河西方案防雷方案

1、 烏魯木齊市河西污水處理廠工程自控儀表及監(jiān)控系統(tǒng)成套防雷方案德國(guó)PHOENIXCONTACT(CHINA)CO.,LTD目錄第一章設(shè)計(jì)說明1.1概述隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高新技術(shù)在各行各業(yè)的推廣應(yīng)用，電子計(jì)算機(jī)與各類通訊設(shè)備之間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化聯(lián)網(wǎng)。隨著系統(tǒng)的完善，其取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益逐步得到了體現(xiàn)。然而，頻繁的雷害也已對(duì)許多設(shè)備的正常工作造成了一定的影響和危害，并給運(yùn)行維護(hù)工作帶來較大的壓力，特別是對(duì)精密電子設(shè)備的損害造成的損失尤為巨大。雷電對(duì)電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個(gè)方面造成：1、直擊雷直擊雷蘊(yùn)含極大的能量，電壓峰值可達(dá)5000KV,具有極大的破壞力。如建筑物直接被雷電擊中，巨大的雷電

2、流沿引下線入地，會(huì)造成以下三種影響：巨大的雷電流在數(shù)微秒時(shí)間內(nèi)流入地下，使地電位迅速抬高，造成反擊事故，危害人身和設(shè)備安全。雷電流產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，在電源線和信號(hào)線上感應(yīng)極高的脈沖電壓。雷電流流經(jīng)電氣設(shè)備產(chǎn)生極高的熱量，造成火災(zāi)或爆炸事故。2、傳導(dǎo)雷遠(yuǎn)處的雷電擊中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路和通信線路傳至建筑物內(nèi)，損壞電氣設(shè)備。3、感應(yīng)雷云層之間的頻繁放電產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁波，在電源線和信號(hào)線上感應(yīng)極高的脈沖電壓，峰值可達(dá)50KV。4、開關(guān)過電壓供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負(fù)載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，其脈沖電壓可達(dá)到線電壓的3.5倍，從而

3、損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，精密儀器，通訊設(shè)備，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛，因而由于感應(yīng)雷造成的雷擊事故也越來越多。直接造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而因重要設(shè)備損壞使網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓后造成間接的損失更是驚人。河西污水處理廠位于新疆烏魯木齊頭屯河區(qū)，在生產(chǎn)廠區(qū)有用于全廠的儀表控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)屬于分布式網(wǎng)絡(luò)，在強(qiáng)雷擊情況下強(qiáng)電磁作用于信號(hào)通訊線及分布網(wǎng)線上損壞一次儀表設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備因此，本方案將以河西污水處理廠儀表控制系統(tǒng)為保護(hù)對(duì)象，以對(duì)從系統(tǒng)外進(jìn)出的電源、通訊線路、信號(hào)線入侵的雷電流進(jìn)行泄放和攔截為手段，并以等電位連接為保證，從而形成一個(gè)多層的完整全面的防護(hù)體系。鑒于信號(hào)防雷工程

4、的特殊性，它有較大的難度和風(fēng)險(xiǎn)性，除需具備一定的電氣業(yè)務(wù)知識(shí)外，還需具備通信防雷研究和設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)。因此，為了保證這次防雷工程的質(zhì)量，南京菲尼克斯電氣有限公司根據(jù)實(shí)際情況，提出了新疆河西污水處理廠項(xiàng)目保護(hù)設(shè)計(jì)方案。1.2項(xiàng)目概況由于近年來大量采用了高可靠性的先進(jìn)設(shè)備，信息系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性也極大地提高，而現(xiàn)代的通信設(shè)備對(duì)雷電也越來越敏感，為確保通信設(shè)備和人員的安全，使通信系統(tǒng)免受雷電或其它強(qiáng)電磁脈沖的干擾，以保證通信系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)防雷進(jìn)行防雷接地改造。1.3設(shè)計(jì)依據(jù)1）GB50057-94（2000版）建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范2）GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防

5、雷技術(shù)規(guī)范3）GB18802.1-2002低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD）第一部分：性能要求和試驗(yàn)方法GBJ79-85工業(yè)企業(yè)通信接地設(shè)計(jì)規(guī)范GB50174-93計(jì)算機(jī)房防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB9361-88計(jì)算機(jī)場(chǎng)站安全要求現(xiàn)場(chǎng)勘查資料及建設(shè)單位提供的資料。在設(shè)計(jì)過程中，我們主要考慮并應(yīng)用了如下防護(hù)措施：概括的說，當(dāng)今電子設(shè)備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護(hù)五種方法。分流：用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上。屏蔽：通信系統(tǒng)所有的金屬導(dǎo)線,包括電力電纜、通信電纜和信號(hào)線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在信息系統(tǒng)建設(shè)中，利用建筑

6、物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使機(jī)房形成一個(gè)屏蔽籠。用以防止外來電磁波(含雷電的電磁波和靜電感應(yīng))干擾機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備。等電位連接：機(jī)房?jī)?nèi)所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼等金屬構(gòu)件進(jìn)行電氣連接，以均衡電位。接地：在通信系統(tǒng)中，為保證其穩(wěn)定可靠的工作、保護(hù)通信設(shè)備和人身安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，需要一個(gè)良好的接地系統(tǒng)。過電壓保護(hù)：電子設(shè)備的信號(hào)線、電源線上安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)器，利用其非線性效應(yīng)，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護(hù)設(shè)備不被過電壓破壞。主要的保護(hù)器件為氧化鋅壓敏電阻、二極或三極放電管、快速箝位二極管等，根據(jù)需要進(jìn)行組合，形成完整的防雷保護(hù)器。防雷設(shè)備的正確選擇和

7、應(yīng)用，將直接關(guān)系到設(shè)備系統(tǒng)防雷的質(zhì)量。如果選擇不當(dāng)，不但難于起到防雷的作用，甚至還會(huì)對(duì)通信造成不必要的影響，因此，設(shè)備的選型和應(yīng)用將是至關(guān)重要。1、電源防雷器的選擇和應(yīng)用原則考慮到設(shè)備電源負(fù)荷電流容量不大，為了安全起見及使用和維護(hù)方便，電源系統(tǒng)的多級(jí)防雷，原則上均選用并聯(lián)型電源防雷器。殘壓特性是電源防雷器的最重要特性，殘壓越低，保護(hù)效果就越好。但考慮到我國(guó)電網(wǎng)電壓普遍不穩(wěn)定、波動(dòng)范圍大的實(shí)際情況，在盡量選擇殘壓較低的電源防雷器的同時(shí)；還必須考慮防雷器有足夠高的最大連續(xù)工作電壓。如果最大連續(xù)工作電壓偏低，則易造成防雷器自毀。通信系統(tǒng)低壓側(cè)有不同的保護(hù)級(jí)別，應(yīng)根據(jù)保護(hù)級(jí)別的不同，選擇合適通流容量和

8、電壓保護(hù)水平的電源防雷器，并保證防雷器有足夠的耐雷電沖擊能力。原則上，每一級(jí)的交流電源之間連接導(dǎo)線超過25m以上，都應(yīng)做該級(jí)相應(yīng)的保護(hù)。通信電源低壓側(cè)保護(hù)用的電源防雷器，應(yīng)該選擇有失效警告指示、并能提供遙測(cè)端口功能的電源防雷器，以方便監(jiān)控、管理和日后維護(hù)。電源防雷器必須具有阻燃功能，在失效、或自毀時(shí)不能起火；且必須具有失效分離裝置，在失效時(shí)，能自動(dòng)與電源系統(tǒng)斷開，而不影響通信電源系統(tǒng)的正常供電。電源防雷器的連接端子，必須至少能適應(yīng)25mm2的導(dǎo)線連接。安裝防雷器時(shí)的引線應(yīng)采用截面積不小于25mm2的多股銅導(dǎo)線，建議使用25mm2的多股銅導(dǎo)線，并盡可能短（引線長(zhǎng)度不宜超過0.5m）。當(dāng)引線長(zhǎng)度超

9、過0.5m時(shí)，應(yīng)加大引線的截面積。引線應(yīng)緊湊并排或綁扎布放。電源防雷器的接地：接地線應(yīng)使用不小于2535mm2的多股銅導(dǎo)線，并盡可能就近與交流保護(hù)地匯流排、或總匯流排、接地網(wǎng)直接可靠連接。根據(jù)防雷區(qū)的劃分、雷擊能量分布的狀況、實(shí)際情況合理地設(shè)計(jì)各級(jí)電源防雷體系，并選擇適當(dāng)?shù)姆览灼?。附注：防雷區(qū)的劃分根據(jù)IEC1312-1雷電電磁脈沖的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)區(qū)分為四個(gè)區(qū)域，各區(qū)交界處應(yīng)作相應(yīng)的防雷處理。各區(qū)劃分如下：LPZ0區(qū)：直擊雷作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護(hù)區(qū)以外的區(qū)域，由于本區(qū)內(nèi)所有物體均有A可能遭受直接雷擊，并可能導(dǎo)走全部雷電流；另外本區(qū)內(nèi)所有物體均處于雷電電磁場(chǎng)最強(qiáng)處，故對(duì)于

10、雷電的感應(yīng)最強(qiáng)。LPZ0區(qū)：感應(yīng)雷主作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護(hù)區(qū)內(nèi)，但未經(jīng)空間電磁屏蔽，雷電作用電磁場(chǎng)并不衰減，處于此空間的所用可導(dǎo)電物體均可感應(yīng)較強(qiáng)雷電電磁脈沖。LPZ1區(qū)：建筑物屏蔽區(qū)，本區(qū)內(nèi)各物體不可能遭受直擊雷，流往各導(dǎo)體的雷電流比OB區(qū)進(jìn)一步減小，本區(qū)內(nèi)電磁場(chǎng)也可能會(huì)衰減，取決于建筑物的屏蔽措施。LPZ2區(qū)：房間屏蔽區(qū)，對(duì)于計(jì)算機(jī)主機(jī)房所處空間，應(yīng)采取屏蔽措施，以進(jìn)一步減小空間電磁場(chǎng)的干擾。當(dāng)金屬導(dǎo)線（電源線、信號(hào)線等）穿越不同的保護(hù)分區(qū)時(shí)，因電磁感應(yīng)的作用，會(huì)產(chǎn)生較高的過電壓，影響室內(nèi)設(shè)備的安全。因此，需安裝相應(yīng)的過電壓保護(hù)器，對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。在不同的保護(hù)分區(qū)，所采用的防雷器

11、級(jí)別是不同的。同時(shí)，需要作相應(yīng)的等電位處理。避雷針LPZ1區(qū)LPZ2區(qū)LPZ3區(qū)TD級(jí)保護(hù)防雷保護(hù)分區(qū)和防雷器的分級(jí)應(yīng)用如下圖所示:B級(jí)保護(hù)B級(jí)保護(hù)B級(jí)保護(hù)C級(jí)保護(hù)LPZ0B區(qū)信號(hào)線路LPZ0A區(qū)電源線路thf級(jí)保護(hù)直擊雷電流在電源系統(tǒng)的分配：根據(jù)GB50057-94的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)直擊雷電流分類:第一類200KA10/350S第二類150KA10/350S第三類100KA10/350S如圖所示:一個(gè)能量為200KA的直擊雷，由整個(gè)系統(tǒng)的電源、管線、地網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)線來分擔(dān)。由于雷擊時(shí)的能量的本質(zhì)部分集中在首次雷擊波（10/350S）對(duì)應(yīng)的庫侖量和焦耳量，是大量雷電荷的泄放，所以強(qiáng)制性國(guó)標(biāo)GB50057

12、-94（2000）建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范的附錄中把首次雷擊波的參數(shù)（10/350S）做為了雷擊電流的參數(shù)，而8/20S波形并非自然界具有的波形，它是一個(gè)測(cè)試波形。IEC和IEEE的會(huì)員國(guó)包括了全世界大多數(shù)國(guó)家，現(xiàn)在可以明確建筑物的外部防雷裝置遭到直擊雷擊和鄰近雷擊時(shí)，建筑物入口處選擇的防雷器參數(shù)必須考慮雷擊沖擊電流Iimp（10/350S）,而在建筑物內(nèi)的防雷器才可選擇8/20S的產(chǎn)品。2、通信設(shè)備接口保護(hù)器的選擇和應(yīng)用原則通訊及信號(hào)防雷器的要求較高，為了不影響數(shù)據(jù)傳輸，選擇的通訊及信號(hào)防雷器必須有國(guó)家或信息產(chǎn)業(yè)部認(rèn)可的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的檢驗(yàn)合格報(bào)告。無檢驗(yàn)合格報(bào)告的防雷器一律不準(zhǔn)用在數(shù)據(jù)通信設(shè)備接口

13、上作保護(hù)裝置用。通訊及信號(hào)接口防雷器通常串聯(lián)在通訊線路中，選擇和應(yīng)用信號(hào)防雷器，必須以不影響數(shù)據(jù)傳輸為基本原則。通訊設(shè)備接口種類繁多，傳輸速率各不相同。應(yīng)根據(jù)接口速率，選擇工作速率合適、物理接口合適的數(shù)據(jù)設(shè)備接口保護(hù)用防雷器。盡量少通過接口轉(zhuǎn)接的方式來達(dá)到與通訊設(shè)備物理接口的相連，以免增加插損，影響信號(hào)傳輸。對(duì)于速率較高的數(shù)據(jù)設(shè)備接口，應(yīng)選擇極間電容、漏電流、插損、駐波比盡可能小，響應(yīng)時(shí)間盡可能快的信號(hào)防雷器。通訊接口信號(hào)工作電壓差異較大，為確保信號(hào)防雷器真正起到保護(hù)作用，應(yīng)根據(jù)信號(hào)工作電壓的不同，選擇動(dòng)作電壓和限制電壓合適的保護(hù)防雷器。根據(jù)設(shè)備接口的抗雷電要求，應(yīng)選擇有足夠大的耐雷電沖擊能力

14、的信號(hào)防雷器。信號(hào)防雷器的接地必須有可靠的接地連接線，該接地線應(yīng)與被保護(hù)的通訊設(shè)備的地線就近可靠連接，接地線不應(yīng)小于2.5mm?。第二章設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)包括：電源防雷；信號(hào)防雷；信號(hào)防雷；信號(hào)防雷；2.2防電涌保護(hù)配置原則浪涌保護(hù)器的配置應(yīng)參照國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T589491“交流無間隙金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則”執(zhí)行和國(guó)標(biāo)“交流無間隙金屬氧化物避雷器”相關(guān)要求；防雷器件的選擇，應(yīng)具有高通流容量，殘壓低，響應(yīng)速度快，帶浪涌識(shí)別，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。2.3防電涌保護(hù)配置說明電源保護(hù)電源電涌保護(hù)器選用如下電源避雷器選用德國(guó)PHOENIXCONTACT公司的PT2-PE/S-230AC-S

15、T組合防雷器。滿足DINVDE0675-6：1989-11/草案的要求等級(jí)D額定電壓Un：230VAC放電器設(shè)定電壓Uc：253VAC額定電流In/30C：26A額定放電沖擊電流Isn(8/20)M：5kA最大放電沖擊電流Ismax(8/20)As：10kA保護(hù)電平：1.5kV響應(yīng)時(shí)間taW150ns所需前置保險(xiǎn)裝置最大值：25AgL溫度范圍：-40C+85C滿足IEC529/EN60529的保護(hù)等級(jí)：IP20信號(hào)避雷器1.420mA模擬量信號(hào)避雷器采用PHONIXCONTACTPT1*2-24VDC-ST最大允許的工作電壓Umax：28VDC額定電流In：450mA額定放電沖擊電流Isn(8

16、/20)：10kA在1kV/M時(shí)的輸出電壓極限：40V-時(shí)間響應(yīng)ta：1ns-每個(gè)通道中的電阻:2.2Q溫度范圍：-40C至+85C2.Profibus避雷器采用PHONIXCONTACTPT3-PB-ST根據(jù)實(shí)際通訊總線確定）C1,C2,C3,D1VDC/3.6VAC450Ma10kA/10kA20kA=15V/=15V-40C至+85CIP203.視頻信號(hào)防雷器采用PHOENIXCONTACTC-UFB-5DC/E75IEC類別/VDE規(guī)格等級(jí)C2、C3防雷器設(shè)定電壓（最大持續(xù)工作電壓）UC：5VDC殘余電壓，在In時(shí)W10V在40C時(shí)的標(biāo)稱電流IN185mA/25C額定放電電流In（8/

17、20）us10kA/10kA保護(hù)等級(jí)，符合IEC60529/EN60529IP20殘余浪涌電流（8/20s）10kA170MHz切斷頻率fg（3dB）,在50Q系統(tǒng)中（典型）輸出電壓閾值：在lkV/ps時(shí)W13V/W500V輸入衰減al,在50Q系統(tǒng)中（典型）1.7dB至20MHz響應(yīng)時(shí)間taW500ns/W100ns溫度范圍-40C至+80C4.控制信號(hào)防雷器采用PHOENIXCONTACTPT5-HF-5DC額定工作電壓Un5.2V通頻帶fGRL=100Q/150270MHZ沖擊通流容量Isn8/20psl0kA插入損耗AeRL=100QW0.2dB響應(yīng)時(shí)間TaW500ns2.3.3網(wǎng)絡(luò)避雷器最大允可工作電壓Uc：11VDC額定電流In：1.5A額定放電沖擊電流in(8/20)：2.5kAlkV/Us時(shí)的輸出電壓限位：30V對(duì)稱/非對(duì)稱(地)20V響應(yīng)時(shí)間ta：500ns極限頻率fg(3dB)：100/150Q系統(tǒng)中對(duì)稱(典型)100MHz溫度范圍：-40C80C符合IEC529/EN60529的保護(hù)等級(jí)：IP202.3.3信號(hào)隔離器A:單片厚度6.2mm,超薄設(shè)計(jì)B:采用底部橋接供電,完美的T-bus供電系統(tǒng).C：使用環(huán)境溫度