水廠雷電電磁防護(hù)技術(shù)研究

張 歡

(天津市公用事業(yè)設(shè)計(jì)研究所，天津 300100)

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水廠雷電電磁防護(hù)技術(shù)研究

張 歡

(天津市公用事業(yè)設(shè)計(jì)研究所，天津 300100)

指出了目前天津市水廠自動(dòng)控制普遍采用計(jì)算機(jī)或可編程控器組成的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，然而這些微電子設(shè)備一旦受到雷電電磁脈沖的危害，輕則造成系統(tǒng)運(yùn)行失靈，重則造成永久性損壞。通過實(shí)地調(diào)研，建立了天津通用水務(wù)有限公司雷電電磁防護(hù)系統(tǒng)，安裝了相應(yīng)的浪涌防護(hù)裝置，從而將雷電災(zāi)害降到了最低限度。

通用水務(wù)；雷電電磁防護(hù)系統(tǒng)；浪涌防護(hù)裝置

1　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前天津市水廠自動(dòng)控制普遍采用計(jì)算機(jī)或可編程控器組成的集數(shù)據(jù)采集、過程控制和信息傳送于一體的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于這些微電子設(shè)備本身存在著絕緣程度低，過壓耐受能力差的致命弱點(diǎn)，一旦受到雷電電磁脈沖的危害，輕則造成系統(tǒng)運(yùn)行失靈，重則造成永久性損壞。所以對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)采取有效的防雷保護(hù)措施是保證水廠在雷雨季節(jié)能夠正常工作不可缺少的重要環(huán)節(jié)。通過對(duì)水廠自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的實(shí)地考察，設(shè)計(jì)并建成了天津通用水務(wù)公司雷電電磁防護(hù)系統(tǒng)。從而把雷擊造成的經(jīng)濟(jì)損失降到了最低點(diǎn)。

2　設(shè)備遭雷擊受損的形式

直接遭受雷擊而損壞；雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的信號(hào)線、電源線或其他金屬管線侵入，使設(shè)備受損；設(shè)備接地體在雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電位形成地電位“反擊”而損壞；設(shè)備安裝的方法或安裝位置不當(dāng)，受雷電在空間分布的電場(chǎng)、磁場(chǎng)影響而損壞。

3　適用于水廠自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備防雷系統(tǒng)的解決方案

3.1指導(dǎo)思想

根據(jù)目前系統(tǒng)現(xiàn)狀，進(jìn)行防雷系統(tǒng)工程的實(shí)施，確保系統(tǒng)設(shè)備能夠正常工作，保障人員及設(shè)備的安全是十分必要的。因此我們的設(shè)計(jì)方案以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，結(jié)合天津市通用水務(wù)有限公司自動(dòng)化信息系統(tǒng)的具體情況，充分體現(xiàn)了“高質(zhì)量”及“低成本”的設(shè)計(jì)理念。

3.2執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》；GB50057-1994《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》；GB 50174-1993《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》

3.3防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

建筑物的防雷措施主要有：

(1)直擊雷防護(hù)。依據(jù)建筑物的高度、結(jié)構(gòu)等采取直擊雷防護(hù)措施，包括接閃裝置、引下線和接地裝置三大部分。

(2)弱電防護(hù)。由于雷擊發(fā)生時(shí)至少有50%的雷電流將沿著進(jìn)出建筑物的管線泄放，因此主要防護(hù)措施：電涌保護(hù)器安裝和等電位連接。主要分為以下步驟： ①電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器安裝; ②通信線路電涌保護(hù)器安裝; ③屏蔽、等電位連接、接地和綜合布線

3.4水廠雷電電磁防護(hù)系統(tǒng)的一般性架構(gòu)

3.4.1電源防雷

根據(jù)機(jī)房建設(shè)的要求，配電系統(tǒng)電源防雷應(yīng)采用三級(jí)防護(hù)。由于避雷器生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)思想各不相同，相應(yīng)其避雷器的性能特點(diǎn)也不盡一致。

3.4.2信號(hào)系統(tǒng)防雷

與電源防雷一樣，通訊網(wǎng)絡(luò)的防雷主要采用通訊避雷器防雷。目前，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程用聯(lián)網(wǎng)常采的方式有電話線、專線、X.25、DDN和幀中繼等，通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要為MODEM、DTU、路由器和遠(yuǎn)程中斷控制器等。

3.4.3等電位連接

等電位連接的目的，在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差，防止雷電反擊。

3.4.4金屬屏蔽及重復(fù)接地

在做好以上措施的基礎(chǔ)上，還應(yīng)采用有效屏蔽、重復(fù)接地等辦法，避免由架空導(dǎo)線直接進(jìn)入建筑物樓內(nèi)和機(jī)房設(shè)備，盡可能由埋地纜進(jìn)入，并用金屬導(dǎo)管屏蔽，屏蔽金屬管在進(jìn)入建筑物或機(jī)房前重復(fù)接地，最大限度衰減從各種導(dǎo)線上引入雷電高電壓。

3.5解決方案

3.5.1天津通用水務(wù)公司安裝雷電防護(hù)系統(tǒng)前的狀況

供電配電系統(tǒng)無防護(hù)措施；儀表及控制系統(tǒng)無防護(hù)措施；無等電位連接。 依據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》確定天津通用水務(wù)有限公司自動(dòng)化信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)為C級(jí)防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5.2供電系統(tǒng)防雷措施

當(dāng)雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時(shí)，將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫茲的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進(jìn)入供電系統(tǒng)造成瞬態(tài)過電壓使設(shè)備損壞。因此根據(jù) GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、GB50057-1994《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，我們對(duì)水廠供電系統(tǒng)采取三級(jí)防雷保護(hù)措施。

第一級(jí)在水廠變電室低壓側(cè)輸入端，采用通過Ⅰ級(jí)分類測(cè)試實(shí)驗(yàn)的TPS-B50/3+N型防雷器，主要泄放外線等產(chǎn)生的過電壓，其通流量大泄放波形為10/350μs。由于水廠面積較大各個(gè)部門相距較遠(yuǎn)，地埋纜線線路長(zhǎng)，因此在變電室低壓側(cè)的輸出端，采用TPS-B100/3+N防雷器泄放波形為8/20μs。最大放電電流可達(dá)100kA。

第二級(jí)在各個(gè)部門配電箱柜進(jìn)線端，采用三相壓敏電阻型防雷器TPS-B100/3+N。該防雷器電路由具備性能良好的非線性特性(α>30)的氧化鋅壓敏電阻組成。這使得該防雷器即使在高能量的過電壓沖擊下，也能夠最大限度地降低線路感應(yīng)過電壓和雷電殘壓，它具有良好的限壓特性。

第三級(jí)在單個(gè)設(shè)備前端安裝TPS-C40/3+N防雷器主要泄放前面的殘壓，完全可達(dá)到箝位輸出，其殘壓低，響應(yīng)時(shí)間快。

3.5.3信號(hào)系統(tǒng)防雷措施

天津通用水務(wù)公司自動(dòng)化系統(tǒng)信號(hào)采集是采用屏蔽電纜埋地完成的，通信接口為485方式。液位計(jì)10臺(tái)分布于各個(gè)部門，傳輸信號(hào)4～20 mA。監(jiān)控線路是由各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)匯聚到傳達(dá)室，這使得信號(hào)線路傳輸距離比較遠(yuǎn)，容易受到電磁感應(yīng)的影響，會(huì)造成設(shè)備損壞。為了保證系統(tǒng)在雷雨季節(jié)能夠正常工作，我們依據(jù)GA371-2001《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)實(shí)體安全技術(shù)要求》第5.4.3規(guī)定：電源進(jìn)線、信號(hào)傳輸線在進(jìn)入計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)設(shè)備時(shí)必須安裝浪涌保護(hù)器。

浪涌防護(hù)裝置是把因雷電感應(yīng)而竄入電力線、信號(hào)傳輸線的高電壓限制在一定范圍內(nèi)，保證用電設(shè)備不被擊穿的防護(hù)裝置。常用的種類繁多，可分為三大類放電間歇型、閥型和傳輸線分流型。

(1)485屏蔽電纜。保護(hù)級(jí)別：通信線纜精細(xì)級(jí)保護(hù)； 所選產(chǎn)品： TMS-M24R信號(hào)防雷器； 安裝地點(diǎn)：在屏蔽電纜兩端進(jìn)行防雷保護(hù)。 保護(hù)范圍：PLC 485端口。

(2)4～20 mA信號(hào)線。 保護(hù)級(jí)別：信號(hào)線端口精細(xì)級(jí)保護(hù)； 所選產(chǎn)品：TMS-P2信號(hào)防雷器； 安裝地點(diǎn)：在水位計(jì)兩端進(jìn)行防雷保護(hù)。 保護(hù)范圍液位計(jì)一次、二次表。

(3)監(jiān)控系統(tǒng)電源、視頻、信號(hào)線。 保護(hù)級(jí)別： 監(jiān)控電源、視頻、信號(hào)線端口精細(xì)級(jí)保護(hù)；

所選產(chǎn)品： TTS-CCTV-3/220AC防雷器； 安裝地點(diǎn)： 在傳達(dá)室設(shè)備采集端進(jìn)行防雷保護(hù)； 保護(hù)范圍： 監(jiān)控系統(tǒng)采集設(shè)備。

3.5.4等電位連接措施

接地執(zhí)行GB50057-2000《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》。有交流工作接地、安全保護(hù)接地、直流工作接地、防雷接地四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨(dú)設(shè)置接地裝置時(shí)，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不大于其中最小值。

4　結(jié)論

(1)通過上述對(duì)防雷電電磁脈沖裝置多方面分析，為了能保證防雷電電磁脈沖裝置安全可靠地運(yùn)行，我們對(duì)防雷電電磁脈沖裝置有一個(gè)全面科學(xué)的認(rèn)識(shí)，體會(huì)到只有從多方面去了解防雷電電磁脈沖裝置的運(yùn)行情況，才能對(duì)其性能做出客觀的評(píng)價(jià)。

(2)通過對(duì)通用水務(wù)雷電電磁防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝，已經(jīng)形成完整的系統(tǒng)解決方案，我們可對(duì)不同類型的防護(hù)對(duì)象采用不同的防護(hù)設(shè)計(jì)和防雷電電磁脈沖裝置的選型。

實(shí)踐證明，此雷電電磁防護(hù)方案安全有效，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)雷電電磁防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范。

[1]盧宜.水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷措施分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010.

[2]楊時(shí).防雷技術(shù)在水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2012.

[3]汪祁.水廠自動(dòng)化系統(tǒng)防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)[J].電器與能效管理技術(shù)，2013.

Study on Lightning Electromagnetic Protection Technology in Water Plant

Zhang Huan

(TianjinMunicipalPublicUtilityDesignInstitute,Tianjin300100，China)

At present, the control network which is composed of computer and programmable controller is widely used in water plant in Tianjin City. However, once these microelectronic devices are subjected to the harm of lightning electromagnetic pulse, therewillbethe system operation failure, eventhepermanent damage to the system. Through field research, we built the lightning electromagnetic protection system of Tianjin General Water Co., Ltd., and installed the corresponding surge protection device, which would reduce the lightning disaster to a minimum.

general water; lightning electromagnetic protection system; surge protection device

2016-05-25

張歡(1985—)，男，工程師，主要從事網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，軟件工程,PLC控制等方面的工作。

TM862

A

1674-9944(2016)14-0170-02