水廠雷電電磁防護技術研究

張 歡

(天津市公用事業設計研究所，天津 300100)

?

水廠雷電電磁防護技術研究

張 歡

(天津市公用事業設計研究所，天津 300100)

指出了目前天津市水廠自動控制普遍采用計算機或可編程控器組成的監控網絡，然而這些微電子設備一旦受到雷電電磁脈沖的危害，輕則造成系統運行失靈，重則造成永久性損壞。通過實地調研，建立了天津通用水務有限公司雷電電磁防護系統，安裝了相應的浪涌防護裝置，從而將雷電災害降到了最低限度。

通用水務；雷電電磁防護系統；浪涌防護裝置

1　引言

隨著科學技術的發展，目前天津市水廠自動控制普遍采用計算機或可編程控器組成的集數據采集、過程控制和信息傳送于一體的監控網絡。由于這些微電子設備本身存在著絕緣程度低，過壓耐受能力差的致命弱點，一旦受到雷電電磁脈沖的危害，輕則造成系統運行失靈，重則造成永久性損壞。所以對自動控制系統采取有效的防雷保護措施是保證水廠在雷雨季節能夠正常工作不可缺少的重要環節。通過對水廠自動監控設備的實地考察，設計并建成了天津通用水務公司雷電電磁防護系統。從而把雷擊造成的經濟損失降到了最低點。

2　設備遭雷擊受損的形式

直接遭受雷擊而損壞；雷電脈沖沿著與設備相連的信號線、電源線或其他金屬管線侵入，使設備受損；設備接地體在雷擊時產生瞬間高電位形成地電位“反擊”而損壞；設備安裝的方法或安裝位置不當，受雷電在空間分布的電場、磁場影響而損壞。

3　適用于水廠自動化監控設備防雷系統的解決方案

3.1指導思想

根據目前系統現狀，進行防雷系統工程的實施，確保系統設備能夠正常工作，保障人員及設備的安全是十分必要的。因此我們的設計方案以國家標準、行業標準作為依據，結合天津市通用水務有限公司自動化信息系統的具體情況，充分體現了“高質量”及“低成本”的設計理念。

3.2執行標準

GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》；GB50057-1994《建筑物防雷設計規范》；GB 50174-1993《電子計算機機房設計規范》

3.3防雷系統的設計思路

建筑物的防雷措施主要有：

(1)直擊雷防護。依據建筑物的高度、結構等采取直擊雷防護措施，包括接閃裝置、引下線和接地裝置三大部分。

(2)弱電防護。由于雷擊發生時至少有50%的雷電流將沿著進出建筑物的管線泄放，因此主要防護措施：電涌保護器安裝和等電位連接。主要分為以下步驟： ①電源系統電涌保護器安裝; ②通信線路電涌保護器安裝; ③屏蔽、等電位連接、接地和綜合布線

3.4水廠雷電電磁防護系統的一般性架構

3.4.1電源防雷

根據機房建設的要求，配電系統電源防雷應采用三級防護。由于避雷器生產廠家的設計思想各不相同，相應其避雷器的性能特點也不盡一致。

3.4.2信號系統防雷

與電源防雷一樣，通訊網絡的防雷主要采用通訊避雷器防雷。目前，計算機遠程用聯網常采的方式有電話線、專線、X.25、DDN和幀中繼等，通訊網絡設備主要為MODEM、DTU、路由器和遠程中斷控制器等。

3.4.3等電位連接

等電位連接的目的，在于減小需要防雷的空間內各金屬部件和各系統之間的電位差，防止雷電反擊。

3.4.4金屬屏蔽及重復接地

在做好以上措施的基礎上，還應采用有效屏蔽、重復接地等辦法，避免由架空導線直接進入建筑物樓內和機房設備，盡可能由埋地纜進入，并用金屬導管屏蔽，屏蔽金屬管在進入建筑物或機房前重復接地，最大限度衰減從各種導線上引入雷電高電壓。

3.5解決方案

3.5.1天津通用水務公司安裝雷電防護系統前的狀況

供電配電系統無防護措施；儀表及控制系統無防護措施；無等電位連接。 依據GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》確定天津通用水務有限公司自動化信息系統雷電防護等級為C級防護標準。

3.5.2供電系統防雷措施

當雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時，將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫茲的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進入供電系統造成瞬態過電壓使設備損壞。因此根據 GB50343-2004《建筑物電子信息系統技術規范》、GB50057-1994《建筑物防雷設計規范》的要求，我們對水廠供電系統采取三級防雷保護措施。

第一級在水廠變電室低壓側輸入端，采用通過Ⅰ級分類測試實驗的TPS-B50/3+N型防雷器，主要泄放外線等產生的過電壓，其通流量大泄放波形為10/350μs。由于水廠面積較大各個部門相距較遠，地埋纜線線路長，因此在變電室低壓側的輸出端，采用TPS-B100/3+N防雷器泄放波形為8/20μs。最大放電電流可達100kA。

第二級在各個部門配電箱柜進線端，采用三相壓敏電阻型防雷器TPS-B100/3+N。該防雷器電路由具備性能良好的非線性特性(α>30)的氧化鋅壓敏電阻組成。這使得該防雷器即使在高能量的過電壓沖擊下，也能夠最大限度地降低線路感應過電壓和雷電殘壓，它具有良好的限壓特性。

第三級在單個設備前端安裝TPS-C40/3+N防雷器主要泄放前面的殘壓，完全可達到箝位輸出，其殘壓低，響應時間快。

3.5.3信號系統防雷措施

天津通用水務公司自動化系統信號采集是采用屏蔽電纜埋地完成的，通信接口為485方式。液位計10臺分布于各個部門，傳輸信號4～20 mA。監控線路是由各個監控點匯聚到傳達室，這使得信號線路傳輸距離比較遠，容易受到電磁感應的影響，會造成設備損壞。為了保證系統在雷雨季節能夠正常工作，我們依據GA371-2001《計算機信息系統實體安全技術要求》第5.4.3規定：電源進線、信號傳輸線在進入計算機信息系統設備時必須安裝浪涌保護器。

浪涌防護裝置是把因雷電感應而竄入電力線、信號傳輸線的高電壓限制在一定范圍內，保證用電設備不被擊穿的防護裝置。常用的種類繁多，可分為三大類放電間歇型、閥型和傳輸線分流型。

(1)485屏蔽電纜。保護級別：通信線纜精細級保護； 所選產品： TMS-M24R信號防雷器； 安裝地點：在屏蔽電纜兩端進行防雷保護。 保護范圍：PLC 485端口。

(2)4～20 mA信號線。 保護級別：信號線端口精細級保護； 所選產品：TMS-P2信號防雷器； 安裝地點：在水位計兩端進行防雷保護。 保護范圍液位計一次、二次表。

(3)監控系統電源、視頻、信號線。 保護級別： 監控電源、視頻、信號線端口精細級保護；

所選產品： TTS-CCTV-3/220AC防雷器； 安裝地點： 在傳達室設備采集端進行防雷保護； 保護范圍： 監控系統采集設備。

3.5.4等電位連接措施

接地執行GB50057-2000《建筑物防雷設計規范》。有交流工作接地、安全保護接地、直流工作接地、防雷接地四種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻按其中最小值確定；若防雷接地單獨設置接地裝置時，其余三種接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻不大于其中最小值。

4　結論

(1)通過上述對防雷電電磁脈沖裝置多方面分析，為了能保證防雷電電磁脈沖裝置安全可靠地運行，我們對防雷電電磁脈沖裝置有一個全面科學的認識，體會到只有從多方面去了解防雷電電磁脈沖裝置的運行情況，才能對其性能做出客觀的評價。

(2)通過對通用水務雷電電磁防護系統設計和安裝，已經形成完整的系統解決方案，我們可對不同類型的防護對象采用不同的防護設計和防雷電電磁脈沖裝置的選型。

實踐證明，此雷電電磁防護方案安全有效，達到預期的設計要求，符合設計雷電電磁防護設計規范。

[1]盧宜.水廠自動化系統的防雷措施分析[J].中國新技術新產品，2010.

[2]楊時.防雷技術在水廠自動化控制系統中的應用[J].科技資訊，2012.

[3]汪祁.水廠自動化系統防雷接地保護設計[J].電器與能效管理技術，2013.

Study on Lightning Electromagnetic Protection Technology in Water Plant

Zhang Huan

(TianjinMunicipalPublicUtilityDesignInstitute,Tianjin300100，China)

At present, the control network which is composed of computer and programmable controller is widely used in water plant in Tianjin City. However, once these microelectronic devices are subjected to the harm of lightning electromagnetic pulse, therewillbethe system operation failure, eventhepermanent damage to the system. Through field research, we built the lightning electromagnetic protection system of Tianjin General Water Co., Ltd., and installed the corresponding surge protection device, which would reduce the lightning disaster to a minimum.

general water; lightning electromagnetic protection system; surge protection device

2016-05-25

張歡(1985—)，男，工程師，主要從事網絡維護，軟件工程,PLC控制等方面的工作。

TM862

A

1674-9944(2016)14-0170-02