基于儀表控制系統(tǒng)的防雷問題探索研究

1、基于儀表控制系統(tǒng)的防雷問題探索研究 摘要：隨著控制系統(tǒng)的集成化程度與對雷擊敏感度水平在同步提高，因此，雷擊電磁脈沖的危害日趨嚴(yán)重。在平時的保護(hù)過程中,對雷擊的保護(hù)顯得尤為重要。本文首先分析了雷擊的破壞原理，然后深入探討了儀表系統(tǒng)的保護(hù)方法，本文是一些個人的見解，可供同行參考借鑒。 關(guān)鍵詞：儀表控制； 雷擊； 保護(hù)； 策略； 中圖分類號：tu856 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號： 前言 隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，工業(yè)過程相互關(guān)聯(lián)與控制更加緊密，相應(yīng)的過程信息與檢測管理提出了更高的要求，儀表控制技術(shù)是自動化儀表控制在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的發(fā)展，標(biāo)志著生產(chǎn)過程控制進(jìn)入了新階段。由于儀表控制系統(tǒng)中的工控機、各種通訊

2、模件、安防器件以及現(xiàn)場測量儀表大都運用電子器件的集成電路組合，這些微電器件普遍存在絕緣強度低、耐電涌能力低等致命弱點，在雷暴季節(jié)常遭雷擊的侵害，輕則造成幾臺儀表計算機輸入輸出模塊部分擊壞，重則造成整個裝置控制系統(tǒng)癱瘓，被迫停工檢修，造成巨大的損失。因此，非常有必要在這些控制和生產(chǎn)裝置加入防雷裝置。由于工業(yè)儀表對于工廠來說都是比較重要的,所以儀表控制系統(tǒng)需要進(jìn)行保護(hù)。在平時,雷雨天氣中的雷擊對儀表會造成較大危害。本文先是分析了雷擊的破壞原理,進(jìn)而主要介紹了對直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)方法,最后介紹了相關(guān)的防雷策略。 一、雷擊對儀表的破壞問題分析 1、雷擊的分類。雷可分為三種,云內(nèi)雷、云際雷和云地雷。而

3、對儀表系統(tǒng)破壞起主要作用的是云地雷,云地雷的破壞方式可分為直擊雷和感應(yīng)雷。 2、 直擊雷和感應(yīng)雷對儀表的破壞分析。一是直擊雷。直擊雷,指的是天上的雷云中的雷電荷,通過雷電的形式,直接擊打在人、動物、樹木和建筑物上。直擊雷的特點是造成的能量巨大,通過產(chǎn)生的電效應(yīng)、機械效應(yīng)等左右,使人、動植物傷亡,將建筑物摧毀。如果電線、天線和信號傳輸線等遭受雷擊,就可能會使相連的電路板等燒壞,使線路之間產(chǎn)生短路,迫使電力傳輸、信號傳輸中斷。更壞的情況會使儀表系統(tǒng)受到破壞。二是感應(yīng)雷。感應(yīng)雷,指的是雷云與雷云之間或雷云對地面進(jìn)行放電,從而使在其附近的導(dǎo)電物體產(chǎn)生應(yīng)電壓。產(chǎn)生的感應(yīng)電壓通過導(dǎo)體被傳送到相關(guān)的儀表等設(shè)

4、備,間接的對其或控制系統(tǒng)造成危害。對于一個控制系統(tǒng)來說,儀表是最主要的,而感應(yīng)雷對儀表造成的危害是最大的,而儀表遭受的雷擊損失,絕大多數(shù)是由感應(yīng)雷引起的。 3、儀表自身分析。目前,常用的儀表基本上都是采用集成電路和微電子設(shè)備,儀表的精確度因此而得到提高。但是正式因為采用集成電路,所以其抗雷擊能力就比較脆弱。一旦發(fā)生雷雨天氣,儀表設(shè)備就會遭受到雷擊,使相關(guān)設(shè)備遭受破壞。 二、儀表系統(tǒng)的防雷措施分析 1、對直擊雷的防護(hù)。雷云對大地進(jìn)行放電,其電壓基本上都有幾兆伏,而一次閃擊放電的峰值電流平均可以達(dá)到 30ka,雷擊產(chǎn)生的能量很大,具有很大的破壞力。我們目前的防雷措施,都是依靠避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)

5、、避雷線作為接引裝置,先將雷電來來的強大電流接下來,再通過相連的接地線路將其送回大地。這些的避雷方法和裝置只能降低雷擊的概率和雷電的強度,但是卻無法完全的避雷。當(dāng)我們將避雷裝置安裝到建筑物的最高點或者是最容易遭受雷擊的地方時,其接地電阻要小于4,而且每個使用的避雷針其真正的避雷半徑要真正符合相關(guān)的設(shè)計要求,這樣才能真正避雷。 2、對感應(yīng)雷的防護(hù)。如果說對直擊雷的防護(hù)是個簡單的安裝要求,那么對于感應(yīng)雷的防護(hù)來說,就會是個系統(tǒng)工程。因為儀表系統(tǒng)主要就是遭受感應(yīng)雷的破壞,所以要對感應(yīng)雷進(jìn)行系統(tǒng)的防護(hù)。下面我們從三個方面來入手。 首先是儀表接地系統(tǒng)。(1)區(qū)域同地。所謂區(qū)域同地,就是通過一組接地裝置將

6、生產(chǎn)裝置的防雷防靜電接地,電氣及其控制設(shè)備的工作和保護(hù)接地,儀表等控制系統(tǒng)的保護(hù)接地,以及一些必要的屏蔽接地等一起集中起來,總的接地電阻不超過4。(2)環(huán)行閉合。所謂環(huán)行閉合,就是做一個環(huán)形的閉合接地裝置,將環(huán)繞生產(chǎn)裝置的建構(gòu)筑物都環(huán)繞起來。兩個彼此相鄰的環(huán)形閉合接地裝置可以連接起來,組成大的接地裝置。相鄰的環(huán)形閉合接地裝置應(yīng)用兩根扁鋼連接起來,使其形成一個大型接地裝置。也可以將所有需要接地屏蔽保護(hù)的裝置等統(tǒng)統(tǒng)接到接地裝置上。(3)均壓聯(lián)接。在一些生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)廠房內(nèi),一些設(shè)備有金屬外殼,導(dǎo)體與導(dǎo)體相鄰,如果存在電位差,就可能會引發(fā)雷擊火花的危險。所以要將彼此相鄰的金屬導(dǎo)體、設(shè)備金屬外殼通過導(dǎo)

7、線將它們都相互連接起來,目地就是讓它們上面的雷電感應(yīng)電勢能夠彼此均衡,防止產(chǎn)生電火花。也可以防止操作人員或維護(hù)人員同時與兩相鄰的設(shè)備接觸而產(chǎn)生電擊,保護(hù)員工的人身安全和設(shè)備的安全。(4)儀表接地。在工廠的檢測設(shè)備中,儀表是最常用也是最重要的保護(hù)對象,在其防護(hù)工作中,要將儀表的接地端和電工的接地端相連接。這樣可以防止由于存在感應(yīng)雷電高壓,或者是在接地端上由于雷電入地,將大地的電位抬高,與儀表之間產(chǎn)生電位差。這樣就可能。 然后是線路布線及屏蔽。(1)開關(guān)信號。對于開關(guān)等信號,對傳輸電纜沒有太多的特殊要求,可以用一般的電纜。如果傳輸信號比較遠(yuǎn)的化,就可以使用屏蔽電纜。(2)模擬信號。對于模擬信號和高

8、速信號線等比較重要的信號,就要保護(hù)信號的強度,所以要選用屏蔽電纜。(3)弱電信號。弱點信號主要通過通訊線、信號線、控制線等專用線纜進(jìn)行傳輸,弱電容易受強電影響,所以要遠(yuǎn)離強電,其間距不得少于20cm。而在220v以上、10a以上的電纜和信號電纜之間要大于60cm。(4)屏蔽措施。操作室因為要處理許多的信號,就會有各種電纜如電話線、網(wǎng)絡(luò)電纜、電源電纜、信號電纜。為了保護(hù)這些電纜,就需要有金屬保護(hù)管或金屬電纜橋架。而且這些保護(hù)措施要保證多點都接地。 最后是信號線路的防護(hù)。在線路傳輸中,雷電會產(chǎn)生雷電波,能夠在線路上感應(yīng)出比較高的瞬間沖擊。因此對于儀表控制系統(tǒng)來說,要求其能夠承受的住比較大、比較高能

9、量的瞬間沖擊。但是目前來說,大部分的儀表都是由集成電路板構(gòu)成的,而其控制系統(tǒng)通常由于電子元器件的高度集成化而使耐壓、耐過流水平下降。在儀表控制回路中,一些電子設(shè)備會遭受過多電壓而致使電路損壞,所以在儀表經(jīng)?？赡茉馐芾讚舻牟糠忠颖匾膕pd用以保護(hù)設(shè)備。(1)現(xiàn)狀儀表設(shè)備spd安裝。在現(xiàn)場安裝時,spd要安裝在防爆盒內(nèi),在安排進(jìn)出線時要分別布線,對于儀表、保護(hù)裝置以及防暴設(shè)備等都要進(jìn)行等電位保護(hù)?，F(xiàn)場各變送器安裝的時候,要采用具有多級浪涌電壓保護(hù)功能的管形spd。(2)控制室設(shè)備spd安裝。在現(xiàn)場安裝好相關(guān)的spd以后,就要在控制室安裝。在安裝的時候,為了避免出現(xiàn)保護(hù)后的信號線路發(fā)生藕合高壓的現(xiàn)象,對于進(jìn)線與出現(xiàn)要分開。接地匯總端要安排在防雷設(shè)備附近。而在控制室內(nèi)與現(xiàn)場相對應(yīng)的設(shè)備,就需要采用具有多級浪涌電壓保護(hù)功能的spd設(shè)備。 三、結(jié)語 雷電對人類的生活和生產(chǎn)活動造成巨大的影響。雷電威脅著人類的生命安全，常使建筑、電力、電子、通信和航空、航天等諸多部門遭受嚴(yán)重破壞。隨著高新技術(shù)