高校實驗室電氣安全系統(tǒng)實用技術(shù)

高校實驗室電氣平安系統(tǒng)實用技術(shù)摘要：重點闡述現(xiàn)代防雷的分區(qū)理論，指出高校實驗室防雷電和防浪涌的根本思路，介紹防雷產(chǎn)品的設(shè)計選型的實用方法和技術(shù)。關(guān)鍵詞：雷電；防雷分區(qū)理論；接地系統(tǒng)；浪涌電壓；設(shè)計和選型一、高校實驗室防雷設(shè)計的重創(chuàng)隨著電子技術(shù)的飛速開展，電子計算機早已步入社會的各行各業(yè)。建筑物內(nèi)幾乎無不設(shè)有復(fù)雜程度不同的微電子設(shè)備、精細儀器和計算機系統(tǒng)，高校實驗室也不例外。因此，實驗室除了上述外部的防雷保護外，還應(yīng)有室內(nèi)防雷保護、過電壓及浪涌保護等等。實驗室中的低壓供電系統(tǒng)、測量和控制系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)，有許多因素可引起過電壓浪涌，而又有如下四種因素造成的危害最大——直擊雷、附近的雷擊、遠處的雷擊、開關(guān)浪涌。假如雷電直接對有外部防雷裝置的建筑物或直接打到建筑物頂部的可以通過某種途徑傳輸雷電電流入地的裝置〔如室外天線、衛(wèi)星接收裝置等〕，使得地電位抬升，一大局部雷電流通過保護接地線進入到建筑物的裝置和連接的設(shè)備,有這種效果的可叫做直接雷。雷電也可能直接對電源線〔低壓架空線〕或數(shù)據(jù)線放電，大局部高能雷電流被引入到建筑物里，這也是直擊雷的范圍。而附近的雷擊是指即使建筑物本身沒有遭到雷擊，附近的雷電閃擊也可能引起建筑物裝置上的過電壓。這個浪涌過電壓直接或通過電感性或電容性耦合到達電子裝置、設(shè)備的線路上。局部雷電流也可能通過大地傳送到接地裝置從而引起極大的危害，或者通過雷電放電通道散發(fā)出的磁場，在設(shè)備的線路上感應(yīng)出過電壓，建筑物內(nèi)的長導(dǎo)線回路特別容易感應(yīng)出過電壓。容性耦合是通過具有高電壓差的兩點之間的電場產(chǎn)生的，例如在雷電放電通道和金屬導(dǎo)線之間。幾百米之外的雷電閃擊我們叫它遠處的雷擊，它也可能在低壓導(dǎo)線、數(shù)據(jù)線上感應(yīng)過電壓，也可能將高電壓傳導(dǎo)到建筑物的接地裝置上，從而對電子設(shè)備造成極大的危害。甚至云層之間或云層內(nèi)部的放電產(chǎn)生的電磁場也能耦合過電壓到導(dǎo)線中。除上述三種之外，開關(guān)浪涌那么來自電路的閉合、斷開的轉(zhuǎn)換操作，來自感性和容性負載的開關(guān)操作，也來自電流的阻斷。特別地，大型用電系統(tǒng)或變壓器的斷開可能引起對鄰近的電子設(shè)備的損壞。通過上述分析，我們看到對于高校實驗室電氣平安必須建立一個整體保護的概念。要轉(zhuǎn)變觀念，把雷電電磁脈沖防護當作防雷設(shè)計的重點。這不只是電氣一個專業(yè)的事，因為它涉及到電子設(shè)備的位置和管線的布置等問題。至于對于實驗室來說，我們一定要有整體觀念，建筑物的外部防雷保護要做到包含高能量的有害的雷電流在導(dǎo)線進入建筑物處直接被轉(zhuǎn)向泄入大地，使得進入到其他系統(tǒng)的過電壓值最小化。盡量防止來自磁場的干擾。這樣，我們就有了一個由外到內(nèi)的防雷保護網(wǎng)。在雷電引起的過電壓到達終端設(shè)備造成損害之前，逐級地減少它至無害的程度。為了到達這個目的，建筑物的整個保護空間可以分幾個防雷分區(qū)，每一個分區(qū)都有詳細要求，安裝相應(yīng)等級的防雷器。但是，前提是必須正確安裝等電位連接系統(tǒng)，然后在各分區(qū)之間安裝防雷器作為補充。二、防雷分區(qū)國際上，在國際標準IE613212—1中描繪的分區(qū)防雷的觀念已被有效的應(yīng)用。由外到內(nèi)，防雷分區(qū)〔LPZS〕被定義如下：LPZ0A——在建筑物外部，不受外部保護裝置保護的區(qū)域?？赡茉馐苤睋衾?，對雷電脈沖沒有任何屏蔽作用。LPZ0B——在建筑物外部受外部防雷保護裝置保護的區(qū)域。對雷電脈沖沒有任何屏蔽作用。LPZ1——在建筑物內(nèi)部區(qū)域，有小局部雷電能量進入的可能性。PLZ2——在建筑物內(nèi)部區(qū)域，有低的浪涌過電壓進入的可能性。LPZ3——在建筑物〔也可能是設(shè)備的金屬外殼〕內(nèi)部區(qū)域，沒有雷電磁脈沖產(chǎn)生的干擾，也沒有浪涌過電壓?？梢姡偃缥覀儼袻PZ0→1稱為粗級保護、LPZ1→2稱為中級保護，那么就可以把LPZ2→3稱為精細保護。很明顯，實驗室的保護主要在中級保護和精細保護范圍，當然在它外面的針對建筑物的粗級保護必須把能量減低到中級保護能承當?shù)姆秶Ｍ?，中級保護也要把能量減低到精細保護能承當?shù)姆秶?，只有這樣，才能保證實驗室的儀器設(shè)備既沒有雷電磁脈沖的干擾又沒有浪涌過電壓，才能確保其正常工作和運行。要注意，浪涌過電壓既可能如上所述是由雷電引起的，也可能是由開關(guān)引起的，也就是說，即使沒有雷電的天氣，由于來自電路的閉合、斷開的轉(zhuǎn)換操作，來自感性和容性負載的開關(guān)操作，也有來自短路電流的阻斷,也都會引起浪涌過電壓，這些我們就稱為開關(guān)浪涌，對于實驗室，雷電浪涌和開關(guān)浪涌都是必須采取技術(shù)保護措施的。要使實驗室的電氣平安可靠有效，首先要有一個可靠的接地系統(tǒng)。在變壓器中性點直接接地的380/220V三相四線低壓電網(wǎng)中，即：過去稱三相四線制供電系統(tǒng)中的保護接零。TN系統(tǒng)的電源中性點直接接地，并有中性線引出。按其保護線形式，TN系統(tǒng)又分為：TN-系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)和TN--S系統(tǒng)等三種。TN-系統(tǒng)(三相四線制)，該系統(tǒng)的中性線(N)和保護線(PE)是合一的，該線又稱為保護中性線(PEN)線。它的優(yōu)點是節(jié)省了一條導(dǎo)線，但在三相負載不平衡或保護中性線斷開時會使所有用電設(shè)備的金屬外殼都帶上危險電壓。在一般情況下，如保護裝置和導(dǎo)線截面選擇適當，那么TN-系統(tǒng)是可以滿足要求的。TN-S系統(tǒng)(三相五線制)，該系統(tǒng)的N線和PE線是分開的。它的優(yōu)點是PE線在正常情況下沒有電流通過，因此不會對接在PE線上的其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。此外，由于N線與PE線分開，N線斷開也不會影響PE線的保護作用。但TN-S系統(tǒng)耗用的導(dǎo)電材料較多，投資較大。TN--S系統(tǒng)(三相四線與三相五線混合系統(tǒng))，系統(tǒng)中有一局部中性線和保護是合一的；而且一局部是分開的。它兼有TN-系統(tǒng)和TN-S系統(tǒng)的特點，而實驗室也可以用這種接地方式。但如投資允許，實驗室平安可靠性要求高，最好用TN-S系統(tǒng)。在TN-、TN-S和TN-S-系統(tǒng)中，為確保PE線或PEN線平安可靠，除在電源中性點進展工作接地外，對PE線和PEN線還必須進展必要的重復(fù)接地。PE線PEN線上不允許裝設(shè)熔斷器和開關(guān)。在同一供電系統(tǒng)中，不能同時采用TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)保護。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.三、實驗室分級保護方法實驗室所處建筑物外部的防雷接地網(wǎng)，最好是各個建筑物的接地網(wǎng)都連接成一個大接地網(wǎng)，互相之間縱橫穿插連通，這樣就能確保在建筑物外部就使雷電的最大局部能量平安可靠地泄入大地。而在建筑物內(nèi)部，直到每一個實驗室，我們可以根據(jù)防雷分區(qū)的理論和浪涌電壓的分級保護方法，配置適宜的防雷產(chǎn)品。以B防雷產(chǎn)品為例，我們可以采取這樣幾種產(chǎn)品進展防雷：一是電源防雷器；二是通信線信號防雷器；三是工業(yè)控制系統(tǒng)、測量系統(tǒng)防雷器；四是地極保護防雷器。詳細施行上，電源防雷器安裝在線纜進入建筑物的入口處，例如，安裝在電路的配電屏上〔B級〕，還可逐級安裝在分路配電屏上〔B級〕，盡可能的靠近被保護設(shè)備端也應(yīng)安裝防雷產(chǎn)品〔精細保護級、級〕。通信線信號防雷器為了方便區(qū)分不同的實際應(yīng)用，將通信防雷分為三類：根本防護級別〔紅色〕，綜合防護級別〔藍色〕，精細防護級別〔綠色〕。紅色的可安裝于線纜進戶處，藍色的可安裝于設(shè)備前端，綠色的可安裝于設(shè)備側(cè)。通信線防雷器的選型，主要考慮電壓等級、速率匹配、接口類型的選擇。實驗室的防雷和防浪涌電壓主要就是電源防雷器和通信線號防雷器這兩種。電源防雷器〔B級〕一般是采用插拔式多層火花間隙器件。該裝置9層火花間隙是由10片高能石墨電極圓盤疊合在一起構(gòu)成的，9層火花間隙經(jīng)過了大容量電容控制，因此保證了準確設(shè)定的保護程度電壓≤2KV。而級一般采用金屬氧化物壓敏電阻，它可以應(yīng)付頻繁的動作，壽命長。定出了實驗室的防雷根本方案和詳細的防雷產(chǎn)品系列，我們就要進展電源防雷器的設(shè)計和選型，首先，要進展現(xiàn)場情況分析，看看建筑物種類及外部環(huán)境〔市區(qū)或郊區(qū)或高山，是否有架空線引入等等〕，第二、檢查建筑物內(nèi)部供電系統(tǒng)的類別〔是否是單相或三相供電？是否是TT或TN供電制式〕，第三、供電環(huán)境是否惡劣？〔電源電壓是否穩(wěn)定？接地網(wǎng)電阻值是否偏高？〕，第四、是否需要額外報警功能。從而根據(jù)詳細的防雷產(chǎn)品系列，定出防雷器的完好型號，同時還要注意防雷器本身損壞產(chǎn)生短路時，電路保護的考慮。同理，我們也可對通信線防雷器進展設(shè)計和選型，第一、也要進展現(xiàn)場情況分析，看看通信線路是否有架空引入的情況？確定是否需要進展兩級防雷保護，第二、電壓等級的選擇〔最高工作電壓要根據(jù)通信線的工作電壓來確定，防雷器的最高工作電壓必須大于通信線的工作電壓的1.2倍〕，第三、速率匹配的選擇〔通信線防雷器安裝在線路上時，其支持的最高傳輸速率應(yīng)大于通信線的傳輸速率，否那么將導(dǎo)致通信中斷或誤碼率增加等狀況〕，第四、接口類型的選擇。從而選定各種型號。四、完畢語高校實驗室的電氣平安實際上是一個系統(tǒng)工程，而且還需要經(jīng)歷的積