工業(yè)雷達(dá)測距系統(tǒng)的綜合防雷技術(shù)

賀亞利 陳愛勇

摘 要：針對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中儀表測控系統(tǒng)雷電侵害的嚴(yán)重性，首先介紹了雷電的基礎(chǔ)知識和現(xiàn)代防雷技術(shù)，然后通過對工業(yè)雷達(dá)測距系統(tǒng)的綜合防雷措施，實現(xiàn)了系統(tǒng)的雷電防護(hù)，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

關(guān)鍵詞：測距雷達(dá)；雷電感應(yīng)；防雷措施

1 引言

雷電是大氣自然中的一種氣體放電現(xiàn)象，雷電是由雷云放電引起的，其危害早已被人們所認(rèn)知。隨著工業(yè)電子技術(shù)的迅速發(fā)展，很多工業(yè)電子設(shè)備和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，尤其是微波數(shù)字通訊的微電子技術(shù)設(shè)備，它們的核心部件大都是大規(guī)模的微電子器件，因其允許的能量限值非常小，操作過壓所引起的尖峰脈沖電壓會干擾它的正常工作，甚至破壞整個器件。隨著數(shù)字電路和模擬電路采用的工作電源電壓越來越低，系統(tǒng)的抗干擾和防護(hù)等級越來越高，因而防雷系統(tǒng)設(shè)計已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)安全可靠的重要基礎(chǔ)。

2 雷電基礎(chǔ)

雷電放電涉及到氣象、地形、地貌、地質(zhì)等許多自然因素，隨機(jī)性很大。但雷電在同一區(qū)域里，分布雖然不均勻，但有一定的選擇性。一次閃擊放電的過程可分為先導(dǎo)放電、主放電、余輝放電三個階段。其中主放電的放電電流最大，速度最快，破壞性也最大。雷電放電主要有三種形式：（1）云對地放電，便形成直接雷，破壞性最強(qiáng)，也是主放電階段。（2）云對云放電，產(chǎn)生感應(yīng)雷擊，感應(yīng)雷主要是靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)或它們的綜合作用形成的。（3）云內(nèi)放電，其放電強(qiáng)度不會太高，是最弱的一種雷達(dá)活動形式。

雷電感應(yīng)會產(chǎn)生很多效應(yīng)類型。例如：電效應(yīng)，熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、雷電侵入波、防雷裝置的反擊效應(yīng)等，也可直接對人類形成危害。電效應(yīng)會能產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏的沖擊電壓，將電力系統(tǒng)設(shè)備擊穿或使發(fā)生短路，引起火災(zāi)和爆炸事故。熱效應(yīng)將通過導(dǎo)體的強(qiáng)大的雷電流在極短時間內(nèi)轉(zhuǎn)換成熱能，產(chǎn)生的高溫可能導(dǎo)致火災(zāi)。靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)均會產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象。雷達(dá)侵入波是雷電在架空線路、金屬管道上產(chǎn)生沖擊電壓，使雷電波沿線路和管道迅速傳播，造成電力線路和配電裝置損壞。雷電反擊是指雷電流沿著接閃器、引下線和接地體流入大地時會在其上面產(chǎn)生很高的電位，如果防雷裝置與建筑物內(nèi)外電氣設(shè)備、電線或其它金屬管線的絕緣距離不夠，它們之間會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

3 現(xiàn)代防雷技術(shù)及措施

現(xiàn)代防雷技術(shù)的原則強(qiáng)調(diào)全方位防護(hù)、綜合治理、層層設(shè)防，把防雷看作一個系統(tǒng)工程。建筑物內(nèi)，尤其是在使用電子信息設(shè)備較多的建筑物內(nèi)，防雷設(shè)計應(yīng)按綜合防雷概念，將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施整體統(tǒng)一考慮，才能使建筑物防雷工程設(shè)計做的安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。

直接雷擊的防護(hù)主要是運用接閃、傳導(dǎo)和接地等技術(shù)措施。雷擊感應(yīng)過電壓防護(hù)主要是運用多級分流、濾波、屏蔽和接地等技術(shù)措施。地電位反擊的防護(hù)主要是運用等電位和接地措施等技術(shù)措施。雷電電磁脈沖的防護(hù)主要是運用濾波、屏蔽和接地等技術(shù)措施。

接閃是為保護(hù)預(yù)定的建筑物、設(shè)施或設(shè)備，將一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電不能任意選擇放電通道，而只能按照事先設(shè)計的規(guī)定通道（防雷系統(tǒng)）將能量泄放到大地中去。避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)等都是接閃裝置，是直擊雷防護(hù)的主要措施，避雷針的引雷作用就是主動式接閃。不同的引下線可能會出現(xiàn)電位差，將多個引下線等電位連接，形成均壓環(huán)，在某些地區(qū)還可以鋪成均壓網(wǎng)，可防止多根引下線出現(xiàn)不均勻的雷電流。屏蔽是用金屬網(wǎng)、箔、殼或管子等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對象包圍起來，使雷電的電磁脈沖波從空間入侵的通道全部截斷。所謂分流就是在一切從室外來的導(dǎo)線（包括電力電源線、電話線或信號線、天線的饋線等）與接地裝置或接地線之間并聯(lián)一種適當(dāng)?shù)谋芾灼鳌＝拥厥亲屢呀?jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電流順利流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對被保護(hù)物體產(chǎn)生破壞作用。躲避是指在建筑物基建選址時，就應(yīng)該躲開多雷區(qū)或易遭雷擊的地點，以免日后增大防雷工程的開支和費用，當(dāng)雷電發(fā)生時，關(guān)閉設(shè)備，拔掉電源插頭。

4 工業(yè)雷達(dá)測距系統(tǒng)的綜合防雷

測距雷達(dá)是采用微電子技術(shù)的現(xiàn)代電子設(shè)備，對雷電比較敏感，而且安裝在露天儲罐的罐頂，系統(tǒng)工作在易燃易爆場所，甚至有些設(shè)備工作在防爆區(qū)域的1區(qū)或0區(qū)。圖1為系統(tǒng)所采用的綜合防雷措施。

圖1 系統(tǒng)綜合防雷措施

整個系統(tǒng)建筑物的直擊雷防護(hù)按有關(guān)建筑物的防雷規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等三種接閃器截獲閃電，引下線上與接閃器連接，下與地下一定深處的接地裝置連接，將雷電流順利流散到大地中。為提高接地的可靠性，降低雷電流和地電位，防止反擊和跨步電壓，使用場所接地應(yīng)大于兩處，系統(tǒng)的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作地、保護(hù)接地等應(yīng)共同連接，共用一組接地裝置，同時采取屏蔽的方法。

控制室機(jī)房的供電系統(tǒng)采用三級防雷措施，第一級電源防雷器（SPD）安裝在機(jī)房電源進(jìn)線處，連接線盡可能短而直；第二級SPD安裝在機(jī)房不間斷電源（UPS）輸出端，連接線盡可能短而直，將第一級SPD未泄放完的雷電流瞬間泄放入地；三級SPD作為精細(xì)保護(hù)裝置安裝在機(jī)房內(nèi)重要設(shè)備或弱電設(shè)備前端，將線路上的剩余瞬間過電壓限制在1.0kv以下，還可以吸收操作過電壓。電源防雷器采用對地并聯(lián)連接，通過開關(guān)跳閘或熔斷器燒斷保護(hù)了電源系統(tǒng)。

控制室機(jī)房內(nèi)的通訊線路上串接信號防雷器，信號防雷器除了對微電子器件組成的電子設(shè)備提供精細(xì)保護(hù)外，還可以響應(yīng)瞬間過壓。將帶地線的防雷器的接地線與防雷系統(tǒng)的接地引線焊接，并用絕緣膠布包裹。防雷器的安裝接線必須注意方向，尤其是信號防雷器，所有信號防雷器的輸出（OUT）端連接被保護(hù)設(shè)備。

將控制室機(jī)房內(nèi)的防靜電地板做接地處理，由于室內(nèi)空氣干燥時很容易在防靜電地板表層聚集大量電荷，為充分發(fā)揮防靜電地板的效用，將機(jī)房內(nèi)的設(shè)備外殼與不帶電金屬物件有效接地，并進(jìn)行均壓等電位連接。

露天儲罐雖已接入大地，但為防止雷電反擊，在每臺測距雷達(dá)的前端串接弱電防雷器。接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應(yīng)雷或是其他形式的雷電最終都是把雷電流送入大地，沒有合理而良好的接地裝置的防雷系統(tǒng)是不可靠的。系統(tǒng)的接地裝置PE的阻值不大于4Ω，共用接地PE的阻值小于1Ω。注意：供電系統(tǒng)防雷裝置應(yīng)給閃電流提供一條或幾條低阻抗的通道，可并接分流器對地電流進(jìn)行分流。整個系統(tǒng)布線做了屏蔽處理或埋地敷設(shè)，屏蔽層兩端接地?？刂剖覚C(jī)房進(jìn)出線路埋地并采取屏蔽，無一架空。

5 結(jié)束語

文章詳細(xì)介紹了采用躲、等電位、多級分流、濾波、屏蔽、良好接地等現(xiàn)代防雷技術(shù)措施進(jìn)行完整系統(tǒng)防雷設(shè)計的方法，通過包括對直接雷擊、雷擊感應(yīng)過電壓、雷電電磁脈沖、地電位反擊等多個方面防護(hù)，彌補(bǔ)了潛在的危險和缺陷，防止了直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波的侵入，保護(hù)了系統(tǒng)設(shè)備的正常運行和操作人員的人事安全。

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