水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的接地和防雷

朱智源

（徐州中聯(lián)水泥有限公司， 江蘇 221011）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展迅速，使得我國(guó)的水泥需求量越來(lái)越大。在這種形勢(shì)下，要不斷提升水泥廠生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)水泥廠的自動(dòng)化生產(chǎn)，在水泥廠的運(yùn)行過(guò)程中保證其正常運(yùn)行，提升生產(chǎn)效率。在水泥廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要重視防雷接地系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)。結(jié)合水泥廠的實(shí)際構(gòu)成我們可以知道，水泥廠的設(shè)備和生產(chǎn)場(chǎng)所相隔較近，在安裝接地裝置時(shí)很難按照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)施工，使得水泥廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)容易遭受雷擊，降低水泥廠生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性。為了進(jìn)一步提升水泥廠生產(chǎn)效率，要做好水泥廠的防雷接地安全設(shè)計(jì)；要實(shí)現(xiàn)水泥廠的安全運(yùn)行，要結(jié)合水泥廠的實(shí)際情況做好防雷接地管理工作，保證水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的良好運(yùn)行情況，提升水泥廠運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和穩(wěn)定性。

1 水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的接地防雷系統(tǒng)

1.1 防雷接地裝置的構(gòu)成

一般來(lái)說(shuō)，為了保證電氣系統(tǒng)的安全性，都是從系統(tǒng)中引出一根接地線接入到大地網(wǎng)中，這樣在雷電來(lái)臨時(shí)，可以將雷電通過(guò)接地線轉(zhuǎn)移到大地中，避免雷電的瞬時(shí)電壓和電能對(duì)于系統(tǒng)的傷害。結(jié)合水泥廠的實(shí)際情況來(lái)看，它的防雷接地裝置主要是場(chǎng)區(qū)的接地導(dǎo)體和場(chǎng)區(qū)的接地網(wǎng)。細(xì)化到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的各個(gè)裝置，又要基于配電系統(tǒng)、電氣自動(dòng)化系統(tǒng)和安全系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建防雷接地，這樣可以組成一個(gè)完整的接地系統(tǒng)，確保場(chǎng)區(qū)內(nèi)的各個(gè)設(shè)備和場(chǎng)所都不會(huì)遭受雷擊的危害，提升水泥廠運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

1.2 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(dòng)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(gè)聯(lián)合接地系統(tǒng)。一般在電氣室、水泥廠及中央控制建筑周圍設(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(gè)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(gè)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(kāi)，也不會(huì)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(gè)總的接地裝置時(shí)，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(shí)也不能大于4歐姆。在上述的各個(gè)接地系統(tǒng)中，為了消除接地系統(tǒng)上的電位偏移對(duì)于系統(tǒng)的影響，要采用TN-S配電系統(tǒng)，接入N線來(lái)中和不平衡的電位，這樣可以進(jìn)一步提升水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

2 水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷接地的重要作用

由于當(dāng)前的水泥廠已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)和自動(dòng)化生產(chǎn)，所以電氣系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性直接影響著水泥廠的生產(chǎn)效率。在水泥廠實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)遇到雷電暴雨天氣時(shí)，雷電產(chǎn)生的靜電會(huì)損害水泥廠的電氣系統(tǒng)，輕則導(dǎo)致系統(tǒng)斷路，情況嚴(yán)重的可能導(dǎo)致水泥廠電氣自動(dòng)化設(shè)備損壞，所以雷擊對(duì)于水泥廠電氣系統(tǒng)的危害較大。通過(guò)合理設(shè)計(jì)防雷接地系統(tǒng)，可以盡快的將雷擊靜電產(chǎn)生的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到大地，然后靜電負(fù)荷互相中和，使得電壓消失，這樣就可以避免雷電對(duì)于水泥廠的危害。所以為了提升水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證水泥廠的正常運(yùn)行，一定要按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)和安裝防雷接地措施，及時(shí)消除雷電電壓，防止水泥廠電氣系統(tǒng)故障和安全事故的發(fā)生。

3 當(dāng)前水泥生產(chǎn)以及防雷接地系統(tǒng)的問(wèn)題分析

在水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中，有些雷電多發(fā)的地區(qū)可能會(huì)出現(xiàn)生產(chǎn)場(chǎng)所遭受雷擊，這主要是因?yàn)樗鄰S在建設(shè)過(guò)程中沒(méi)有按照規(guī)范要求安裝防雷接地安全保護(hù)措施，使得雷電產(chǎn)生的電荷通過(guò)電線進(jìn)入到系統(tǒng)中，造成電氣系統(tǒng)斷路等其他故障。下文介紹水泥廠防雷接地系統(tǒng)存在的幾個(gè)問(wèn)題：

3.1 電源線布置不合理

在水泥廠進(jìn)行防雷接地保護(hù)安裝時(shí)，沒(méi)有考慮到電源線的防雷節(jié)點(diǎn)保護(hù)措施。雷雨天氣時(shí)，水泥廠附近上空的雷電產(chǎn)生的瞬時(shí)高壓帶電荷，可以通過(guò)電源線進(jìn)入到電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，這樣會(huì)直接導(dǎo)致電源系統(tǒng)崩潰，可能導(dǎo)致系統(tǒng)斷路，電源停止工作；情況嚴(yán)重的可能直接將電源內(nèi)部的元件損害，引發(fā)系統(tǒng)故障。

3.2 接地不規(guī)范

在進(jìn)行水泥廠防雷接地安裝時(shí)，最主要的就是將雷電產(chǎn)生的電負(fù)荷傳遞到大地中，然后讓大地中的電荷將其抵消。在進(jìn)行防雷接地時(shí)，如果沒(méi)有按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范安裝，接地不規(guī)范，就會(huì)導(dǎo)致接地點(diǎn)之間也存在電位差，這樣產(chǎn)生的電壓會(huì)再次進(jìn)入到系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如果電勢(shì)差過(guò)高，電壓會(huì)損壞系統(tǒng)中的設(shè)備，引發(fā)設(shè)備故障，不利于水泥廠電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.3 地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不合理

水泥廠的接地裝置，大多數(shù)都是以水平接地極為主，外緣閉合，內(nèi)部敷設(shè)若干均壓導(dǎo)體的接地網(wǎng)。在以往的設(shè)計(jì)中，均壓導(dǎo)體一般按等間距布置。由于端部效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，各均壓導(dǎo)體散流很不均勻，接地網(wǎng)邊緣部分的導(dǎo)體散流大約是中心部分的 3～4倍，因此，地網(wǎng)邊緣部分的電場(chǎng)強(qiáng)度比中心部分高，電位梯度較大，整個(gè)地網(wǎng)的電位分布不均勻，且不均勻程度隨接地網(wǎng)面積的增大和網(wǎng)孔數(shù)的增多而越來(lái)越嚴(yán)重，點(diǎn)位分部不均勻容易導(dǎo)致雷電產(chǎn)生的電荷順著接地線傳遞至大地產(chǎn)生瞬時(shí)電壓，影響水泥廠的正常運(yùn)行。

4 水泥廠防雷接地系統(tǒng)的具體優(yōu)化措施

為了提升水泥廠的生產(chǎn)效率，保證水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，一定要做好水泥廠防雷接地工作。在接線時(shí)，要按照防雷接地設(shè)計(jì)原則和規(guī)范進(jìn)行線路安裝，避免雷電電荷進(jìn)入到水泥廠電氣系統(tǒng)，并且通過(guò)保護(hù)接地將雷電電荷及時(shí)抵消；另外要消除雷電電壓對(duì)于電氣系統(tǒng)的干擾，對(duì)于一些重要的電氣裝置可以安裝抗干擾器，防止雷電帶來(lái)的影響。下文介紹了水泥廠防雷接地系統(tǒng)的幾點(diǎn)優(yōu)化措施：

4.1 正確屏蔽雷電流

為了避免雷電產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓進(jìn)入到水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，一定要做好電源線路和電力系統(tǒng)的保護(hù)，要保證這些線纜的質(zhì)量，盡量使用抗干擾的線纜，這樣可以有效的屏蔽雷電流。另外為了確保水泥廠的正常運(yùn)行，要在系統(tǒng)中加入保護(hù)裝置，如果雷電電壓進(jìn)入了系統(tǒng)中，系統(tǒng)要能及時(shí)識(shí)別并且自動(dòng)斷路，在斷路的過(guò)程中，可以將雷電電壓降低為 0，然后盡快恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免雷電電壓損壞電氣設(shè)備。

4.2 水泥廠接閃器

對(duì)于一些雷電天氣較多的地區(qū)，可以安裝防雷接閃器來(lái)引導(dǎo)雷電電壓，就是在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的前端安裝一個(gè)攔截裝置，當(dāng)發(fā)生雷電時(shí)，攔截裝置將產(chǎn)生的電荷引導(dǎo)至大地中，這樣就可以避免系統(tǒng)中產(chǎn)生電壓，保證水泥廠的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 安裝水泥廠避雷器

在水泥廠廠區(qū)最高的位置安裝避雷器可以有效避免雷電對(duì)于水泥廠的危害，避雷器是一種特殊的金屬裝置，它可以將雷電產(chǎn)生的電壓降低到允許范圍內(nèi)，這樣即使線路中進(jìn)入了部分電壓，也不會(huì)帶來(lái)很大的影響。當(dāng)前我國(guó)主要是安裝避雷器和接地線來(lái)消除雷電的危害，這種防雷接地措施成本較低，效果較好。

4.4 定期對(duì)接地設(shè)備以及系統(tǒng)進(jìn)行維修檢查

為了提升水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，一定要重視防雷接地的方案優(yōu)化工作，在按照制定好的方案落實(shí)防雷接地系統(tǒng)后，在后期的系統(tǒng)運(yùn)行中要加強(qiáng)管理。水泥廠電氣工作人員要定期對(duì)防雷接地線路和設(shè)備進(jìn)行檢查，對(duì)于老化的線路和損害的設(shè)備要及時(shí)更換，盡快發(fā)現(xiàn)故障隱患，提升水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷接地系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

為了進(jìn)一步提升水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，我們要結(jié)合水泥廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成來(lái)具體分析防雷接地的實(shí)際應(yīng)用。水泥廠的電氣系統(tǒng)主要是由各類電氣設(shè)備和線路組成，在具體的防雷接地設(shè)計(jì)中，要做好設(shè)備和線路的防雷接地設(shè)計(jì)工作，下文具體介紹水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷接地系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用：

5.1 外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置的設(shè)計(jì)

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)的雷電波侵入和雷電波所產(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。在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，要重視電磁脈沖和雷直擊的影響，所以不僅要做好外部的防雷工作，還要做好內(nèi)部的電位變化對(duì)設(shè)備的影響；這種內(nèi)部的防雷做法稱為二次防雷裝置，主要是將建筑物的電位進(jìn)行等電位結(jié)合，這樣可以避免不平衡電位對(duì)于設(shè)備的影響。

5.2 配電回路防雷設(shè)計(jì)

為了提升水泥廠的運(yùn)行穩(wěn)定性，在電氣子自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要注意配電回路的防雷設(shè)計(jì)。由于水泥廠的電氣系統(tǒng)一般是由三級(jí)電壓構(gòu)成，系統(tǒng)中的二級(jí)回路和三級(jí)回路很容易受到雷擊的影響。為了提升水泥廠電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要對(duì)二級(jí)配電回路和三級(jí)配電回路進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，避免上一級(jí)回路的雷電電壓和電流對(duì)配電回路造成影響。當(dāng)然，外界信號(hào)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)線也是雷電流流入的一大途徑，也會(huì)破壞電氣自動(dòng)化系統(tǒng)。但由于外界信號(hào)系統(tǒng)與水泥廠的運(yùn)行直接聯(lián)系較少，并且外界信號(hào)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。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于水泥廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)決定著水泥廠能否正常運(yùn)行，它的正常運(yùn)行對(duì)于水泥長(zhǎng)的生產(chǎn)效率有著重要影響。結(jié)合當(dāng)前我國(guó)水泥廠電氣自動(dòng)化的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，提升電氣系統(tǒng)自動(dòng)化的穩(wěn)定性已經(jīng)成為行業(yè)重點(diǎn)研究的問(wèn)題。為了消除雷電對(duì)于水泥廠的影響，要按照防雷接地設(shè)計(jì)原則和規(guī)范做好防雷接地安裝，消除雷電對(duì)于電氣系統(tǒng)的影響，結(jié)合當(dāng)前水泥廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷接地中存在的問(wèn)題，要深入分析水泥廠的防雷接地設(shè)計(jì)是否合理，接地保護(hù)措施是否到位，這樣才能發(fā)揮防雷接地裝置的重要作用，消除雷電危害，提升我國(guó)水泥廠電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，進(jìn)一步推進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)在水泥廠中的應(yīng)用，提升水泥廠的生產(chǎn)效率。