章嶸

一、防雷在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要性

　　隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在工廠生產(chǎn)過(guò)程中普遍使用。在自動(dòng)化系統(tǒng)中，為了能夠通過(guò)中控室的上位機(jī)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀況，這就需要將上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行單元連接起來(lái)，構(gòu)成了一個(gè)密集而龐大的自動(dòng)化執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)工廠的生產(chǎn)運(yùn)行就依賴(lài)它，如同人對(duì)大腦、器官和血液系統(tǒng)的依賴(lài)一樣。
　　但就是這個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在雷擊這種自然危害面前，顯得十分脆弱。一個(gè)直擊雷，或是由于雷擊所產(chǎn)生的變化電磁場(chǎng)，都會(huì)像病菌一樣，沿著這個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳播至系統(tǒng)的每個(gè)監(jiān)控和執(zhí)行單元，并摧毀它，而使整個(gè)系統(tǒng)處于癱瘓之中。
　　我們可以親身感受到，隨著自動(dòng)化系統(tǒng)的普及，防雷已經(jīng)被越來(lái)越多的人重視，國(guó)家也在出臺(tái)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，以建立完善的防雷保護(hù)系統(tǒng)。

二、如何建立完善的防雷系統(tǒng)

　　由于我常年從事水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)工作，也經(jīng)常遇到和聽(tīng)到雷擊對(duì)設(shè)備的損壞，因此我查閱了國(guó)內(nèi)和國(guó)外的相關(guān)書(shū)籍和標(biāo)準(zhǔn)，了解防雷的原理和具體措施。
　　依據(jù)GB7450-87（電子設(shè)備雷擊保護(hù)導(dǎo)則），對(duì)電子設(shè)備的雷電危險(xiǎn)源有以下三種：
　　直擊雷：雷電直接擊中線(xiàn)路并沿導(dǎo)線(xiàn)或電纜流過(guò)大量的雷電流，持續(xù)時(shí)間達(dá)若干微秒，使線(xiàn)路設(shè)備有實(shí)質(zhì)性的破壞，還可以引起幾千伏的過(guò)電壓直接加到線(xiàn)路裝置和終端設(shè)備上。
　　直擊雷的能量和破壞力相當(dāng)巨大，但其遭受概率是有限的。
　　感應(yīng)雷：通過(guò)雷云之間或雷云對(duì)地的放電，在附近的架空線(xiàn)路、埋地線(xiàn)路、鋼軌或類(lèi)似傳導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓。
　　感應(yīng)雷的破壞力沒(méi)有直擊雷那么大，但其影響的范圍和遭受的概率卻十分大。
　　地電位升：雷電流通過(guò)接地裝置流入大地所引起大地電位的升高，危害設(shè)備對(duì)地的絕緣。
　　而整個(gè)防雷保護(hù)系統(tǒng)如圖一。
　　圖一：

外部防雷系統(tǒng)

　　外部防雷系統(tǒng)包括接閃器、引下線(xiàn)、接地裝置，接閃器包括避雷針和攔截帶。其作用是通過(guò)接閃器攔截雷電流，然后通過(guò)引下線(xiàn)將雷電流引入接地裝置，以避免雷電流直接擊中建筑物，引起火災(zāi)或損壞。
　　外部防雷系統(tǒng)，雖然能夠攔截住一定的雷電流，但是它不能阻止引入建筑物的導(dǎo)線(xiàn)上所攜帶的浪涌電流，以及因感應(yīng)雷所產(chǎn)生的巨大變化的電磁場(chǎng)和地電位反擊，對(duì)建筑物內(nèi)部電氣設(shè)備的損壞，因此，一個(gè)完善的防雷系統(tǒng)還應(yīng)包括內(nèi)部防雷系統(tǒng)。
　　內(nèi)部防雷系統(tǒng)
　　內(nèi)部防雷系統(tǒng)包括電磁屏蔽、等電位連接、共用接地，系統(tǒng)和浪涌吸收保護(hù)器這四個(gè)子系統(tǒng)。通過(guò)這四個(gè)子系統(tǒng)可以將引入建筑物內(nèi)的浪涌電壓和浪涌電流瀉放到大地，并將其鉗位在一定的電壓范圍內(nèi)，以完善地保護(hù)電氣設(shè)備，圖二是內(nèi)部防雷系統(tǒng)的示意圖。
　　圖二：

　　結(jié)合以上內(nèi)容，我對(duì)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷保護(hù)系統(tǒng)總結(jié)下來(lái)，其主要措施有以下幾點(diǎn)：
　　1，首先要建立很好的外部防雷系統(tǒng)，也就是安裝接閃器和攔截帶等，以保證直擊雷不會(huì)直接擊中建筑物或設(shè)備。
　　2，對(duì)于出室外的長(zhǎng)距離導(dǎo)線(xiàn)（電源、信號(hào)、控制），應(yīng)盡可能采用屏蔽系統(tǒng)，并和設(shè)備的屏蔽和接地做到良好的等電位連接。
　　3，對(duì)于出室外的長(zhǎng)距離導(dǎo)線(xiàn)（電源、信號(hào)、控制），如果其兩端安裝的是電子設(shè)備，就必須在最接近被保護(hù)設(shè)備的地方安裝合適的防雷器。
　　4，對(duì)于室內(nèi)的長(zhǎng)距離導(dǎo)線(xiàn)（電源、信號(hào)、控制），如果其兩端安裝的是電子設(shè)備，也應(yīng)盡可能在最接近被保護(hù)設(shè)備的地方安裝合適的防雷器。

三、 應(yīng)用實(shí)例

　　結(jié)合以上的防雷措施，我們?cè)诤贾萜吒裎鬯幚韽S（日處理40萬(wàn)噸）的設(shè)計(jì)初期，就提出防雷的要求，并針對(duì)水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的特殊性，選擇專(zhuān)業(yè)的防雷產(chǎn)品。
　　整個(gè)水廠的自動(dòng)化系統(tǒng)，主要由上位機(jī)、PLC和各類(lèi)監(jiān)控、分析儀表組成，如圖三。
　　圖三：

　　整個(gè)自控的防雷系統(tǒng)分為，中控室、PLC站和現(xiàn)場(chǎng)儀表的保護(hù)。
　　由于中控室和PLC站在整個(gè)系統(tǒng)中十分重要，所以我在選擇防雷器時(shí)，在資金允許的前提下，要求盡可能使用高能量的防雷器，分別對(duì)系統(tǒng)的電源、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和4～20mA模擬量進(jìn)行保護(hù)。
　　在電源部分我們采用達(dá)到Imax:100KA (10/350us)的防雷器，要求殘壓低于1500V，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和模擬量的防雷器我們均要求達(dá)到Isn:20KA(8/20us)，并要求其殘壓低于100V。所有的防雷器外殼材料要求阻燃防潮，外觀設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，便于安裝在35mm導(dǎo)軌上。
　　而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)儀表等設(shè)備，由于數(shù)量較多，從資金的角度考慮，在電源部分予以適當(dāng)降低，采用Isn:20KA(8/20us)的防雷器，其它信道部分防雷器的要求不變。
　　由于整個(gè)系統(tǒng)在總線(xiàn)方面采用Profibus，所以在選擇防雷器時(shí)，我們還注意了防雷器對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的影響。由于Profibus的最高傳輸速率可以達(dá)到1MHz，而線(xiàn)地電壓只有5V。這就要求防雷器的選型既要采用低工作電壓，又要求有較寬的帶寬。
　　然后，我們對(duì)目前市場(chǎng)上的防雷器予以選擇和比較，最后在電源部分和總線(xiàn)部分采用了德國(guó)DEHN的防雷器，滿(mǎn)足了我們對(duì)電源防雷器在性能和外觀上的要求。
　　在4～20mA模擬量上的防雷，我們采用了上海深恩SUM的防雷器，其產(chǎn)品從性能和外觀上都可以達(dá)到我們的要求，而且價(jià)格合適，比較適合應(yīng)用在大量使用防雷器的場(chǎng)合。
　　最后，我們對(duì)防雷器的安裝也提出了具體的要求，對(duì)于需要安裝在室外的防雷器，我們均要求安裝了漢森的電氣箱，防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，且前面有可視窗口，可以不用開(kāi)箱，就可以檢查防雷器的好壞。
　　在此，我提供了自控防雷系統(tǒng)中的某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)站的配置圖，見(jiàn)圖四。
　　圖四：

　　此外，整個(gè)工廠的弱電系統(tǒng)中除了自控系統(tǒng)外，還有CCTV監(jiān)控系統(tǒng)，也是極易遭受雷擊損壞的系統(tǒng)，限于篇幅的原因，不在這里詳述，見(jiàn)圖五。
　　圖五：

　　所有這些系統(tǒng)在2003年年初，安裝完畢。由于我廠地處杭州錢(qián)塘江邊，屬于雷雨多發(fā)地區(qū)，但從建成至今，沒(méi)有發(fā)生因雷擊造成的損失，所以在此介紹給大家，供大家參考，如有不足之處，請(qǐng)多多指教。

作者單位：杭州市七格污水處理廠工程建設(shè)指揮部
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