章嶸

一、防雷在工廠自動化系統(tǒng)中的重要性

　　隨著技術的飛速發(fā)展，自動化系統(tǒng)已經在工廠生產過程中普遍使用。在自動化系統(tǒng)中，為了能夠通過中控室的上位機監(jiān)控現(xiàn)場設備的工作狀況，這就需要將上位機和現(xiàn)場的執(zhí)行單元連接起來，構成了一個密集而龐大的自動化執(zhí)行網(wǎng)絡，整個工廠的生產運行就依賴它，如同人對大腦、器官和血液系統(tǒng)的依賴一樣。
　　但就是這個自動化網(wǎng)絡系統(tǒng)在雷擊這種自然危害面前，顯得十分脆弱。一個直擊雷，或是由于雷擊所產生的變化電磁場，都會像病菌一樣，沿著這個網(wǎng)絡傳播至系統(tǒng)的每個監(jiān)控和執(zhí)行單元，并摧毀它，而使整個系統(tǒng)處于癱瘓之中。
　　我們可以親身感受到，隨著自動化系統(tǒng)的普及，防雷已經被越來越多的人重視，國家也在出臺相關的標準，以建立完善的防雷保護系統(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化系統(tǒng)的建設工作，也經常遇到和聽到雷擊對設備的損壞，因此我查閱了國內和國外的相關書籍和標準，了解防雷的原理和具體措施。
　　依據(jù)GB7450-87（電子設備雷擊保護導則），對電子設備的雷電危險源有以下三種：
　　直擊雷：雷電直接擊中線路并沿導線或電纜流過大量的雷電流，持續(xù)時間達若干微秒，使線路設備有實質性的破壞，還可以引起幾千伏的過電壓直接加到線路裝置和終端設備上。
　　直擊雷的能量和破壞力相當巨大，但其遭受概率是有限的。
　　感應雷：通過雷云之間或雷云對地的放電，在附近的架空線路、埋地線路、鋼軌或類似傳導體上產生的感應過電壓。
　　感應雷的破壞力沒有直擊雷那么大，但其影響的范圍和遭受的概率卻十分大。
　　地電位升：雷電流通過接地裝置流入大地所引起大地電位的升高，危害設備對地的絕緣。
　　而整個防雷保護系統(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、接地裝置，接閃器包括避雷針和攔截帶。其作用是通過接閃器攔截雷電流，然后通過引下線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線上所攜帶的浪涌電流，以及因感應雷所產生的巨大變化的電磁場和地電位反擊，對建筑物內部電氣設備的損壞，因此，一個完善的防雷系統(tǒng)還應包括內部防雷系統(tǒng)。
　　內部防雷系統(tǒng)
　　內部防雷系統(tǒng)包括電磁屏蔽、等電位連接、共用接地，系統(tǒng)和浪涌吸收保護器這四個子系統(tǒng)。通過這四個子系統(tǒng)可以將引入建筑物內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，以完善地保護電氣設備，圖二是內部防雷系統(tǒng)的示意圖。
　　圖二：

　　結合以上內容，我對整個自動化系統(tǒng)的防雷保護系統(tǒng)總結下來，其主要措施有以下幾點：
　　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，以保證直擊雷不會直接擊中建筑物或設備。
　　2，對于出室外的長距離導線（電源、信號、控制），應盡可能采用屏蔽系統(tǒng)，并和設備的屏蔽和接地做到良好的等電位連接。
　　3，對于出室外的長距離導線（電源、信號、控制），如果其兩端安裝的是電子設備，就必須在最接近被保護設備的地方安裝合適的防雷器。
　　4，對于室內的長距離導線（電源、信號、控制），如果其兩端安裝的是電子設備，也應盡可能在最接近被保護設備的地方安裝合適的防雷器。

三、 應用實例

　　結合以上的防雷措施，我們在杭州七格污水處理廠（日處理40萬噸）的設計初期，就提出防雷的要求，并針對水廠自動化系統(tǒng)的特殊性，選擇專業(yè)的防雷產品。
　　整個水廠的自動化系統(tǒng)，主要由上位機、PLC和各類監(jiān)控、分析儀表組成，如圖三。
　　圖三：

　　整個自控的防雷系統(tǒng)分為，中控室、PLC站和現(xiàn)場儀表的保護。
　　由于中控室和PLC站在整個系統(tǒng)中十分重要，所以我在選擇防雷器時，在資金允許的前提下，要求盡可能使用高能量的防雷器，分別對系統(tǒng)的電源、現(xiàn)場總線和4～20mA模擬量進行保護。
　　在電源部分我們采用達到Imax:100KA (10/350us)的防雷器，要求殘壓低于1500V，對于現(xiàn)場總線和模擬量的防雷器我們均要求達到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，外觀設計應符合國際標準，便于安裝在35mm導軌上。
　　而對于現(xiàn)場儀表等設備，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。
　　由于整個系統(tǒng)在總線方面采用Profibus，所以在選擇防雷器時，我們還注意了防雷器對網(wǎng)絡通信的影響。由于Profibus的最高傳輸速率可以達到1MHz，而線地電壓只有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，我們對目前市場上的防雷器予以選擇和比較，最后在電源部分和總線部分采用了德國DEHN的防雷器，滿足了我們對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，其產品從性能和外觀上都可以達到我們的要求，而且價格合適，比較適合應用在大量使用防雷器的場合。
　　最后，我們對防雷器的安裝也提出了具體的要求，對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，防護等級達到IP65，且前面有可視窗口，可以不用開箱，就可以檢查防雷器的好壞。
　　在此，我提供了自控防雷系統(tǒng)中的某個現(xiàn)場站的配置圖，見圖四。
　　圖四：

　　此外，整個工廠的弱電系統(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塘江邊，屬于雷雨多發(fā)地區(qū)，但從建成至今，沒有發(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，請多多指教。

作者單位：杭州市七格污水處理廠工程建設指揮部
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