雷电电磁防护系统

2024-11-12|版权声明|我要投稿

雷电电磁防护系统(共10篇)

雷电电磁防护系统 篇1

1、引言

到目前为止还没有任何一种装置或方法能阻止雷电的产生, 也没有能阻止雷击到建筑物上的器具和方法。因此在电力信息系统设计之初就应该充分估计到防雷的必要性。

2、现代雷灾新特点

我国大部分地区于2、3月份就进入了雷电期。城市高楼的增加使雷电击穿空气的距离缩短, 因为雷击概率与建筑高度成正比, 所以雷击概率加大。同时, 由于全球气候变暖, 城市热岛现象增多, 使城市的大气环流出现了新特点, 夏季雷暴期延长。而更重要的是, 随着科技的进步, 微电设备被广泛应用, 城市通信电源大幅增多, 电磁场发生变化, 特别是微电子产品普遍绝缘强度低, 过电压耐受力差, 容易遭受雷电侵袭, 其中电脑网络、通讯指挥系统和公用天线都是重灾区。据统计, 在各种灾害造成的损害中, 感应雷击造成的损害高居榜首, 占全部灾害损失的33.8%。当人类社会进入电子信息时代后, 雷电灾害出现的特点与以往将有极大的不同, 可以概括为: (1) 受灾面扩大。从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业, 尤其是与高新技术关系最密切的领域, 如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。 (2) 从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场, 从三维空间入侵到任何角落, 无孔不入地造成灾害。防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲 (Lightning Electro-magnetic Pulse Protection, LEMP) , 即雷电灾害的空间范围扩大了。 (3) 雷电灾害的经济损失和危害程度显著增加。被袭击对象本身的直接经济损失有时并不太大, 而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如1999年8月27日00:02左右, 某寻呼台遭受雷击, 导致该台中断寻呼数小时, 其直接损失是有限的, 但间接损失远远超过直接损失。 (4) 雷电灾害的主要对象已集中在微电子器件设备上。这是产生上述特点的根本原因, 也是关键特点。雷电本身并没有变, 而是科学技术的发展, 使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域, 微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用, 造成微电子设备的失控或者损坏。 当今时代防雷工作的重要性、迫切性、复杂性增加了, 雷电的防御已从直击雷防护到系统防护, 所以必须站到历史时代的新高度来认识和研究电力信息系统的现代防雷技术, 提高防御雷电灾害的综合能力。

3、雷电冲击波的入侵途径

雷击可分为直击雷和感应雷。随着经济的发展, 感应雷和雷电波侵入造成的危害越来越大。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷, 而强大电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及各种弱电设备。对于电力信息系统来说, 通常情况下, 重点考虑感应雷的防护。常见雷电冲击波的入侵途径有:①雷电击在外部建筑物的防雷系统上;②浪涌在接地电阻上引起电压降;③环路感应过电压;④雷电击在远处架空电力线上;⑤雷云之间放电在电力线上引起感应雷电波及过电压;⑥雷击通信线、电力线附近地面或地面上其他设施在线路上引起感应雷电波及过电压;⑦电磁脉冲场穿透建筑物, 直接作用于电力信息系统。

4、电力信息系统对雷电电磁脉冲的防护措施

电力信息系统是指电力系统内各种形式的电子系统, 包括计算机、通信设备、控制系统等。因为从EMC观点看, 电子设备、信息设备和信息系统是同一类型的设备和系统, 故本文中未严格区别。雷电电磁脉冲防护LEMP将直击雷之外的雷击灾害的防护也包括在内。电力信息系统雷电电磁脉冲的防护所涉及的防雷范围、技术措施等要比直击雷的防护更复杂, 两者具有不可分割的内在联系, 但又有分工, 只是考虑的角度和方法不同。 电力系统建筑物本身的防雷装置是建筑物内信息设备及系统防雷的第一道屏障, 建筑物本身的防雷性能直接影响其内在信息系统的防雷, 因此要搞好信息系统防雷, 首先应重视建筑物本身的防雷。因此在建筑物设计和施工时就要考虑到作为网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电器联结, 使之成为较理想的“法拉第笼”式避雷体。建筑物防雷设计、施工和管理必须严格执行国家标准《建筑物防雷设计规范 (GB 50057-94) 》。电力信息系统微电子设备对雷电电磁脉冲的防护是一项较复杂的系统工程, 它与建筑物结构、屏蔽、接地、等电位联结 (或通过浪涌保护器做等电位联结) 、供电、设备与线路布置及外部电磁环境都有密切关系。我国还未出台完整的电子设备防雷国家标准, 故可参照IEC-1312一1 (雷电电磁脉冲的防护) 和有关行业标准进行工作。根据IEC-1312-1雷电电磁脉冲防护 (LEMP) 的防雷保护区LPZ (Lightning Protection Zones) 原则 (即根据不同信息系统对电磁场环境的不同要求, 设置分层次、分级保护区或保护空间的措施) , 对电力信息系统的防雷保护必须实行可靠的多层分级 (类) 保护的避雷装置。所谓多层分级 (类) 保护原则就是根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确定防护要点作分类保护;电器设备对外联系的所有通道 (从电源线到数据通信线路) 都应做多级 (层) 保护。

(1) 外部无源保护——在0级保护区即外部作无源保护, 主要有避雷针 (网、线、带) 和接地装置 (接地线、地极) 。 建筑物内金属门窗、玻璃幕墙、吊顶龙骨架、灯线、管线等, 通常予以忽视, 未作接地。

二次回路使用的直流蓄电池作浮点运行 (特别是旧式电池体积庞大) , 这些都是雷电二次效应的推波助澜者, 是电子设备潜在杀手。建筑物的所有外露金属构件 (管道) 都应与防雷网 (带、线) 有良好的连接。

(2) 内部防护——电源部分防护雷电侵害主要是防护通过供电线路侵入。高压部分电力局有专用高压避雷装置, 而低压线路部分则无法控制。所以对380V低压线路应进行过电压保护, 按国家规范应分三部分: ①建议在高压变压器后端到楼宇总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加避雷器, 作一级保护;②在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯线两端应对地加装避雷器, 作二级保护;③在所有重要、精密设备以及UPS的前端应对地加装避雷器, 作为三级保护。其目的是用分流 (限幅) 技术即采用高吸收能量的分流设备 (避雷器) 将雷电过电压 (脉冲) 能量分流泄入大地, 达到保护目的, 所以分流 (限幅) 技术中采用的防护器的品质、性能好坏是直接关系网络防护的关键, 因此选择优良的避雷器至关重要。 信号部分保护对于信息系统, 应分为粗保护和精保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定, 精保护要根据电子设备的敏感度进行确定, 主要考虑卫星接收系统、电话系统、网络专线系统、监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端, 对地加装避雷器, 电缆中的空线对应接地, 并做好屏蔽接地, 其中应注意系统设备的在线电压、传输速率、接口类型等, 以确保系统正常工作。

多重屏蔽、多重防护。微电子设备工作电压低, 击穿功率小, 靠单一屏蔽难以达到预期效果, 必须采取多重屏蔽。利用建筑物钢筋网组成的法拉第笼及设备屏柜金属外壳、装置金属外壳等逐级屏蔽, 有条件的话, 在重要进出设备的同一条信号线上应安装多个防雷保安单元。等电位连接为彻底消除雷电引起损坏的电位差, 需实行等电位连接。电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行连接, 各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接, 各个局部等电位互相连接, 最后与主等电位连接棒相连。

做好等电位联结比追求小接地电阻更实用, 如果真正做到处处电位相等或电位差很小, 就不会损坏任何微电子设备。

(3) 接地处理——在电力信息系统的建设中, 一定要有一个良好的接地系统, 因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电导入大地, 从而保护设备和人身安全。如果接地系统做得不好, 不但会引起设备故障, 烧坏元器件, 严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰的屏蔽问题和防静电问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。 一般整个建筑物的接地系统有建筑物地网 (与法拉第网相接) 、电源地 (要求地阻小于10Ω) 、逻辑地 (也称信号地) 、防雷地等, 有的公司 (如IBM) 要求另设专用独立地, 要求地阻小于4Ω (根据实际情况可能也会要求小于1Ω) 。然而, 当各地必须独立时, 如果相互之间距离达不到规范的要求, 则容易出现地电位反击事故。因此当各接地系统之间的距离达不到规范的要求时, 应尽可能连接在一起, 如实际情况不允许直接连接, 可通过地电位均衡器实现等电位连接。为增加接地装置的可靠性, 建议使用专业公司生产的专用接地棒, 并使用无公害降阻剂。接地装置的选材和施工应由专业人员执行。

5、结束语

雷电灾害被国际电工委员会 (IEC) 称为“电子化时代的一大公害”。从某种意义上说, 科技越发达, 雷击对人们的威胁就越大。电力信息系统防雷工作是一项较复杂的系统工程, 只要认真执行有关标准和上述几点要求, 一般情况下就能使其达到安全可靠和稳定运行的要求。

雷电电磁防护系统 篇2

雷电是发生在大气层中的声、光、电物理现象,对于雷电的形成有多种解释理论,通常认为是由于热空气上升,冷空气下降过程中的热交换,产生带有正负电荷的小水滴积聚形成积雨云,在积雨云(雷云)形成过程中,在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下,正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度,就会在云与云之间或云与地之间发生放电,也就是人们平常所说的“闪电”。

雷电灾害是客观存在的自然灾害,有史以来雷电给人类的生活、工作带来很大的影响。雷击释放的强大的瞬间脉冲电流产生巨大的热能、机械能并诱发脉冲过电压、过电流。造成建筑物倒塌、起火,人员伤亡,通信中断,系统瘫痪等严重后果。

证券计算机网络系统集中了大量微电子网络设备,其高度集成化,低工作电平和小工作电流的特点,又带来绝缘强度低,耐过电压、过电流的能力差等致命弱点。美国研究报告[AD-722675]指出:当雷电活动时,磁感应强度达到0.07GS时,计算机发生误动作,当磁感应强度超过2.4GS 时,计算机发生永久性损坏。根据统计,因雷电对微电子设备的破坏而造成的损失,已远远超过了雷击火灾的损失,成为当今电子时代的一大公害。

证券计算机网络需要交易系统高可靠运行,一旦遭受雷击造成设备损坏,将可能引起数据丢失、交易中断,造成设备损失和无法估量的间接交易损失,甚至引起社会不安定因素。

因此,《上海市雷电防护管理办法》第四条规定,建筑物防雷设计规范规定的一、二、三类防雷建筑物,石油、化工生产或者储存场所,电力生产设施和输配电系统以及邮电通信、交通运输、广播电视、医药卫生、金融证券、计算机信息等社会公共服务系统的主要设施应当安装防雷装置。

雷电侵袭的主要途径

一、直接雷击的侵袭

雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备(如卫星天线等)、各种架空金属线缆(如电力电缆、通信线路、网络布线等)。它可能在数微秒之内产生数万伏乃至数拾万伏的高压,产生火花放电,形成巨大的热能和机械能量,摧毁建筑物、设备,危及人身安全。

二、雷电波侵入

雷电虽然未直接击中建筑物或设备,但击中与本建筑物或设备相连的金属管、线,通过传导的方式经电阻性耦合将雷电波引入建筑物内,损害与之相连接的用电设备、通信设备、计算机网络等设备乃至危害人身安全。

三、雷击电磁脉冲干扰

雷击发生时,由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场,使附近导体上感应出很高的电动势,诱发强大的雷击电磁脉冲,经感性耦合、容性耦合或电磁辐射产生脉冲过电压和过电流损坏有关设备。

四、地电位反击

雷击发生时,由于接地系统客观存在的冲击接地电阻,在泄放雷击电流时,导致地电位升高和不平衡,若不采取等电位连接措施,将引起反击,当电位差超过设备的抗电强度时,可能造成设备损坏。雷电防护措施现代防雷是一个系统工程。包括建筑物防雷和电器设备安全防护两大部分,即外部防雷和内部防雷,防雷工程设计强调全方位防护,综合治理,层层设防。

B50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第1.0.5条要求:“电子信息系统应采用外部防雷和内部防雷等措施进行综合防护。”

对于证券营业部宜采取如下主要措施实施雷电防护:

一、建筑物及屋面设备的直击雷防护

建筑物应按GB50057-94《建筑防雷设计规范》(2000年版)一、二、三类防雷建筑物的要求安装完善的直击雷防护措施,防止雷击直接危及建筑物。对于设有信息系统的建筑物,GB50057-94第6.1.3条规定,“在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下,当建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时,宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施”。即按GB50057-94的要求安装接闪装置(如避雷针、避雷带、避雷网等)和接地装置。使建筑物及屋面设备(卫星天线、通信天线、空调机组等)在接闪器的保护范围内。

二、雷电波侵入和雷击电磁脉冲干扰防护

(一)供电系统防护措施

1.GB50343-2004规定,电子信息系统设备的“配电线路必需采用TN-S系统的接地方式”,“进出电子信息系统机房的电源线路不宜采用架空线路”。因此,证券营业部的供电线路应尽可能埋地接入,配电系统的接地需采用TN-S方式。

2.GA267-2000第8.1条要求,“凡设在年平均雷电日大于5的地区的计算机信息系统,原则上均应装设防雷保安器(电涌保护器,即SPD),以防止雷电电磁脉冲过电压和过电流侵入计算机信息系统设备。”因此证券营业部的供电系统应根据进线方式、布局和设备分布情况在总配电柜、分配电箱、UPS出、入端及主要设备端安装适配的电源电涌保护器,采用多级防护的方式,逐级分流,降低残留电压,保护系统用电设备。

(二)信号系统防护措施

GB50343-2004第5.4.2条要求,“进出建筑物的信号电缆,宜选用有屏蔽层的电缆,并埋地敷设”。因此引入或引出建筑物及机房的全部信号电缆,包括通信线路(DDN、ISDN、委托电话线路、可视委托线路、拨号线路等)、网络布线、卫星馈线及其他信号线路在室外布线时,应采用埋地敷设的方法。当由于条件限制,不能实现埋地敷设时,应穿金属钢管,金属钢管必需作良好接地,起到对信号线路的屏蔽作用,防止或减少直接雷击和雷击电磁脉冲经信号线路引入机房设备。

YD/T5098-2001第3.3.2条要求,“进局电缆的信号线均应加装信号SPD后,再接入通信设备。” 第3.2.3条要求,“地处多雷区、强雷区的通信局(站)各类网管系统的金属数据线,若长度大于30m且小于50m,其数据线一侧终端设备输入口应具有SPD;若长度大于50m,其数据线两侧的终端设备输入口均应具有SPD。”即各类信号线、网络数据线进出机房时,应在设备端安装SPD(电涌保护器),建筑物内的信号、数据线应根据布线长度在其一端或两端安装电涌保护器,重要设备如服务器、交换机的重要端口应安装电涌保护器。

屏蔽与接地系统

信息系统所在建筑物应采取屏蔽措施,可利用建筑物的钢筋混凝土的钢筋、金属支撑物、金属框架等自然构件构成格栅型大空间屏蔽,并实施等电位连接,使建筑物内部处于LPZ1防雷区。

证券营业部的电脑机房可利用装修吊顶、间隔和防静电地板的金属龙骨组成六面屏蔽网格,形成LPZ2防雷区。

重要信息系统机房(如总部机房、灾备机房)和有条件的营业部机房应增设电磁屏蔽设施,进一步降低机房内雷击电磁脉冲干扰。

室外卫星馈线和其它各种通信电缆应采用具有双层金属防护层的电缆,其外层金属防护层在顶部及进入机房入口处的外侧就近接地。当采用单层屏蔽电缆或无屏蔽线缆时,应穿金属管或金属线槽引入建筑物内,金属管(或线槽)的两端就近接地,金属管(或线槽)的连接处应有效跨接。

证券信息系统设备机房的接地系统应采用共用接地系统。宜利用建筑物基础钢筋地网或桩基网作为共用接地系统的基础接地装置。

无条件采用共用接地系统的机房,可设独立接地装置引入机房。独立接地装置不能与避雷带、避雷针及其引下线连接。

机房内防静电地板下应设置环型接地体或接地母排,环型接地体(或接地母排)与建筑物基础接地系统(或独立接地体)连接。电涌保护器接地线、电源保护地(PE)、机房防静电地板、金属走线架(线槽)、属穿线管道、金属机柜机架、重要设备不带电金属机壳、以及大面积金属门窗、吊顶和间隔用金属龙骨以及进出机房的其它金属管线,均应与环型接地体连接,采用M型或S型接地方式,形成等电位网。

布线布局

机房尽可能设置在建筑物低层中心部位,其设备应远离外墙结构柱,设置在雷电防护区高级别区域。

机房供电线路与信号线路应分开布线,并采用屏蔽电缆。非屏蔽电缆应穿钢管或走金属布线槽。钢管、金属布线槽与环型接地体连接,钢管、线槽连接处应有效跨接。

机房内信号传输线路和低压电力线的排列应远离建筑物有引下线、格栅或接地主筋的墙体。

通过因地制宜地采取以上综合雷电防护措施,将可大大提高证券信息系统的防雷安全度,防止或减少雷电对信息系统造成的危害,保障证券网络稳定可靠运行。

主要参考标准

1.GB50057-94《建筑物防雷设计规范》(2000年版);

2.GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》;

3.GA267-2000 《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》;

雷电电磁防护系统 篇3

【关键词】计算机信息系统;电子科学技术;雷电防护技术

【中图分类号】TP31 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158(2013)01—0052-01

雷电具有发生频率高,重复性和危害性等特点,根据雷电危害的途径划分,可以将雷电危害分为三类——直接雷危害、雷电静电感应危害和雷电电磁感应危害。在人类广泛应用电子技术前,雷电对我们生活的主要危害是直接雷危害,主要针对人和物进行雷击。电子科技得到普及后,由于我们的生活生产越来越多的与计算机电子电气设备相互联系,雷电对我们的危害就由原先的直接危害进入到雷电静电感应危害和雷电电磁感应危害。

雷电防护技术应遵循的原则

内蒙古兴安盟地处内蒙古自治区东北部,西北部倚靠兴安岭,由于兴安岭的分支都延绵向东南方向,所以兴安盟地势是由东南向西北逐渐升高,因此造就了兴安盟气候变化多样的局面,根据内蒙古兴安盟气象局多年来对该地区雷电的发生的统计资料来看,兴安盟年平均雷电日数二十九天左右,全年发生雷电现象无规律,但是可知夏季是兴安盟雷电多季,特别在中午之后到下午傍晚期间。根据我国对年平均雷暴日的划分等级来看,内蒙古兴安盟地区属于中雷区。

雷电防护技术应遵循以下原则:首先,计算机系统雷电防护遵循的原则与其他安全原则相同,都要以“预防为主,安全第一”为唯一方向。其次,针对内蒙古兴安盟地区的各方面条件等进行详细的分析,例如地理晴况、土壤水文条件、气象环境、雷电活动情况和规律以及雷击事故的原因和后期的解决办法等,在上述条件都调查清楚的基础上制定相符合的雷电防护措施。

计算机信息系统的雷电防护技术分析

根据对雷电危害的防护途径划分,可以将防护雷电分为三个部分:直接雷的防护、感应雷的防护以及线路来波的防护。

(1)、直接雷的防护

雷电不通过其他物体而直接击打在设置有计算机信息系统的建筑物上被看做是直接雷,针对直接雷击的主要防护措施就是采取在建筑物等上面安装避雷针和接地装置。通都是在建筑物最顶端安装避雷针或避雷线等,避雷针或避雷线都有多条进引导,根据原则应该布置四根以上的引下线进行引导,在两条相邻的线之间最大相隔距离应小于等于十二米,称为对称布置法。其主要目的在于分离相间布置的引下线,使其相隔较远,进而可以均衡电位。在对避雷设施的要求上是保证用镀锌扁钢与建筑物顶端的避雷针和避雷带下端接地连接,这样可以在最大的安全范围内对计算机信息系统的各个设备进行保护,针对不同的雷击途径和计算机信息系统,要采取不同的防雷措施,以期取得最好的雷电防护效果。

(2)、感应雷的防护

所谓感应雷即是我们常说的二次雷击,二次雷击又分为静电感应雷和电磁感应雷。在雷电产生的时候,由于雷电电流变化极大,又有电流产生,因而会产生强大的交变流电磁场,金属又是电流的良好导体,这样一来周围的金属物件都会产生感应电流,感应电流会向周围的物体进行放电。此时如果雷击导线连接,并被感应电流感应到,就会对计算机的通信连接设备产生极大的破坏。

在对计算机信息系统的感应雷电防护中,应该始终注意使建筑物内个楼层间进行分层屏蔽感应电流。对避雷设备要注意对其线路终端的设施进行架空,在供电变压器两侧都要进行金属氧化物避雷器的安装,主要是安装在高低压两侧。在这里值得注意的是,针对计算机信息系统的各个电源设备设施的所有接地线,都要分别和电缆沟的铜排进行相连接,这样就能够形成环形接地母线连接。

对计算机系统的雷电电磁干扰防护措施中,对屏蔽网的设计应该着重注意对计算机系统的中心机房装设,可以对电磁干扰进行评比的屏蔽网,此屏蔽网要特别根据抗电磁干扰的要求进行设计。盒状的金属壳体,以及包围在金属壳体外围的导线,以及连续的金属网等来构成一个比较完整的屏蔽设计。对屏蔽设计的要求主要有一下几点:第一,注意对计算机信息系统中心机房的屏蔽,如果机房的计算机设备对屏蔽的要求较高,那么就要针对这种情况在机房周围安装金属屏蔽网。第二,对设备的信号线的屏蔽,以及包括电源线注意防电磁干扰。要特别注意的是所有的信号线不论是在建筑物室外还是室内,都必须进行屏蔽设计。通过上述分析可以看出,在采取屏蔽电磁干扰和对地进行接地的两项技术措施,都能有效的保证计算机信息系统的安全,这也是在最大范围内降低了最小的破坏程度。

(3)计算机信息系统雷电防护中的线路来波防护

线路来波防护主要是针对雷电通过架空的线路或者其他金属管道产生雷电波并由架空线路或者金属管道作为媒介直接导人计算机信息系统中枢机房内的危害进行防护,即保证了设备设施的安全,又保证了操作人员的切身安全。根据我国国内雷击事件的统计和分析,在所发生的雷击事故中,雷电波侵入造成的破坏事故所占比例为一半以上。因此,要减少或杜绝此类雷击事故发生,就要主要两点:第一是给计算机信息系统的中枢机房装置避雷设备,从而达到控制电压幅值波动较大的目的;第二,对进线端进行保护设计,这样可以在雷电进入中枢设备的源头进行控制,减少雷电波发生。

近年来由于电子信息技术的高速发展,人们的生活和工作等对计算机系信鼠设备的依赖越来越强烈,为了保护我们的利益,就要保证这些系统的安全运行。雷电是我国十大自然灾害中影响最为广泛,且破坏力度最大的灾害之一,它的产生会发生不同程度的电磁干扰现象,这就会给我们的计算机信息系统的运作带来不可避免的影响,那么如何降低影响也是确保经济和社会稳定发展的关键。

参考文献

[1]龚细明,苗健,段和平.计算机信息系统的雷电防护技术初探[J].江西气象科技,2005,(08)

[2]宋佰春,李斌,袁安芳.计算机信息系统的雷电防护技术初探[J].计算机应用于软件,2008,(10)

[5]刘佼;徐彬彬;孙大雨;川气东送扬子站雷击风险评估方法综述[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年

[4]卢干斌;李碧;浅谈CORS系统的整体防雷[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十四次学术信息交流会论文集[C];2010年

水厂雷电电磁防护技术研究 篇4

随着科学技术的发展, 目前天津市水厂自动控制普遍采用计算机或可编程控器组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控网络。由于这些微电子设备本身存在着绝缘程度低, 过压耐受能力差的致命弱点, 一旦受到雷电电磁脉冲的危害, 轻则造成系统运行失灵, 重则造成永久性损坏。所以对自动控制系统采取有效的防雷保护措施是保证水厂在雷雨季节能够正常工作不可缺少的重要环节。通过对水厂自动监控设备的实地考察, 设计并建成了天津通用水务公司雷电电磁防护系统。从而把雷击造成的经济损失降到了最低点。

2 设备遭雷击受损的形式

直接遭受雷击而损坏;雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入, 使设备受损;设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏;设备安装的方法或安装位置不当, 受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。

3 适用于水厂自动化监控设备防雷系统的解决方案

3.1 指导思想

根据目前系统现状, 进行防雷系统工程的实施, 确保系统设备能够正常工作, 保障人员及设备的安全是十分必要的。因此我们的设计方案以国家标准、行业标准作为依据, 结合天津市通用水务有限公司自动化信息系统的具体情况, 充分体现了“高质量”及“低成本”的设计理念。

3.2 执行标准

GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》;GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》;GB 50174-1993《电子计算机机房设计规范》

3.3 防雷系统的设计思路

建筑物的防雷措施主要有:

(1) 直击雷防护。依据建筑物的高度、结构等采取直击雷防护措施, 包括接闪装置、引下线和接地装置三大部分。

(2) 弱电防护。由于雷击发生时至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放, 因此主要防护措施:电涌保护器安装和等电位连接。主要分为以下步骤: (1) 电源系统电涌保护器安装; (2) 通信线路电涌保护器安装; (3) 屏蔽、等电位连接、接地和综合布线

3.4 水厂雷电电磁防护系统的一般性架构

3.4.1 电源防雷

根据机房建设的要求, 配电系统电源防雷应采用三级防护。由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同, 相应其避雷器的性能特点也不尽一致。

3.4.2 信号系统防雷

与电源防雷一样, 通讯网络的防雷主要采用通讯避雷器防雷。目前, 计算机远程用联网常采的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等, 通讯网络设备主要为MODEM、DTU、路由器和远程中断控制器等。

3.4.3 等电位连接

等电位连接的目的, 在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差, 防止雷电反击。

3.4.4 金属屏蔽及重复接地

在做好以上措施的基础上, 还应采用有效屏蔽、重复接地等办法, 避免由架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备, 尽可能由埋地缆进入, 并用金属导管屏蔽, 屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地, 最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压。

3.5 解决方案

3.5.1 天津通用水务公司安装雷电防护系统前的状况

供电配电系统无防护措施;仪表及控制系统无防护措施;无等电位连接。依据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》确定天津通用水务有限公司自动化信息系统雷电防护等级为C级防护标准。

3.5.2 供电系统防雷措施

当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时, 将在输电线路上形成雷电冲击波, 其能量主要集中在工频至几百赫兹的低端, 容易与工频回路耦合。雷电冲击波从配电线路进入供电系统造成瞬态过电压使设备损坏。因此根据GB50343-2004《建筑物电子信息系统技术规范》、GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》的要求, 我们对水厂供电系统采取三级防雷保护措施。

第一级在水厂变电室低压侧输入端, 采用通过Ⅰ级分类测试实验的TPS-B50/3+N型防雷器, 主要泄放外线等产生的过电压, 其通流量大泄放波形为10/350μs。由于水厂面积较大各个部门相距较远, 地埋缆线线路长, 因此在变电室低压侧的输出端, 采用TPS-B100/3+N防雷器泄放波形为8/20μs。最大放电电流可达100kA。

第二级在各个部门配电箱柜进线端, 采用三相压敏电阻型防雷器TPS-B100/3+N。该防雷器电路由具备性能良好的非线性特性 (α>30) 的氧化锌压敏电阻组成。这使得该防雷器即使在高能量的过电压冲击下, 也能够最大限度地降低线路感应过电压和雷电残压, 它具有良好的限压特性。

第三级在单个设备前端安装TPS-C40/3+N防雷器主要泄放前面的残压, 完全可达到箝位输出, 其残压低, 响应时间快。

3.5.3 信号系统防雷措施

天津通用水务公司自动化系统信号采集是采用屏蔽电缆埋地完成的, 通信接口为485方式。液位计10台分布于各个部门, 传输信号4~20mA。监控线路是由各个监控点汇聚到传达室, 这使得信号线路传输距离比较远, 容易受到电磁感应的影响, 会造成设备损坏。为了保证系统在雷雨季节能够正常工作, 我们依据GA371-2001《计算机信息系统实体安全技术要求》第5.4.3规定:电源进线、信号传输线在进入计算机信息系统设备时必须安装浪涌保护器。

浪涌防护装置是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的高电压限制在一定范围内, 保证用电设备不被击穿的防护装置。常用的种类繁多, 可分为三大类放电间歇型、阀型和传输线分流型。

(1) 485屏蔽电缆。保护级别:通信线缆精细级保护;所选产品:TMS-M24R信号防雷器;安装地点:在屏蔽电缆两端进行防雷保护。保护范围:PLC 485端口。

(2) 4~20mA信号线。保护级别:信号线端口精细级保护;所选产品:TMS-P2信号防雷器;安装地点:在水位计两端进行防雷保护。保护范围液位计一次、二次表。

(3) 监控系统电源、视频、信号线。保护级别:监控电源、视频、信号线端口精细级保护;

所选产品:TTS-CCTV-3/220AC防雷器;安装地点:在传达室设备采集端进行防雷保护;保护范围:监控系统采集设备。

3.5.4 等电位连接措施

接地执行GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》。有交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地四种接地宜共用一组接地装置, 其接地电阻按其中最小值确定;若防雷接地单独设置接地装置时, 其余三种接地宜共用一组接地装置, 其接地电阻不大于其中最小值。

4 结论

(1) 通过上述对防雷电电磁脉冲装置多方面分析, 为了能保证防雷电电磁脉冲装置安全可靠地运行, 我们对防雷电电磁脉冲装置有一个全面科学的认识, 体会到只有从多方面去了解防雷电电磁脉冲装置的运行情况, 才能对其性能做出客观的评价。

(2) 通过对通用水务雷电电磁防护系统设计和安装, 已经形成完整的系统解决方案, 我们可对不同类型的防护对象采用不同的防护设计和防雷电电磁脉冲装置的选型。

实践证明, 此雷电电磁防护方案安全有效, 达到预期的设计要求, 符合设计雷电电磁防护设计规范。

摘要:指出了目前天津市水厂自动控制普遍采用计算机或可编程控器组成的监控网络, 然而这些微电子设备一旦受到雷电电磁脉冲的危害, 轻则造成系统运行失灵, 重则造成永久性损坏。通过实地调研, 建立了天津通用水务有限公司雷电电磁防护系统, 安装了相应的浪涌防护装置, 从而将雷电灾害降到了最低限度。

关键词:通用水务,雷电电磁防护系统,浪涌防护装置

参考文献

[1]卢宜.水厂自动化系统的防雷措施分析[J].中国新技术新产品, 2010.

[2]杨时.防雷技术在水厂自动化控制系统中的应用[J].科技资讯, 2012.

雷电电磁防护系统 篇5

a)开展煤矿自动化控制系统雷电安全防护工作可以为煤矿安全生产工作提供保障。煤矿自动化控制系统涉及到煤矿生产中的方方面面,如排水通风、监控系统等,这些装置在工作过程中都需要借助于自动化控制系统才能发挥功能。而雷电防护体系的建立,可以为设备的完善提供基础条件,并保证矿井安全体系的有效性得到提升;b)煤矿自动化控制系统的雷电安全防护可以保证煤矿工作生产的正常有效开展。一般来说,煤矿生产必须具备较强的连续性,而煤矿自动化系统的建立,也是为了对煤矿生产的连续性进行充分保障;c)煤矿自动化控制系统在雷电安全防护的作用下,自身的风险率将会极大地降低。总的来说,弱电体系本身承载能力有限,当出现雷击现象之后,可能会由于自动化控制系统中传输信号无法承受较大的电压和电流而导致熔断和穿透现象的出现,并造成设备的大范围损坏。雷电安全防护策略的实施,不仅合理地避免了上述问题的出现,还能为整个系统提供保护性支撑,促使自动化控制系统在煤矿开采过程中发挥更大的作用[2]。

电视发射机房信号系统的雷电防护 篇6

1 雷电对电视发射机房信号系统的危害阐述

1.1 对电视发射机房信号系统的故障分析

从上面的分析可知, 我国现阶段使用范围最为广泛的电视发射机是采用全固态发射机。全固态发射机具有功率器件的寿命可达数十万小时, 故障率相对要低很多、整机工作电压低、设备运行安全、维护工作量少等多种优点。但是其局限性也是比较突出的, 如果不提前对缺点采取措施, 就会造成严重的后果, 更有可能造成发射机的永久损坏。通常情况下全固态发射机的故障有两大因素造成, 一是机器本身的内部因素造成, 全固态发射机由于组成的材料原因, 在运行过程中有可能出现工作温度过高或者运作过程过于激烈的情况。二是外界的环境因素造成, 其最为突出的自然因素就是雷击, 在雷雨天气时, 防护措施不够妥当就有可能造成雷击电视发射机的事情发生。一旦发生设备的雷击事件将会造成发射设备的永久性故障, 更有甚者也会对正在操作的工作人员造成无法挽回的人身伤害。所以要做好电视发射机房的雷电防护是相当重要的。

1.2 雷电对电视发射机房信号系统的破坏途径

为了能对雷电破坏采取有效的措施, 就有必要了解雷电对电视发射机房信号系统的破坏途径都有哪些。放雷电保护对于电视发射台而言是十分重要的问题, 在做防护措施时不仅要对发射设备进行保护, 也要对天线和电源系统做出相应的防护措施。就现在电视发射机房信号系统所使用的全固态发射机, 就要采取更高的防雷电措施, 通常要尽量改善发射机所处的外部环境, 进而减少因雷电而引起机器的损坏。另外, 在电视发射机的设计过程中, 要考虑到有可能造成的雷击破坏, 所以在制造过程中要增加防雷电的保护措施, 并对生产出的发射机进行全面的严密防护, 以上防护将会很大程度上使发射设备不受雷电的破坏而正常运行。雷击电流的时间是很短的, 但是其造成的破坏是巨大的。雷电对电视发射机房信号系统的破坏途径主要分为3种类型, 分别为感应雷、直击雷和雷电波。其中感应雷破坏的途径主要是通过发射机房的传输电线, 对电线两端相连接的电气设备造成破坏。直击雷破坏途径更加的直接, 主要是通过接收和发射天线侵入破坏相应的设备。最后是雷电波, 雷电波是指输电架空线遭雷击时所产生的电波, 雷电波传播迅速并且传播无规律, 它可以向各个方向传播, 所以对电视发射机房信号系统的信号传播将会造成很大的干扰。因此, 为了更好的进行防护雷电工作, 应该根据雷电不同的破坏途径以及雷电不同的特点进行防护。

2 电视发射机房信号系统的雷电防护措施

根据雷击的不同形式应采取不同的防雷击措施, 下面主要谈论四方面的防雷措施:天线防雷、电源防雷、传输电缆防雷和设备接地保护。

2.1 天线防雷

在对电视发射机房的天线采取防雷措施时, 首先要对发射机房的信号发射塔最顶端安装可以防护巨大雷击电流的避雷针以及对云层中的静电荷进行放电保护, 其次要对发射机房的发射和输出天线安装避雷针, 通过它含有的放射线化解云层中含有的电荷。此外, 在对天线防雷保护中也要注意天线防雷接地系统。在做天线防雷接地系统保护措施时要尽量做到最小电阻的理想接地。最后, 也是天线系统防雷的最重要设备, 那就是天线基面绝缘体上的放电球, 它主要是一对放电器组成的, 此放电器很坚固, 中间含有空气绝缘隙, 它是天线防雷中非常有效的第一级防雷保护器。

2.2 电源防雷

若雷击对电视发射机房的电气设备造成损坏时, 电源是电视发射机房的共同载体, 它也将会造成损坏, 而电源的成本比较高, 如果遭到雷电的破坏, 就会破坏整个电视发射机房的运行, 造成的经济损失可想而知, 所以对电源进行防雷保护也是相当的重要。同样要在电视发射机房的电源上安装避雷针, 并且要注意在关键的电源设备终端安装隔离变压器, 这样可以防止雷电通过电源对发射机系统造成破坏。

2.3 传输电缆防雷

电缆是电视发射机房中各个设备的连接和传输的重要原件, 如果传输电缆遭到雷击也将会对整个系统造成很大的影响, 所以对电缆的防雷电保护也非常重要。由于电视发射机房要进行信号安全发射所使用的设备较多, 所以连接设备的传输电缆比较复杂, 因此, 传输电缆线路的防雷保护主要是通过将所有架空电缆紧紧依附在钢绞线上, 每隔一定的距离打一条接地线, 并将电缆的外导电屏蔽层和大地连接。此方法可以减少电缆感应雷电的进入。此外, 还需要对发射机房传输电缆的线路接入口增加设置避雷器装置, 来保护传输电缆线路以及电视发射机房里的各个设备的安全。

2.4 设备接地保护

在电视发射机房信号系统中设备接地是必须采取的防护措施。既然设备必须要接地, 那么设备接地也就有必要采用相应的防雷措施, 一般RE、IF在电视发射机房的发射机中的公用参考点被称为地线。空间传播的雷电电磁对电视发射机发出的信号具有很大的干扰作用, 可以影响到用户的正常使用, 但是接地对空间传播的雷电电磁干扰有很好的防护作用, 可以很大程度上消除雷电电磁对电视发射机发出的信号干扰。

3 结语

通过以上分析, 可以知道对电视发射机房信号系统进行雷电防护具有重大的意义。若电视发射机房在运行时不采取相应的雷电防护措施将很容易发生雷击事故, 造成设备和人员的伤亡。根据雷电对电视发射机房信号系统途径的分析, 采取了相对应的防雷电保护措施, 这样就大大提高了雷电防护的安全系数, 从而保证了电视发射机房信号系统的正常。

摘要:电视发射机房是电视信号发射的重要基地, 只有电视发射机房信号系统的电视信号安全成功的发射, 才能保证广大用户正常的使用。而雷电是影响电视发射机房信号传输的首要威胁, 所以对电视发射机房信号系统进行雷电防护具有重要的意义。文章通过雷电对电视发射机房信号系统破坏途径以及雷电的类型和特点的分析, 探索了关于雷电防护有效措施。

雷电电磁防护系统 篇7

SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文首字母缩写, 意思是数据采集和监控, 是一种实时采集和分析数据的计算机监控系统。SCADA系统主要由两大部分组成:一是下位机系统, 即可编程逻辑控制器控制系统, 该控制系统为热备可编程逻辑控制器控制系统;二是上位机系统, 即计算机实时监控系统, 实时监视与控制现场设备。该系统包括CPU模块, 电源模块, 各种通讯模块, 各种输入输出模块和UPS电源安放在PLC机柜室;各输入输出模块电缆与站场的液位开关、液位计、压力变送器等现场仪表通讯, 采集数据, 输出指令, 保证输油生产正常运行;CPU通过以太网模块、交换机、协议转换器、路由器通过光纤到通讯系统, 通过局域网与公司SCADA服务器通讯, 站控工作站通过交换机与下位机系统通讯。SCADA系统电子信息设备的耐压和抗电磁干扰性能比较低, 雷电所伴随的强大的感应电磁场以及在金属导体中产生的感应过电压, 影响着SCADA系统电子设备的正常工作, 每年雷雨季节, 时常有输入输出模块击坏的现象, 给输油生产带来很大的隐患, 为了输油生产正常运行, 有必要对SCADA系统设备进行防雷保护。

1 雷电的本质及效应

早在1772年美国科学家富兰克林就首先揭示了雷电的本质, 实际上是一种电现象, 雷电发生时可在千分之几秒到十分之几秒产生几百千安的电流、几百千伏的电压、十亿到上亿瓦的电能、上万度的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应, 给人类造成多种危害。人类通过总结认识到了雷电的效应:雷电对人体的生理效应;雷电的电动力效应;雷电冲击波效应;雷电光辐射效应;雷电的热效应和机械效应;雷电的静电感应效应;雷电电磁感应效应;高电压引入效应。认识到了雷电各种入侵路径, 提出各种预防雷电的方法。下面主要谈谈下位机系统防雷措施。

2 现场仪表的防雷

现场仪表主要处于室外, 容易遭受直击雷的袭击, 雷电直接击在仪表上, 产生高电压高电流, 因此必须电气防雷结合, 尽量避免仪表成为接闪器;雷电的静电感应效应和电磁感应效应而在仪表及线路上感应高电压大电流, 击毁仪表设备绝缘和设备, 必须采取有效的措施加以防范, 可以采取以下屏蔽措施:仪表的金属外壳、金属保护箱应为全封闭的, 屏蔽各种静电和电磁干扰;需要进行雷电防护的非金属外壳的仪表应装在钢板材质的仪表保护箱内;现场仪表的金属外壳、仪表保护箱、接线箱及机柜的金属外壳应就近接地或与接地的金属体相连接, 以便雷电流尽快泄放到大地, 以防雷电高电压高电流对仪表内电子设备损坏, 现场仪表金属外壳可以通过金属安装支架或金属设备自然接地;金属容器、塔器和操作平台上现场仪表应与操作平台和设备等电位连接, 防止雷电流产生的电位差, 造成仪表损坏或对人体的伤害;连接电缆应采用铠装的屏蔽电缆或屏蔽电缆全程穿钢管或封闭的金属电缆槽敷设, 外屏蔽层至少两端接地, 内屏蔽层一端接地;仪表信号线采用双绞线芯对;对雷电产生的浪涌电流, 现场仪表应采用装配式电涌防护器, 也可以采用内置集成式电涌防护器或通用的电涌防护器, 安装电涌防护器不能破坏仪表的防护等级的要求。

3 PLC机房的防雷

PLC机房的特点是具有大量的电子设备, PLC的输入输出模块通过电缆与现场仪表设备相连, 系统遭受雷击的路径主要有以下三种:直击雷, 感应雷, 高电位沿电源线、信号线和控制线传入。

3.1 直击雷的防护

当直击雷击中机房时, 机房会有很强的雷电流, 平均有30KA, 如果机房没有直击雷的防护设备, 当雷电击中时, 机房的电压降分布不均匀, 进而造成局部高电位反击, 从而损坏设备, 甚至伤害人员;再有, 强大的直击雷电流使机房的地电位升高到几万伏, 甚至几十万伏, 并通过电源线和信号线的接地系统同时破坏接在电网和信号线上其他设备, 这种雷击是对机房设备危害最严重一种, 在雷雨季节, 在管道的基层站队时常有机房设备遭雷击的事件发生, 损坏PLC模块、仪表和其他计算机设备, 一些管道基层站队的PLC机房没严格按照石化企业计算机机房设计规范的要求设计, 只是一般企业厂房, 达不到PLC机房的防雷要求。机房所在大楼应设置独立的避雷针和避雷网把整座建筑物保护起来, 将雷电流引入足够远的地方入地, 避免雷电流入地时产生的高电位通过电源线、信号线和控制线反馈造成破坏。

3.2 感应雷的防护

感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的, 感应雷通过两种不同的感应方式入侵导体。

静电感应:当雷云中的电荷积聚时, 附近的导体也会感应相反的电荷, 当雷击放电时, 雷云中的电荷迅速释放, 而导体中原来被云电场束缚得静电也会沿导体流动寻找释放通道, 会在电路中形成电脉冲。

电磁感应:在雷电放电时, 迅速变化的雷电流在周围产生瞬变的电磁场, 在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究表明, 静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。

管道企业几年前的通讯系统采用的微波通讯的方式, 每个基层站队都有微波塔, 高的有100多米, 矮的也有大几十米, 应是很好的避雷装置, 但是, 站队的PLC设备仍然常常遭受雷击, 微波塔没成为避雷器, 反而成为了引雷器, 测试接地电阻也符合标准, 原来雷云对微波塔放电电流有极大峰值和陡度在它周围的空间内有强大的变化得电磁场, 处在这样电磁场中的导体会产生出较大的电动势, 如果形成闭合回路还会有感生电流, 由于微波塔的存在, 基层站队落雷机会反而增加了。这是防感应雷的措施不到位而导致的。

为防止感应雷对SCADA系统的破坏, SCADA系统电源线、信号线、控制线采用有金属屏蔽层的电缆, 全线直接埋地进线或没有金属屏蔽得电缆穿金属管进线, 如果不能做到全线直接埋地, 直接埋地的绝对长度不应小于15M, 在架空线与埋地线交界处应焊接氧化锌避雷器。为防止雷电波的冲击, 所有进出大楼的金属物包括各种金属管道各种电缆的金属外皮, 建筑物本身的基础钢筋网以及大型的金属构件如配电屏、UPS机柜、PLC机柜等都应连接成统一的电器整体, 与同一的接地网相联;所有进出建筑物的金属传输线得不能直接接地的部分, 如电源相线、数据线都应接上合适的避雷器, 并将其接地与机柜外壳接地接到统一的接地网, 构成等电位连接, 避免雷电反击, 由于雷击产生的暂态电磁脉冲可以直接辐射到PLC模块上, 也可以在电源和信号线上感应出暂态过电压波, 沿线路侵入PLC模块, 使PLC模块失灵或损坏, 利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效措施, 模块的金属外壳, PLC金属机柜, 电缆的金属保护套等都是很好屏蔽材料;由于楼的顶层容易遭受侧击雷的袭击, 机房应尽可能安装楼的底层靠中间的地方, 尽量避开楼的顶层和墙。

3.3 电源线、信号线、控制线雷电防护

为了避免高电压经过避雷器对地放电后的残压过大或因更大的雷电流击毁避雷器后继续毁坏后继设备, 以及进一步防止电缆遭受二次感应, 电源线应采取多级保护, 管道企业基层单位的供电一般经过高压变电到低压间配电, 再进入PLC机房给UPS电源供电, 已经进行2级保护, 但在雷雨季节仍然发生过雷电击毁UPS电源的现象, 因此UPS电源进线端仍有必要加装电涌保护器的需要, 从配电间到PLC机房的电源线应采用有金属屏蔽层的电缆全线埋地进线或无金属屏蔽层的电缆穿金属管进线, 屏蔽层两端接地或多点接地, 以尽快泄放雷电流。

信号线和控制线与现场的仪表设备相连, 易遭受雷击, 而在线路导体上产生高电压, 以雷电波的形式向线路两端转播, 毁坏现场仪表和PLC模块, 信号和控制线必须采用铠装的屏蔽电缆全线埋地进线或无金属屏蔽层的电缆穿金属管进线, 根据电流的趋肤效应, 大部分电流是通过金属外表流过, 因此线路外表应做金属屏蔽处理, 做好屏蔽接地, 使雷电电磁感应通过屏蔽层泄流到大地而起保护作用。铠装层必须两点接地或多点接地, 屏蔽层一端接地, 芯线采用双绞线的线对, 以消除雷电共模干扰, 不能直接接地的芯线加装电涌防护器接地, 采用等电位连接, 消除雷电暂电流路径与金属物体之间的击穿放电, 需要对室内的金属构件进行等电位连接与建筑物的防雷接地系统相连接, 形成一个电气连续整体, 避免发生雷击时不同的金属外壳或构架之间出现暂态电位差, 造成绝缘或设备的损坏。

工作站的雷电防护与PLC机房的防护类似。

4 结束语

近年随着SCADA系统规模越来越大, 控制的设备越多, 企业加强了对雷电重视, 采取了一些防雷措施, 取得了一些成果, 但所有防雷措施不可能取得100%的防护效果, 防雷设计是一个系统工程, 必须具有整体观念, 综合考虑。

摘要:本文分析了管道企业SCADA系统的特点、雷电侵入的途径及产生的影响, 着重阐述了管道企业SCADA系统的综合防雷措施。

关键词:管道企业SCADA系统,雷电影响,防雷措施

参考文献

[1]刘刚, 邓春林.防雷与接地技术概论[M].华南理工大学出版社, 2011.

电子企业供电系统雷电防护探讨 篇8

1 周宁目前防雷工作的现状

近几年来, 在周宁县防雷中心的努力下, 防雷减灾工作逐年加强, 防雷设施的防灾减灾作用明显增强。但是, 仍有一部分部门和单位对此项工作认识不足, 尤其是一些应安装防雷设施的地方没有安装必要的设施, 对弱电设备的雷电防护不到位。还有不少单位的防雷设施年久失修, 不仅起不到防雷作用, 甚至成为引雷的祸端, 因防雷设施不完善而造成损失的事例仍为数甚多。跟据县防雷中心近几年的检测结果看, 防直击雷设施不合格率仅50%, 防感应雷设施不合格率竞达90%以上, 多数设施都未采取防感应雷措施, 而雷击事故的90%都是因感应雷引起的, 如从电力线路和信号线路侵入的雷电波, 真正因直击雷受损的事例不多。这也是这些年雷击事故频繁的重要原因之一。宁德市气象局于2002年7月联合下发了《关于加强全区防雷设施安全管理工作的通知》, 周宁县人民政府也制定了《周宁县建筑物防雷设施管理若干规定》、《周宁县人民政府关于加强我先防雷设施管理的通知》, 对各种建 (构) 物防雷设施的设计、施工、验收、检测提出了具体要求。

2 电源线路布置

1) 为了防止雷电过电压波沿输电线路入侵, 供电线路一般都采用埋地电缆引入, 金属管道埋地长度为L≥2ρ1/2 (ρ为埋地电缆处的电阻率) , 但不应小于15m, 起分流、降压作用。

2) 电源线路系统应置于金属屏蔽线槽内, 屏蔽层至少应两端接地, 布线过程中尽可能并避免大感应回路的出现, 尤其是在垂直平面内不应存在大的感应回路, 且线路应位于建筑物电磁干扰最低的部分, 其线路的布置应满足雷电风险评估后得出的安全距离。所有电器设备、电源插座、线路在距离外墙2.19m范围内安装或布置。当线路不得穿越格栅防雷区界面时, 应在界面处设等电位连接端子, 把电源线路的金属屏蔽层在界面处做等电位连接。

3) 根据GB50057—1994 (2000) 版第6.4.3条可知, 当流入线路的雷电大于以下数值时, 绝缘可能产生不可接受的温升, 屏蔽电缆和绝缘可能产生不可接受的温升, 因此, 敷设线路的长度应大于Lc≤Ub/8ρc106时, 电源的屏蔽电缆才是安全可靠的。

4) 电源线路的布线和网络线路综合布线应分开布设, 平行大于0.6m, 交叉净距不小0.3m, 以防互相干扰。

3 选择电源配电系统

正确选择各种配电系统, 是电气装置保护设计中十分重要的, 如果选择不当, 会造成投资浪费, 所引起的雷击问题是很难用保护措施来补救的。

当电源采用TN系统时, 从建筑物内总配电盘 (箱) 开始引出的配电线路和分支线路必须采用TN—S系统。

1) TN—C系统中, PEN线通过正常负荷电流, 当发生雷击时, PEN线通过雷电流I, 有时还通过三次谐波电流, 这样在PEN线上产生的压降 (U=I*ZPEN) 将呈现在用电设备外壳和线路金属管上。当由于雷电流机械力作用使PEN断线或相线对大地短路等时, 将呈现更高的对地故障电压, 故障电压超过安全值, 不仅能损坏设备和电击伤人, 也能对地放电, 引起爆炸和火灾。因此拥有数据处理设备和精密电子仪器设备的电子企业不宜采用TN—C配电系统。

2) TT配电系统中, 设备金属外壳用单独的接地极接地, 与电源的接地在电气上无联系, 各建筑物均有自己的接地系统, PE线互不相连, 这就杜绝危险故障电压或雷电过电压沿PE线自户外窜入建筑物的危险, 它适用于对地要求较高的数据处理设备和电子设备的供电系统。

4 电源线路保护接地

1) 电源线路在入户端应做重复接地或做总等电位连接, 并在各层放雷区界面处做局部等电位连接。重复接地和总等电位连接作用是在发生故障时减少接触电压, 并在发生PEN线断线时减少中性点漂移引起的三相电压不平衡度, 从而在一定程度上减少电子系统的损害。

2) 在TN接地系统中, 当电气设备接地线地下部分与避雷接地装置联通, 地上分开时, 电气设备及配电线路只要保证与避雷装置间隔满足SK≥0.5hx的要求, 则接地装置不会因散流电位引起电气设备内外间的反击, 在TN—C—S系统中, 电气设备的工作零线 (N) 与保护线PE在电源进户端及各防雷区界面 (建筑物各层等电位接地铜排) 做等电位连接, 电子设备的浪涌保护装置就近与PE连接, 雷击时显然设备内外之间电位近于相等, 即UAB=0, 故不会发生反击。

5 电源线路安装SPD以防LEMP

1) 电子信息系统的风险评估, 根据以上风险评估, 一般电子企业在高压侧已按要求安装相应浪涌保护器, 低压采用三级以下SPD防护就足够了。

2) 在低压配电系统进行大楼总配电箱处、每层分配电箱处、计算机数据处理系统机精密仪器电源三处安装相应通流量的SPD。根据建筑物防雷等级和各种设施 (如该建筑物的接地系统、水管、电力等外来导体) 之间的雷电流分配按欧姆定律作用计算确定。

6 结语

雷电对电子企业电源系统的破坏, 主要是雷击建筑物或邻近雷击放电产生的LEMP, 由辐射、感应、耦合等造成雷电高压通过供电线路传导到设备终端、击坏设备。解决好布线、屏蔽、等电位、分流、安装SPD保护问题, 就能减少LEM P的干扰, 很大程度上减少雷电通过电源线路对电子企业的人员和设备的损害。

摘要:本文就电子企业供电系统的内部雷电防护措施进行探讨。通过电源线路布置、选择电源配电系统、电源线路保护接地、电子信息系统的风险评估等, 很大程度上减少雷电通过电源线路对电子企业的人员和设备的损害。

关键词:电子企业,供电系统,雷电防护

参考文献

[1]建筑物防雷设计规范G B50057-1994 (2000) 版.

[2]建筑物电子信息系统防雷设计规范G B50343-20043.

安防监控系统的雷电防护设计 篇9

分析郑州市1951年—2010年的雷暴观测资料发现:郑州市初雷日一般出现在每年的4月中下旬, 9月以后, 雷暴日数明显减少, 终雷日一般在每年的9月底。一年中雷暴日主要集中在夏季的6~8月, 约占全年总雷暴日数的77.8%, 且以主汛期的7月为最多 (占夏季雷暴日数的45.3%) , 占全年总雷暴日数的35.2% (年平均各月雷暴日分布如图1) 。而郑州市的强对流天气一般也是出现在汛期的6~8月之间, 据统计, 有90%以上的雷暴天气同时伴有降雨、短时大风、冰雹等强对流天气。虽说郑州市不属于多雷区, 但是对于雷电灾害这方面仍需防护。金域华府位于郑州市农业西路, 地势平坦, 周围起伏不大。

1 安防监控系统的构成以及遭受雷电灾害的主要原因

1.1 金域华府安防监控系统的概述

安防监控系统是应用光纤、同轴电缆或微波在其闭合的环路内传输视频信号, 并从摄像到图像显示和记录构成独立完整的系统[1]。它能实时、形象、真实地反映被监控对象, 并通过录像机记录下来。同时报警系统能对非法入侵进行报警。金域华府监控机房位于大门保卫处, 整个小区共有24个摄像头, 其中4个球机, 20个枪机。除小区所有主要通道及停车位外, 还兼顾所有单元进出门。一旦有雷击灾害, 损失将是巨大的。小区监控分布图如图1所示。

1.2 监控系统的构成

1.2.1 前端部分

前端完成模拟视频的拍摄, 探测器报警信号的产生, 云台、防护罩的控制, 报警输出等功能。主要包括摄像头、电动变焦镜头、室外红外对射探测器、双监探测器、温湿度传感器、云台、防护罩、解码器、警灯、警笛等设备。

1.2.2 传输部分

传输部分主要由同轴电缆组成。传输部分要求在前端摄像机摄录的图像进行实时传输, 同时要求传输具有损耗小, 可靠的传输质量, 图像在录像控制中心能够清晰还原显示。

1.2.3 终端部分

该部分是安防监控系统的核心, 它完成模拟视频监视信号的数字采集、MPEG-1压缩、监控数据记录和检索、硬盘录像等功能。它的核心单元是采集、压缩单元, 它的通道可靠性、运算处理能力、录像检索的便利性直接影响到整个系统的性能[2]。

1.3 监控系统遭受雷击损害的主要原因

现代的安防监控设备均系微电子化产品, 这些监控设备具有高密度、高速度、低电压和低功耗等特性。因安防监控电子设备的精密, 耐过电压能力下降, 其对各种诸如雷电过电压、电力系统操作过电压、静电放电、电磁辐射等电磁干扰非常敏感, 使得监控系统设备极易遭雷击过电压破坏, 造成整个监控系统瘫痪。

雷电具有极大的破坏性, 从雷电产生和对监控系统危害特点看, 雷电可分为以下三种:直击雷、雷电侵入波、雷电感应[3]。

(1) 直击雷。直接击中露天的摄像机, 直接损毁设备;直接击在线缆上, 造成线缆熔断、损坏。

(2) 雷电侵入波。也称作雷电浪涌, 由于雷电波侵入或人为操作不当引起过电压、过电流, 即浪涌。这种浪涌则可沿着各类金属导体侵入监控系统, 进而造成监控设备损坏。监控系统的电源线、信号传输线或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时, 雷电波沿这些金属导线、导体侵入设备, 导致高电位差使设备损坏。通常这种入侵主要有以下三条途径: (1) 雷电的地电位反击电压通过接地体入侵; (2) 由交流供电电源线路入侵; (3) 由通信信号线路入侵。不管通过哪种形式, 哪种途径入侵, 都会使监控系统设备受到不同程度的损坏, 甚至引发严重的事故。

(3) 雷电感应。也称为感应雷或者感应过电压。分为电磁感应和静电感应, 统称二次雷。 (1) 电磁感应:当附近区域有雷击闪络时, 在雷击落地通道周围会产生强大的瞬变电磁场。处在电磁场中的监控设备和传输线路会感应出较大的电动势, 以致损坏、损毁设备。 (2) 静电感应:由于带电积云接近地面, 在监控系统架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起静电感应。在带电积云与其他客体放电后, 架空线路导线或导电凸出物顶部的电荷失去束缚, 以大电流、高电压冲击波的形式, 沿线路导线或导电凸出物极快地传播, 损坏监控设备。近20年来人们的研究表明, 放电流柱也会产生强烈的静电感应。电磁感应和静电感应引发的雷击现象发生的机率大, 据统计, 感应雷击事故约占雷击事故的80%以上。感应雷对监控系统设备的损害没有直击雷来的猛烈, 但它要比直击雷发生的机率大得多。

2 安防监控系统的防雷

2.1 安防监控系统防雷原则

防雷保护的措施也有很多种, 如使用接闪器、引下线、接地装置, 并使用共地、等电位连接、屏蔽及电涌保护器 (SPD) 等, 但防雷保护不能仅靠某一个设备来完成, 而是需要对系统整体进行考虑和设计, 限制雷电引起的过电压对设备的影响, 使其达到防雷保护能力[4]。

监控系统因受到直接雷害的威胁, 需要设置避雷针等直击雷防护装置, 雷电流通过引下线泄入大地中, 并且外场设备由于有防护罩或机箱的屏蔽, 基本处于LPZ1防雷区内, 此区无法避免反击雷、感应雷对其的破坏作用, 需要使用等级较高、可以泄放直接雷的电涌保护器及良好的接地系统。通过第一级的泄放, 大部分雷电流能量已释放, 但线路中的残压对设备仍有破坏作用, 需要设置另一级电涌保护器件来彻底泄放残余的雷电流。

监控设备都存在电磁脉冲侵入的威胁, 不管是处于监控中心或是外场, 雷电流通过电力电缆或通信电缆侵入设备系统中, 会对设备造成损坏。所以, 监控设备供配电电缆及通信线路也要采取相应的防雷保护措施。

2.2 安防监控系统的防雷措施

2.2.1 前端设备的防雷

前端设备应置于接闪器 (避雷针避雷带或其它接闪导体) 有效保护范围之内, 由于建筑物已有防雷接地系统, 避雷针和监控系统设备的接地应与周围建筑物的防雷接地系统共地连接。独立架设的摄像机, 避雷针与摄像机之间的最小水平间距应大于3米。带金属杆的避雷针也可以架设在摄像机的支撑杆上[5] (如图2) , 引下线可直接利用金属杆本身 (也可选用Φ10的镀锌圆钢或25*4mm的镀锌扁钢) , 为防止电磁感应, 沿杆引上摄像机的电源线和信号线时应穿金属管敷设, 线缆的屏蔽外层或金属管应与金属杆有良好的电气连接并良好接地。这样绝大部分直击雷都会击在接闪器上, 而击到摄像机上的概率很小, 可以起到保护摄像机的作用。为防止雷电波沿线侵入前端设备、应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器。

接闪杆保护半径计算:

其中:

rx为接闪杆在hx高度的xx'平面的保护半径 (m) ;

hx为滚球半径, 按照GB50057-2010第5.2.1条确定;

r0为接闪杆在地面上的保护半径

经过计算, 目前摄像机塔杆上的接闪杆高度和距离无法满足防雷要求, 应重新设计为:以目前摄像机水平面为基准, 反方向探出1 m, 摄像机与接闪杆水平距离为1.3 m, 摄像机高度为0.3 m, 接闪杆的应高出摄像机1.5 m以上 (滚球半径为45 m) 。

为防止高电位反击设备, 前端设备的雷电浪涌保护器应安装在前端设备的线路接口处。信号线传输距离长, 耐压水平低, 极易感应雷电流而损坏设备, 为了将雷电流从信号传输线传导入地, 信号过电压保护器须快速响应。室外的前端设备应有良好的接地, 接地电阻越小越好, 最大不超过4Ω。

2.2.2 传输系统的防雷

安防监控系统传输系统因为监控系统中的放大器、混频器以及显示器等内部有很多电子元器件, 耐压水平很低, 易被雷电感应电压击穿而损坏。所以防止雷电感应是至关重要的。

在小区室外传输系统中, 视频信号传输线均采用普通的单屏蔽同轴电缆, 一般紧贴金属支杆明敷, 引下至支杆底部后穿一段钢管进入室内接收设备, 有的甚至没有穿管就直接引入室内。当雷电击在监控设备附近时, 对此段电缆产生的感应高电压会导入室内击坏监控接收设备。若室内的监控接收设备无有效地防雷电感应措施, 便会被击穿。为了防止雷电感应, 要对监控传输线采用屏蔽措施, 因为, 传输线埋地敷设并不能阻止雷击设备的发生, 大量的事实显示, 雷击造成埋地线缆故障, 大约占总故障的30%左右, 即使雷击比较远的地方, 也仍然会有部分雷电流流入电缆[6]。所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设, 保持钢管的电气连通。如电缆全程穿金属管有困难时, 可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入, 在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连, 这样可使监控传输线上的雷电感应降低到最低程度。

2.2.3 终端部分的防雷

在小区安防监控系统中, 监控室的防雷最为重要, 监控中心防雷是整个监控系统防雷的核心。由于监控中心涉及建筑物防雷、监控设备防雷, 因此只有采用综合防雷措施才能有效防止雷击。经证实, 监控室所在建筑物已经有防直击雷的避雷装置。

进入监控室的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。架空电缆线直接引入时, 在入户处应加装电涌保护器, 并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。监控室内应设置一等电位连接板, 该等电位连接板应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止出现危险的电位差。各种电涌保护器的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。由于有80%雷击高电位是从电源线侵入, 为保证安全, 一般电源上应设置二级避雷保护, 这样才能全方位的保护监控中心安全。

2.2.4 防雷接地系统

所有防雷保护系统均应有可靠、有效的接地。接地系统是防雷系统必要组成部分之一。安防监控系统前端、终端设备均应有良好的防雷接地, 接地系统应符合规范要求。一般独立于监控机房所在建筑物的前端设备均须设有独立接地。

视频安防监控系统的主电源宜按一级或二级负荷来考虑。当发生停电或意外事故时要能启用备用电源, 并自动切换。为了保护系统免受外来的雷电冲击等和系统的操作使用安全, 应采用TN—S交流电供电系统。

根据GB50343—2012[7]知, 安防系统的防雷与接地应符合以下规定。

(1) 置于户外摄像机的输出视频接口应设置视频信号线路浪涌保护器。摄像机控制信号线接口处 (RS485, RS424等) 应设置信号线路浪涌保护器。解码箱处供电线路应设置电源线路浪涌保护器。

(2) 主控机、分控机的信号控制线, 通信线、各监控器的报警信号线, 宜在线路进出建筑物LPZ0A或者LPZ0B与LPZ1边界处设置适配的线路浪涌保护器。

(3) 系统视频, 控制信号线路及供电线路的浪涌保护器, 应分别根据视频信号线路、解码控制信号线路及摄像机供电线路的性能参数来选择, 信号浪涌保护器应满足设备传输速率、带宽要求, 并与被保护设备接口兼容。

(4) 系统的户外供电线路、视频信号线路、控制信号线路应有金属屏蔽层并穿钢管埋地敷设, 屏蔽层及钢管两端应接地。视频信号线屏蔽层应单端接地, 钢管应两端接地。信号线与供电线路应分开敷设。

(5) 系统的接地宜采用共用接地系统, 主机房宜设置等电位连接网络, 系统接地干线宜采用多股铜芯绝缘导线。

2.2.5 等电位连接

等电位连接是内部防雷装置的一部分, 其目的在于减少雷电流所引起的电位差。

机房应根据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》第6.3.4条规定:所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区的界面处做等电位连接[8]。

为消除金属线路与设备出现的雷电暂态高电位差, 需对室内各种金属构件进行等电位连接, 将进入室内的各种金属管道, 设备金属外壳, 通信、信号和电源等线缆的金属 (屏蔽) 护层, SPD的接地端, 建筑物的金属构架连接在一起, 并接入建筑物的防雷接地系统, 这样就可以在发生雷击时, 避免在不同金属外壳或设备之间出现暂态电位差, 使得彼此间等电位, 并维持地电位的水平, 形成均压。

在直击雷非防护区 (LPZOA) 或直击雷防护区 (LPZOB) 与第一防护区 (LPZ1) 的交界处, 应设置总等电位接地端子板, 每层楼宜设置楼层等电位的接地端子板, 监控室应设置局部等电位接地端子板[9]。各等电位接地端子板应设置在便于安装和检查的位置, 不得设置在潮湿或有腐蚀性气体及易受机械损伤的地方。等电位接地端子板的连接点应满足机械强度和电气连续性要求。监控室的局部等电位连接图如图3。

共用接地系统由接地装置和等电位连接网络组成。接地装置由自然接地体和人工接地体组成, 共用接地装置应与总等电位接地端子板连接, 通过接地干线引至楼层等电位接地端子板, 由此引至监控室的局部等电位接地端子板[10]。监控室的局部等电位接地端子板应与预留的楼层主钢筋接地端子连接。

3 结论

雷电对安全监控系统的损害途径是多方面的[11]。该文主要以郑州市金域华府的整体环境为参考分析了安防监控系统遭受雷击损害的主要原因, 同时对安防监控系统的防雷保护技术进行了相应的介绍。需要说明的是, 防雷保护是一个比较复杂的问题, 对安全监控系统的防雷保护设计不仅取决于防雷装置的性能, 更重要的是在监控系统的设计施工之前, 就要考虑到监控系统所处的地理环境, 设计合适的线缆布放方式、屏蔽及接地方式[12,13]。总之, 防雷保护所采取的措施应综合考虑, 才能获得良好的效果。

摘要:近年来, 随着微电子技术的不断发展, 安防监控系统在生产生活各个方面的使用越来越广。在实际生活中, 人们往往对监控系统的防雷考虑不够, 一旦有雷电波侵入, 设备损坏一般是巨大的, 造成无可挽回的损失。所以, 监控设备防雷保护就显得尤为必要。该文以河南省郑州市金域华府为例对监控系统遭受雷击损害的主要原因以及雷电可能的侵入途径进行了分析, 进而对监控系统使用中存在的问题现象进行了初步的总结和梳理, 提出了监控系统防雷设计问题的相关解决措施, 针对监控系统防雷设计应该注意的问题给出了一些建议。

石油化工集散控制系统雷电防护 篇10

1、石化集散控制系统的特点

集散控制系统也称为分布式控制系统, 简称DCS系统, 是计算机技术对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。其特点是通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。

随着石油化工企业的规模不断扩大, DCS系统向网络化、智能化方向迅猛发展, 系统设备普遍存在绝缘强度低、过压和过流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点, 一旦系统受到直接雷击或其附近区域发生雷击, 雷电过压、脉冲电磁场会通过供电线、电缆汇线槽、穿线金属管等途径干扰控制设备, 引起系统工作失灵, 重则使系统永久性损坏, 甚至造成人员伤亡及生产事故。因此, 现代石油化工控制系统的设计必须高度重视防雷的设计。

2、雷电对石化自动控制系统的危害

2.1 直击雷造成的地电位浮动而导致雷电反击

当化工装置遭受直接雷击时, 将会在接闪器、引下线和接地体上瞬间产生很高的电位。如果金属线缆和它们间的绝缘距离不够, 则会产生放电现象, 破坏电缆的绝缘, 将雷电波引入控制系统, 使系统损坏, 这种现象称为雷电反击。

部分油气生产控制设备对于接地质量要求较高, 为避免受到大地杂散电流的影响, 控制系统采用单独接地, 与之相连的变送器则根据生产需要, 布置在不同的生产区域, 一般情况下是利用自身的金属外壳或是安装支架作为自然接地。当变送器附近的设备或是建筑物遭受直接雷击时, 由于附近地电位的瞬间升高, 可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几千甚至几万伏, 通过信号传输电缆, 足以将变送器和控制系统的集成电路板击穿, 即产生雷电反击, 造成系统损坏。另外, DCS系统工作的逻辑电压较低, 逻辑地电位出现干扰信号时容易影响系统的逻辑运算、数据传输和存储, 引起信号测控的失真和误动作, 甚至造成数据的混乱或是系统死机。

2.2 空间电磁场使自动控制系统失效或是损坏

由于雷电流有极大的峰值和陡度, 在它周围的空间产生强大的变化的电磁场, 当控制系统周围发生雷击放电时, 处在该电磁场作用下的金属线缆因切割磁力线会感应出数以千伏的感应电压。如果金属线缆之间形成了一个流通的闭合回路, 则感应电压会在回路内形成闭合电流, 该电流流经接触不良的接点或阻抗会产生局部过热, 烧毁系统的电子主板。这是控制系统遭受雷电损坏的一种形式, 这种形式较之受直接雷破坏的几率更大。

另外, 在屏蔽层、接地线和大地之间有可能会形成一个闭合回路, 当周围存在变化的电磁场的时候, 在屏蔽层内会产生感应电流, 通过屏蔽层和芯线之间的耦合, 干扰影响正常信号的传输。

3、自动化控制系统防雷措施

3.1 合理有效的接地措施

接地是提高电子设备电磁兼容很有效的手段之一, 采取正确的接地措施, 能够抑制电磁干扰, 同时有能够抑制电子设备对周围设备发出干扰信号。系统接地的方式有浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。DCS系统属于高速低电平控制设备, 一般采取的是直接接地方式。一点接地包括一点直接接地和串联一点接地方式。集中布置的控制系统采取并联一点接地方式, 各装置的柜体、构架中心接地点以单独的接地线引向接地极。若是系统各个装置相距较远, 应采用串联一点接地方式。连接材料选用铜带或是铜母线, 截面积不小于22mm2, 铜带或是铜母线的另一端直接与接地极相连接, 接地电阻应小于2.0Ω, 接地极深埋且远离强电源设备。

3.2 采用共用接地系统

工程实际中, 一些设备厂家要求电子信息系统采用独立直流接地方式, 以隔离强电接地网电位变化的干扰。由于控制系统采用单独接地, 而变送器的金属外壳或金属安装支架与地形成了自然接地。即使变送器的电子线路和变送器的外壳隔有一定间隙, 当变送器附近的设备或建筑物遭雷击时, 由于附近地电位的浮动, 可以使变送器和控制系统两处的地电位差达几千甚至几万伏, 故通过信号电缆, 足以将变送器和控制系统的模拟量输入卡击穿, 也即“反击”。

应将保护地与工作地相连接, 即对DCS系统以及和它相连的变送器、执行器等必须采用等电位接地, DCS系统应和公用接地系统实现单点接地。这样DCS系统和防雷系统的接地系统进行等电位联接后接入防雷接地系统, 即使受到雷电反击, 但由于它们之间不存在电位差, 所以不可能通过雷电反击构成对电子元件的威胁。等电位联接是DCS系统免遭雷击的重要措施。如果DCS系统无法和防雷系统的接地系统进行等电位联接时, 两接地系统的距离应小于20米, 当有电缆靠近引下线敷设时, 电缆和引下线间须保持2米以上的距离。

3.3 信号传输线屏蔽层接地

对于信号电缆, 屏蔽层接地可以有效的抑制静电感应和电磁感应, 因此信号传输线屏蔽层的接地是非常重要。根据现场检测发现, 较多情况下, DCS系统信号传输线缆屏蔽层的接地都是一端接地, 另一端悬空。单端接地只能防静电感应, 抑制不了由于电磁感应所产生的干扰, 无法防止雷电波的侵入。为此, 除了内屏蔽层的一端做等电位联接外, 还应增一外屏蔽层, 且两屏蔽层之间用绝缘材料隔开。外屏蔽层至少在两端作等电位联接。当发生雷击时, 外屏蔽层与地构成了环路, 感应出电流。该电流产生的磁通抵消或部分抵消源磁场强度的磁通, 从而抑制或部分抑制无外屏蔽层时所感应的电压。通常利用穿金属管作为外屏蔽层, 但必须保证金属管与金属管保持良好的电气联通且两端接地。

3.4 合理布线

不同类型的信号要求用不同电缆传输, 电缆应根据传输信号的种类分层敷设, 为了减少电磁干扰, 严禁用同一电缆的不同导线同时传输电源和控制信号, 尽量避免信号线缆和动力电缆靠近平行敷设

(1) 控制系统的信号电缆和避雷带保持一定的距离。在条件允许情况下将通信电缆穿金属管或是金属桥架重新敷设, 并保持和避雷带、引下线相隔3米以上的距离, 同时金属管或是金属桥架两端做可靠接地, 金属管或是金属桥架应保持良好的电气连通。

(2) 改用光纤作为控制系统的通信线路, 在敷设光缆时, 光纤的金属加强金属线采取可靠接地措施。

3.5 加装浪涌保护器

按照发生雷击事故的可能性、后果和经济成本, 在必要的地方合理安装浪涌保护器 (SPD) 。SPD是一种限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件, 它在最短时间内将线路上因感应雷产生的浪涌电流释放到地网, 使建筑物内各点之间电位差基本保持不变, 从而保护设备。

3.6 做好接地系统的定期维护保养工作

认真按照石化行业及国家防雷规范标准要求, 做好接地系统的定期检查保养工作, 每年雷电到来前: (1) 定期对接地网的完好程度、接地电阻大小等进行检测, 如控制系统等电位连接、屏蔽的情况, 确认系统接地、屏蔽状况符合设计要求; (2) 对投产多年的厂矿, 有必要开展接地网寿命周期、自动控制系统雷击损害的风险评估等工作, 发现问题及时整改。 (3) 认真检查露天安装设备的壳体、屏蔽电缆、走线槽等接地状况, 严防接地线松动、虚焊、锈蚀、接地电阻过大等异常情况的发生。

4、结束

石化企业随着经济发展, 其生产自动化程度日益增高, 但自动控制系统属于电子化、集成化、智能化设备, 绝缘强度低, 对雷电感应和雷电流耐受能力差, 一旦遭受雷击, 容易因雷电感应而导致系统失控或是损坏, 根据石油化工生产的具体环境, 灵活采用屏蔽, 等电位连接、综合布线、安装SPD等有效措施, 对石化DCS系统的防雷提供了借鉴方法, 以减少雷电灾害对控制系统的危害, 确保石油化工企业的正常生产。

摘要:分析石化控制系统特点, 讨论了雷电对石油石油化工集散控制系统的危害形式, 最后提出系统所应采取的若干防雷措施。

关键词:石油化工,控制系统,雷电防护

参考文献

[1].《建筑物设计规范》 (GB50057-94)

[2].电子信息系统接地抗干扰技术探讨徐晓莹

[3].乌石化防雷检测方法及要点赵飞基

注:本文为网友上传,旨在传播知识,不代表本站观点,与本站立场无关。若有侵权等问题请及时与本网联系,我们将在第一时间删除处理。E-MAIL:iwenmi@163.com

上一篇:视网膜光凝下一篇:大学教学改革问题

付费复制
期刊天下网10年专业运营,值得您的信赖

限时特价:7.98元/篇

原价:20元
微信支付
已付款请点这里联系客服
欢迎使用微信支付
扫一扫微信支付
微信支付:
支付成功
已获得文章复制权限
确定
常见问题