jx-300xp系統(tǒng)硬件及工程技術(shù)問(wèn)題7、防雷教學(xué)

分散型控制系分散型控制系統(tǒng)ProtectionofDCSagainst（控制系系列講座之一浙江中控1 得控制系 系列講包之一：分散型控制系統(tǒng)的防之二：分散型控制系統(tǒng)的CMRR和之三：分散型控制系統(tǒng)的電磁兼容性EC之四：I/O號(hào)的處理和；之七：控制系統(tǒng)外部管線的之八：控制室的2氣流翻滾，云層急聚，一場(chǎng)風(fēng)暴正在形成氣流翻滾，云層急聚，一場(chǎng)風(fēng)暴正在形成34前閃電是自然界強(qiáng)大的脈沖放電現(xiàn)象，地球上平均每秒鐘有100次，已成為十大自然（、水澇、旱災(zāi)、雷電、、泥石流、臺(tái)風(fēng)、冰直擊雷的高電壓、強(qiáng)電流侵入各處，人，破壞建筑物、輸電網(wǎng)，森林火災(zāi)（半數(shù)是雷擊引起的）是很常見的事。伴隨著雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的作（俗稱感應(yīng)雷），通過(guò)金屬管道和電纜將雷電波（即高電位）引（1：1992927國(guó)際機(jī)場(chǎng)，252：1992622日，國(guó)家氣象中心大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遭雷5中和，產(chǎn)生光和而通道所發(fā)出熱，使附近的空氣突膨脹，發(fā)出霹靂的轟，人們稱之謂“雷

雷電有 球雷（尚未定論，占云對(duì)地放電的8%，1983年8月15日 3片狀雷（云間放電，占95%，僅信息系統(tǒng)構(gòu) 6結(jié)構(gòu)和云間放電機(jī)理（片狀 7 899雷擊的選擇放電——即位能的釋放，總是沿著易導(dǎo)電路程（阻抗?。└叽蠼ㄖ锏募忭敚ㄒ?yàn)樵撎幍撵o電感應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大 。（1：20046265棵大樹的簡(jiǎn)易1713人；2：19676月24日，和平里，高壓輸電線附近有棵大樹，樹所以在作雷擊案例分析時(shí)，首先要觀察現(xiàn)場(chǎng)的周邊環(huán)境避雷裝置（外部防雷措施）的基本理1避雷裝置的基本原理是引雷 345 好）

避雷針的保護(hù)圍

避雷針保護(hù)范圍可以近似認(rèn)建筑(的確定方法：滾球法，可參GB50057-94建建筑前前12唯 得1電感 （云間其下端電荷迅 千安。（例：1989年8月12日山 19人，

-++++++

2磁感

IB引下3避雷針能防雷電電磁脈避雷針（裝置）的作用是吸引閃電電流，并把的有效。避雷針不能防護(hù)由感應(yīng)產(chǎn)生的和經(jīng)金屬導(dǎo)入電子設(shè)備內(nèi)部的雷電電磁雷電防護(hù)分區(qū)（LPZ） （LPZ0A（LPZ

室LPZ0B室內(nèi)

區(qū)LPZ12004）雷電電磁脈沖的防雷電電磁脈沖的防護(hù)措施（內(nèi)部防雷措施）有 合理布線分流（包括安裝浪涌保護(hù)器SP等電位聯(lián)接和接地保護(hù)（強(qiáng)制性 的目的 2）防止和降低外界電磁輻射能量向被保護(hù)的空 材料：金屬材料，具體要 性質(zhì)而定。 室、金屬例：飛機(jī)是一 的等電位體，可以穿 云間 靜電屏蔽靜電場(chǎng)干擾，用導(dǎo)體把該如 導(dǎo)體各處等電

- 體對(duì)電磁波有三種不同機(jī)理的衰減 ）空氣中的電磁波到 體時(shí)，由于空氣和屬交界面的波阻抗不同，對(duì)入射波產(chǎn)生波反射進(jìn) 體內(nèi)的電磁波 導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生流，消耗部分能尚未吸收掉的電磁波在兩界面間重，從而衰減5.1.35.1.3，國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局于2000年發(fā)布《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)HG/T20513-2000）對(duì)電纜的有絕緣隔開的外層層的一端做等電位聯(lián)接外，還應(yīng)，外層應(yīng)至少在兩端作等電位聯(lián) 生的磁通抵消了源磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁通，從而基本上消層層時(shí)所感應(yīng)的電壓。通常，利用金屬走線槽或穿金屬（本圖未畫出 層

層5.2合理布防電纜進(jìn)入系統(tǒng)合理布線包括 纜自身形成的感應(yīng)環(huán)路面積定的距離（后面詳述 接地特別是在進(jìn)控制室前15

布

SS反擊的基本概當(dāng)建筑物防雷裝置雷擊、引下線和接地體上都會(huì)產(chǎn)生很高的電位，如如何求取防止反擊的最小距離UAC

L0 diiRIxdtx上式是則雷擊時(shí)A點(diǎn)和C點(diǎn)的電位差（即防雷 上計(jì)算式中 A A、C兩點(diǎn)間的電壓（千伏 dd ——雷電流的變化率（千安微秒 由上式可知，反擊電壓取決電流在引下線上的電感電Sa

iRE

L0h E為了計(jì) 起見，可取電流幅值Im,如L=1.4亨Im=150千安；di則代入可得空氣中的安全距離（米空氣中的安全距離（米Sa10.3Ri地中的安全距離（米地中的安全距離（米Sa0.3R如果沖擊電阻值為104米，則空氣中安全距離應(yīng)大于3.43唯 得2米。（但是“GB50343-2004”規(guī)定，電子信息系統(tǒng)線纜和防雷引下線最小平行凈距1最小交叉凈距為0.3米。這是在等電位連接的前提下注對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物，目前常利用外墻或柱子中的鋼筋作防雷裝置的引下線，所以無(wú)論是敷設(shè)電纜，或者是布置盤 置，并和其保持一定的間距。如果實(shí)在無(wú)法避開的 等電位聯(lián)接（均壓受條件限制 防止產(chǎn)生反擊的最小距離盡管 等電位聯(lián)接的方建筑物混凝土內(nèi)的配筋連成一體（只要用金屬 ，一定要焊接并在底層設(shè)置接所有的金屬管道，金屬設(shè)備連成一體并接電氣裝置的均壓連接，包括電纜的金屬外皮、供電系統(tǒng)的中性線和保護(hù)接地等。 4.分 增加防雷引下線的數(shù)增加防雷引下線的數(shù)量雷電流愈小，則其反擊的機(jī)會(huì)和感應(yīng)的范圍的影響就愈小。 5.4.25.4.2電涌保護(hù)器（SPD）。。vt5.4.3SPD電壓開關(guān)型特點(diǎn)：無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高

限壓型通常用壓敏特點(diǎn)：無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高低阻導(dǎo)通狀態(tài)組合型電壓開SPD和限壓型SPD合而成。5.5接接地是分流、引雷入地和排泄雷電電磁干量的必不可少 一個(gè)避雷設(shè)施如果沒(méi)有接地就成了引雷入。如何衡量接地裝置的性能？）散流效果好（接地電阻小電位分布曲線的陡度要小（跨步電壓小和接地裝置相連的系統(tǒng)間耦合要經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、耐以前的接地系統(tǒng)是否合格以接以前的接地系統(tǒng)是否合格以接地電阻值為準(zhǔn)，現(xiàn)在側(cè)重于接地結(jié)構(gòu)兼顧接地電阻值，特別是從獨(dú)立接地到等電位聯(lián)結(jié)(BONDING)轉(zhuǎn)變?？刂葡?的三要設(shè)：N系統(tǒng)受干擾G——干擾發(fā)生源的強(qiáng)C——干擾源通過(guò)某種途徑傳到受干擾處素 性能則 所以，為了減少系統(tǒng)受干擾的程度，應(yīng)該將干擾 途徑上給予很大的衰減提高系統(tǒng)的抗擾當(dāng)控制室建筑物的防DCS例： 的避雷針遭雷——這是一種正?，F(xiàn)象，是室內(nèi)十多臺(tái)計(jì)壞

所以 裝置和獨(dú)立的DCS接地裝置要20米以離不應(yīng)3米。強(qiáng)大的雷閃電生的雷電電磁脈DCS

負(fù)載電1）當(dāng)控制室建筑物的防直擊雷裝置在接閃時(shí)，在引下線內(nèi)通過(guò)強(qiáng)大的瞬間雷電流，如果在引下線周圍的一定距離內(nèi)設(shè)有連接DCS統(tǒng)的電纜（包括電源、通信以及I/O電纜則會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，擾或損壞DCS系統(tǒng)

接地2）當(dāng)控制室周圍發(fā)生2）當(dāng)控制室周圍發(fā)生雷擊種金屬管道、電纜 產(chǎn)生感應(yīng)（空間電磁感應(yīng)可以發(fā)生在幾公里范圍內(nèi)）。如果這些管道和線路引進(jìn)到控制室把電壓傳到DCS系統(tǒng)上，就會(huì)對(duì)DCS。 從控制室上空經(jīng)過(guò)當(dāng)直擊雷發(fā)生后，云層帶電迅 （云間放電而面 些范圍由于散流電阻大，以至出現(xiàn)局部高電，它會(huì)對(duì)周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生影響，這種靜電感電壓也會(huì)對(duì)DCS系統(tǒng)產(chǎn)生干擾或上述幾種的雷電干擾形式，最嚴(yán)重的干

正負(fù)5V的電壓波動(dòng)。 0.03T時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)誤動(dòng)作，當(dāng)超過(guò)2.4T時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)永久性規(guī)范》（GB50057-94，2000）的規(guī)定，建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性、發(fā)生雷電事故的可能性建筑物和第三類防雷建。DCS控制室如作為獨(dú)立的建筑物，應(yīng)劃為第三類防雷； 筑物內(nèi)，其防雷要求和直擊雷設(shè)施應(yīng)聯(lián)同生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)綜合確定和設(shè) DCS控制室為獨(dú)立的建筑物，且在周圍避雷針的保護(hù)范圍應(yīng)將建筑鋼筋混凝土內(nèi)的配筋、金屬門窗等聯(lián)為接地DCS機(jī)房宜選在建筑物底層中心部位，其設(shè)備柱3何布不得使用非金屬的玻璃鋼走線橋采用金屬或帶金屬 網(wǎng)的走線橋架時(shí)，應(yīng)保證橋架間有長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)每隔30米設(shè)一個(gè)接地點(diǎn)。橋架和橋架的安裝支架單獨(dú)走線的電纜（包括通信電纜）宜選用金屬鎧裝電纜直埋敷設(shè)，埋地深度不小于700mm。若單獨(dú)走線的電纜（包括通信電纜）為一般電纜，應(yīng)穿金屬保護(hù)管敷設(shè)；金屬保護(hù)管宜埋地敷設(shè)，埋地深度不小于700mm。若金屬保護(hù)管敷設(shè)，應(yīng)保證金屬保護(hù)管間有良好的電氣連接，并須在金屬保護(hù)管的兩端接地，如果金屬保護(hù)管的距離較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)每隔30米設(shè)一個(gè)接地點(diǎn)。金屬保護(hù)管的接地宜采用等電位聯(lián)接。若外部的線纜采用電纜溝方式敷設(shè)，電纜溝內(nèi)的線纜敷設(shè)仍應(yīng)滿足第1、2、4條款的要求。進(jìn)入控制系統(tǒng)的線纜應(yīng)離開獨(dú)立避雷裝置引下線（包括用作引線的建筑配筋和接極有不小于2（等電位不小于1如不可避免，應(yīng)采用金屬 并接。注：電磁波同樣可以在土壤 ；高電壓、大電流容易找到埋設(shè)在土壤中的電444.1何謂等電位聯(lián)接雷的角度或者是從減小控制系統(tǒng)的共模干擾來(lái)看唯 得 比國(guó)外18（英R.H.Golde1977到。4.24.2S等電位連接有S結(jié)構(gòu)M型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)一般采用的是S型星形結(jié)構(gòu)（見圖和共用接地接地基準(zhǔn)點(diǎn)（ERP）總”，匯總點(diǎn)應(yīng)靠近ERP我們?cè)诠こ虒?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，即便DCS采用等電位接地方式實(shí)現(xiàn)，但在接地網(wǎng)中的引入點(diǎn)不能和防雷地、大電流高電壓設(shè)備的接地點(diǎn)相距太近，否則源源不斷的電磁干擾DCS信號(hào)中常常會(huì)出現(xiàn)不明的波形。我們的經(jīng)驗(yàn)是保持和防雷地、大電流高電壓設(shè)備的接地點(diǎn)應(yīng)5的距離DCS?關(guān)于接地電阻在采用等電位聯(lián)接的前提下，接地電阻值的大小是否顯得很重要，目前有兩種不同的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的起草人在一次防雷培訓(xùn)班上認(rèn)為“只要實(shí)施了良好的等電位連接，接地電阻可以放寬，甚至可能在下一次修訂《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》時(shí)，立的站，根本無(wú)法接地，只有進(jìn)行良好的等電位連接措

是為了防雷。因DCS工“GB“GB50343-2004”5.1.2需要保護(hù)的電子信息系統(tǒng)5.2.6接地裝置應(yīng)優(yōu)先利用建筑5.2.5防雷接地與交流工作接5.4.1TN（導(dǎo)體PE）模擬雷電沖擊波波前時(shí)半峰時(shí)1）10/350us波形和8/20us2）8/20us電流和1.2/50usDCS1可靠的接2因?yàn)槔纂娒}沖波的波前時(shí)間和半波時(shí)間是us氣體放電壓敏電響應(yīng)時(shí)放電電絕緣電最大持續(xù)運(yùn)行電壓允許持續(xù)施加于SPD端于SPD額定電壓。例如，DCS220V交流源，可取UC（UO=220V口可取UC=27V。

標(biāo)稱放電電流流過(guò)SPD8/20us的放電電流峰值（kA其值要按地區(qū)的雷暴日多少、地理位置、行業(yè)特點(diǎn)、單級(jí)或多級(jí)、價(jià)格等因素而定。等級(jí)選擇（見GB500343-3kA（如雙 不小0.5kA）電壓保護(hù)水平壓開關(guān)型SPD最大放電SPD在其端子上所呈

響應(yīng)時(shí)于SPD時(shí)間到SPD它決SPD否在5ns，對(duì)電源系統(tǒng)可放寬到小于25ns。使用SPD（1）凡經(jīng)室外引入DCS的220/380V（2）如該地區(qū)的平均雷暴日在大于30m50m時(shí)，宜路靠近DCSSPD；如果電纜的長(zhǎng)度大于50m時(shí)，宜路兩

~40d/a大于50m、小于100m100m時(shí)，宜 少；）按電纜在室外的長(zhǎng)3）室內(nèi)的開關(guān)量I/O慮裝設(shè)電涌保護(hù)器。重要的模擬量I/O1、2可考慮裝設(shè)

由擊是低概率事求“萬(wàn)無(wú)一失”。（SPD于本安路時(shí)，應(yīng)該使用經(jīng)過(guò)本SPD提高DCS本身的浪涌抗擾度 浪涌抗擾《GB/T18268-2000測(cè)量、控制和驗(yàn)室用的電設(shè)備電磁兼容性要求（idtIEC61326-1:1997度試驗(yàn)要求可概括為表1?？芍?，如果控制系統(tǒng)相應(yīng)端口上的浪涌抗擾度能達(dá)到表1所示的試驗(yàn)值，那么小于該試驗(yàn)值的雷電浪涌在相應(yīng)端口上構(gòu)成對(duì)控制系統(tǒng)破壞的可能性就要 了。所以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行設(shè)備選型時(shí)，如要考慮防雷，必須要考慮控工端交流電線對(duì)地：2直流電線對(duì)地：2I/O線對(duì)戶外線直接和供網(wǎng)絡(luò)相連線對(duì)線對(duì)地：2浙大設(shè)備端試驗(yàn)值視在波前視在半峰值時(shí)控制3模擬量輸4221模擬量輸4221脈沖磁場(chǎng)抗T17626.9-1998電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)脈沖磁場(chǎng)抗擾度試等脈沖磁場(chǎng)A/m（峰值1-2-3100（0.0001264300（0.00037851000（0.00126 量密度超過(guò)0.03T時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)誤動(dòng)作（失效當(dāng)超過(guò)2.4T時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)永久性損表中的磁場(chǎng)A/m表示，1A/m相當(dāng)于自由空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通量密度）為1.26?T。由此可見，即便達(dá)到3級(jí)，也只有抗0.000126T的磁作。所以對(duì)DCS必須要加以 唯 得案例分析之某污水處理裝時(shí)間：2002年6月28該裝置的DCS在廠長(zhǎng)辦公室內(nèi)設(shè)立了一個(gè) 站，從控制室到廠長(zhǎng) 的通信電纜，在室外大概有6米一段長(zhǎng)度是和建筑物的避雷帶（相距僅100mm）平行敷設(shè)的。事故情電磁感應(yīng)，將高電位通過(guò)通信電纜引入系統(tǒng)，將兩端的網(wǎng)卡案例分析之某硫酸時(shí)間：2002年3月25被雷損害的都是模擬量輸入；案例分析之時(shí)間：20038日事故情信號(hào)電纜共 沒(méi)有雙 ，沿地 300mm設(shè)案例分析之 時(shí)間：2003年7月21問(wèn)題1：在雷電的當(dāng)即，為什么顯示器會(huì)在遭雷擊時(shí)，距控制室南墻大窗戶只有3米左右的操站，承受著和室外一樣的電磁場(chǎng)強(qiáng)雷擊時(shí)，控制室內(nèi)的UPS，控制器和操作站的電源開關(guān)也沒(méi)有斷開過(guò)。顯示器黑屏2恢復(fù)到黑屏前的顯示畫面，這說(shuō)明操作站的主機(jī)在黑屏后也沒(méi)有重新啟動(dòng)過(guò)（即一直處于通電狀態(tài)因此遭成黑屏的原因只能是強(qiáng)大的雷電電磁脈沖對(duì)陰極射線管（CRT）內(nèi)的電子束產(chǎn)生的干擾所至這種干擾產(chǎn)生的 是使顯示失效，而不是破壞。即顯示器在雷電電磁脈沖的作用下，失去常功能過(guò)2擾 。?問(wèn)問(wèn)題2：為什么連接在I/O信號(hào)LB900安全柵卻安然無(wú)I/O卡卻壞后方使安全柵，當(dāng)電流超過(guò)兩倍