自動印刷機組在雷電高發地區加強防護的初步探討

摘要：在雷電高發地區，對于使用自動控制部件和眾多電子元器件的自動印刷機組，加強對雷電強電磁干擾的抑制、屏蔽等技術措施，以減少設備故障，確保安全生產，尤為重要。針對自動印刷機組安裝在雷電高發地區易受雷電強電脈沖的影響的特點，通過增加如：建筑物和內部供電線路、通訊控制電纜的屏蔽，增加對控制部件電源的濾波和浪涌吸收，等環節的防護加固，可以起到減少設備的故障率的作用。

關鍵詞：印刷機組;防雷技術;接地;屏蔽;浪涌吸收

引言

我國是自然災害頻發的國家。在南方的夏季，對使用工業自動化技術的印刷設備，雷擊和雷電干擾，是設備能否安全使用最嚴重的威脅之一。筆者所在的印刷廠位于四周空曠的灘涂低電阻帶區域，每年雷電高發，可以遇見多次強烈的電閃雷鳴。雖然工廠的建筑物和供電線路都有合格的防雷設備，但由于雷電產生的強電磁場的沖擊，出現過多次諸如：PLC供電的低壓開關電源損壞，通訊接口模塊、傳感器、控制變壓器繞組的擊穿等一系列故障現象。這些故障，往往發生在一陣比較強烈的雷雨過后，給正常的生產造成很大的影響。所以，通過技術防護措施，提高設備抗雷電產生的強烈電磁干擾能力，減少電氣設備故障，提高生產效率，至關重要。

幾年來，我們在地方供電和氣象部門的支持下，查閱資料上一些高山氣象廣播臺站的防雷經驗，自行在工廠開展了在雷電高發地區加強工業電氣設備抗強電磁干擾沖擊，防止設備因感應的高壓造成設備損壞的一些探討。通過不斷的實踐與探索，采取了一些相應的技術措施，取得了初步的見效。

1 現有建筑物和供電線路的防雷技術現狀

我們廠子的廠房建筑物由有比較高等級的工民建設計資質的設計院設計，有完備的建筑物避雷針等防雷設施，建筑物防雷接地經過測試，接地電阻達到 < 1Ω的水平。

供電線路由電力部門施工，配電房與廠房之間用動力電纜穿管地下敷設。廠房車間的配電柜配電箱除了都安裝了符合國標的斷路器或空氣開關。并且安裝了抑制瞬態高壓，標稱放電電流達40KA的浪涌保護器。各個配電柜外殼、安裝底板，都有良好的接地保護。從配電柜到動力柜的電纜通過電纜溝敷設。車間的照明等線路用橋架敷設。

從以上現狀看，一切視乎都循規蹈矩，比較“規范”。

2 設備損壞的主要現象

幾年來我們廠出現的設備故障與環境的雷電現象基本有直接的關聯性。如下班后有雷雨的雷暴發生，上班發現設備有故障了;也有生產當中，雷暴發生后，印刷機組故障“罷工”了，直接影響了生產。

分析設備故障的零部件，基本上都是高壓電擊穿。如RJ45網絡接口短路，發現模塊上的壓敏電阻過壓開裂，小型控制變壓器線圈短路、PLC供電單元的損壞等等。

3 故障原因分析

由于設備故障與雷電活動的關聯性，所以設備損壞，不外乎⑴線路雷電對線路電擊，在避雷器和接地線路泄放電流產生的的差模殘余電壓。⑵強烈電磁場在供電或通訊線路上感應產生的共模高壓。很顯然，會擊穿RJ45通訊模塊的只有這種共模高壓，因為在通訊線路上本來只有弱電的低電壓信號。

我們也注意到，工廠有幾十臺的變頻器，幾年來無一損壞。除了它們是三菱、西門子、ABB等世界名牌產品質量好的緣故。分析變頻器的線路，它們無一例外，電源進入變頻器，通過抗干擾線路，整流之后進行濾波，濾波電容對干擾信號有很強的吸收和平滑作用。所以視乎變頻器有“雷打不動”之身。

由于車間內，從配電柜到動力柜每一段有幾十米以上線路，沒有任何屏蔽措施。所以發生雷暴產生的強電磁脈沖，很容易使這段線路感應高壓。印刷機組的動力柜內沒有再安裝抑制瞬態高壓的浪涌保護器，感應高壓不能得到有效的泄放。我們分析，這大體是設備在這特定區域不抗雷擊的原因。

4 設備加強抗雷擊的防護對策和措施

根據對故障原因和源頭的分析，我們采取了在特定環境下，對雷電強電磁脈沖的以下對抗措施：

1）加強屏蔽

我們參考一些資料上提供的高山氣象、廣播臺站防雷的防護方法，在廠房的大門、窗戶和房頂敷設鋁合金金屬網，并對它們都做接地連接。電纜溝的動力電纜我們采取“就地取材”，用我們廠里印刷使用過后的廢PS版進行包裹，版與版之間用4平方以上導線連接，最后和動力柜的接地連接一起，形成“等電位”。設備連接的通訊控制電纜用金屬軟管穿設。我們力求通過這些簡易的屏蔽措施，把電氣線路盡可能屏蔽起來，盡量減少雷電強電磁脈沖對設備線路的干擾。

2）加強接地

雖然工廠建在低電阻的灘涂回填的基地上，為防止鹽堿對接地體的腐蝕，減少保護接地的效果。我們根據電力部門的建議，特地購買安裝了由石墨碳素等非金屬材料制作的接地體。這種接地體是專門用在防雷有較高要求的場合。我們用它們與動力柜和機臺相連接。提高設備和系統的保護接地的效果。

3）對強脈沖電信號的濾除

由于設備的損壞均由強電脈沖所造成的。所以技術上采取濾除這種強電干擾的措施至關重要。我們認真仔細分析了機組的電源和通訊線路。決定對控制回路的供電獨立進行保護。該回路給PLC、觸摸屏的電源單元、控制變壓器、隔離變壓器還有電磁閥等執行元器件。

方案是電源先經過獨立的空氣開關，然后到新安裝的2P防雷電涌保護器，保護器的持續工作電壓為275V，接地線按說明書要求，選擇在10平方毫米以上的銅導線。需要說明的是防雷電涌保護器是一種一次性使用的保護產品。，如果強雷電脈沖產生保護動作，保護器上綠色的標志變為紅色，其內部的壓敏電阻已經擊穿，必須立即更換。

最后再通過抗干擾電源濾波器。濾波器選用有CE等技術認證的20A以上規格的電源濾波器。濾除雷電強脈沖干擾。電源濾波器的接地端可以與動力柜接地接在一起。

此外，我們對PLC的程序全部都進行了備份，保存在電腦或U盤上，以防不測。

結束語

通過以上的技術措施和方法的一系列嘗試，我們工廠，經過幾次的防雷整改和加固，幾次近距離雷暴沒有再出現關聯的設備故障，取得了技術防范的初步成果，為確保設備安全和生產的順利進行，起了一定的積極作用。

參考文獻：

[1]許建福.淺析建筑電氣安裝質量管理[J].福建建材，2020年第2期

[2]高雄.高山臺站的防雷[J].西部廣播電視.2016年第10期

[3]張軍.談高山臺站防雷技術[J]. 遼寧廣播電視技術.2010年第3期

[4]GB50057-2016_建筑物防雷設計規范

[5]李超詳.電涌保護器（SPD）原理與應用[M].北京：氣象出版社，2011，433頁

作者簡介：朱冠宇（1986—），男，本科，工學學士，助理工程師，從事印刷電氣及自動化設備管理與維護。