完事了。面對這種挑戰(zhàn)，必須在注重防外部直接雷的同時，進(jìn)行有效的內(nèi)部二次雷害的防范。而內(nèi)部防雷裝置一般是通過建筑物的等電位聯(lián)結(jié)，采用公共接地系統(tǒng)，對于電子、計算機(jī)設(shè)備房間，要輔以屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護(hù)器等措施，這樣便可獲得較好的內(nèi)部防雷效果。

2.配電回路防雷設(shè)計

在水泥廠的日常運(yùn)行過程中，雷電很容易通過電源進(jìn)線侵害電氣自動化系統(tǒng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。水泥廠的供配電系統(tǒng)一般是由三級電壓構(gòu)成：110kV（35kV）/10kV（6kV）/0.4kV（0.23kV）。第二級和第三級供電線路都采用電纜敷設(shè)，受到直擊雷侵害的幾率極低。而 第一級供電線路主要為架空線路，遭受直擊雷侵害的幾率較大，在被直擊雷擊中后，雷電流將沿線路入侵，經(jīng)過變壓器耦合到低壓線路，通過電氣自動化設(shè)備和電源線路，從而損壞計算機(jī)系統(tǒng)或者儀表。

針對110kV（35kV） 架空線路的供配電系統(tǒng)，必須要做好防雷設(shè)計，加強(qiáng)雷電防護(hù)。電氣自動化系統(tǒng)的電源系統(tǒng)必須采用三級雷電防護(hù)：（1）在水泥廠供配電室的電氣自動化設(shè)備高壓端安裝通容量盡可能大的防雷裝置；（2）在低壓配電裝置的進(jìn)線位置安裝閥型防雷器；（3）在配電箱出口回路位置安裝防浪涌裝置。同時，也可以根據(jù)水泥廠的實(shí)際情況采取多級防護(hù)措施。

當(dāng)然，外界信號系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)線也是雷電流流入的一大途徑，也會破壞電氣自動化系統(tǒng)。但由于外界信號系統(tǒng)與水泥廠的運(yùn)行直接聯(lián)系較少，并且外界信號系統(tǒng)多采用光纜線路，可以有效地防止雷電流侵害，因此這種情況可以不予考慮。

3. 水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的其他防雷措施

為進(jìn)一步提高水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，除了對電氣自動化系統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)置以上防護(hù)措施以外，水泥廠中央控制室要盡量在靜電地板下鋪設(shè)0.5米見方的裸銅帶格柵均壓網(wǎng)，作為等電位的連接網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置防雷裝置的注意事項(xiàng)

（1）對圓庫筒倉類建筑，需敷設(shè)專門的人工避雷引下線。

（2）防雷裝置的駁接處必須焊接，采用綁扎有安全隱患。

（3）應(yīng)采用外墻柱網(wǎng)，不能用建筑內(nèi)柱網(wǎng)主筋作防雷引下線，以避免引雷時，強(qiáng)大的雷電流產(chǎn)生的電磁干擾建筑內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行。

三、結(jié)束語

水泥廠電氣自動化系統(tǒng)的接地與防雷裝置的設(shè)計關(guān)系到整個供配電系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)的安全，如果在設(shè)計上留下缺陷，到雷雨季節(jié)雷擊發(fā)生后，會使電氣自動化系統(tǒng)發(fā)生電源故障或集散控制系統(tǒng)（DCS）工作不正常。雷擊事故瞬間發(fā)生并結(jié)束，除了有損壞的設(shè)備或元器件外，不留痕跡，設(shè)備或元器件損壞的直接原因很難查清，恢復(fù)生產(chǎn)的時間較長。所以在設(shè)計電氣自動化系統(tǒng)時，就應(yīng)全面綜合考慮供配電系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)的安全，設(shè)計一套保證安全生產(chǎn)的接地系統(tǒng)和防雷系統(tǒng)。

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作者簡介：史國君，1987年1月，?？?，洛陽理工學(xué)院 河南省商丘市梁園區(qū)