工業(yè)儀表控制系統(tǒng)的防雷策略

康瑞驍+石磊

儀表系統(tǒng)對于企業(yè)來說很重要，在儀表系統(tǒng)的防護(hù)中，抗雷擊、靜電預(yù)防工作顯得尤為重要，本文就雷擊的破壞分析及儀表的防雷策略進(jìn)行分析。

一、雷擊對儀表的破壞分析

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

（1） 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(diǎn)是造成的能量巨大，通過產(chǎn)生的電效應(yīng)、機(jī)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。

（2）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)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?yàn)椴捎眉呻娐?，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)的防雷策略

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)、避雷線作為接引裝置，先將雷電來來的強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)或者是最容易遭受雷擊的地方時，其接地電阻要小于4Ω，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?yàn)閮x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。

（1）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4Ω。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)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。

（2）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。對于模擬信號和高速信號線等比較重要的信號，就要保護(hù)信號的強(qiáng)度，所以要選用屏蔽電纜。③弱電信號。弱點(diǎn)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(qiáng)電影響，所以要遠(yuǎn)離強(qiáng)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?yàn)橐幚碓S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(diǎn)都接地。

（3） 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腟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

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，介紹了相關(guān)的防雷策略。endprint