浅谈电气自动控制系统的防雷措施

发布时间：2022-11-01 11:30:10 浏览数：次

摘要：工业多数位于郊区等偏僻的地方，容易受到雷电的袭击，而且工业生产过程的自动化程度也较高，如果受到雷电的袭击，必然会导致自动化控制系统和设备的损坏，因此，在工业建设和运行过程中，应注意对自动化控制系统和设备的防雷措施的选择和应用，提高工业电气自动控制系统的整体防雷效果。

关键词：防雷；系统防雷；设备防雷

很多工业企业都已经引入计算机控制系统，一方面可以降低人工作业压力，一方面可以提高工业生产自动化及运行管理的水平。然而引入计算机控制系统就意味着电气设备的增加，雷电对整个控制系统和设备的危害性也随之增加。因此，采用有效的防雷措施防止雷电袭击就成为工业自动化控制系统建设的重要内容之一。

1 电气自动控制系统防雷措施的重要性

随着国家经济的日益发展，也促进了工业的自动化水平提高，工业企业引入数量众多的计算机、RTU以及更多的电子设备。目前工业企业的自动化控制系统已经可以帮助企业实现更加智能化的管理。在控制终端更多的工业计算机、PLC等成为控制的基础，设备运行的现场数据采集以及控制指令的执行，都要依靠这些终端进行控制。一个工业系统就是一个庞大的控制网络，智能化和自动化的完成生产，这样多的电气元件和设备都有可能受到雷电的袭击，其对瞬间过压的承载能力较低，一旦被雷电击中，就会导致由于过压、过流、脉冲等因素而损坏设备，因此必须采用措施防雷，保证工业自动化控制系统和设备的安全。

雷电是云层间、云地间等的电位差达到某种程度时而迅猛放电的自然现象，具有高电压、高电流、强辐射、危害性大等特征。如何在建筑设计中考虑防雷，使雷击灾害的影响降到最低，已成为设计人员、用户普遍关心的问题。以往的防雷技术一般在楼顶处安装避雷针等防护装置，由接闪器、引下线和接地体组成，其主要是为了将雷电所产生的电流泄放到大地以避免雷击灾害的产生和保障人身安全，但时常不能对室内的机械与电子设备系统、金属管线、接地金属门窗形成有效保护作用，还是会有被雷击的可能。这主要是因为在这个过程中会在空气中产生强大的变化磁场，所有的电子设备切割磁磁感线而产生电涌电流进而对电子设备系统产生损坏，这种破坏作用是不易察觉的，其后果也是十分严重。在建筑物防雷系统设计施工中必须组建外部与内部防雷的综合防雷体系，这样既可以防护雷电直击，又可以对室内电子设备系统形成保护作用。

2 电气自动控制系统的防雷措施

2.1 合理接地

防雷工程的关键在于接地，长久以来的观点认为接地关键在于接地电阻的大小，接地电阻值越小，对雷电流的泄放能力就越强，被雷击物高电位保持时间越短，因此危险性也就越小。防雷的最终措施是“泄放”，因而对“接地”切不可轻心。接地主要有建筑物接地、配电系统及强电设备接地、计算机自控系统接地。如这三种接地配置不合理，极易在雷击时通过接地网对自控系统造成雷击。

2.2 屏蔽接地

屏蔽地是为避免电磁感应而对建筑物金属屏蔽网、视频线和音频线的屏蔽金属外皮以及电气设备的金属外壳和屏蔽罩进行接地的一种防护办法。在所有接地之中，屏蔽地是最为复杂的。屏蔽本身就能够防止外界干扰，还可以通过屏蔽对外界构成一定程度的干扰，而在设备内部的各个元器件之间也必须防电磁干扰。

2.3 合理安装SPD

SPD的作用是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的瞬态过电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被击穿。加装SPD可把电器设备实际承受的电压限制在允许范围内，以起到保护设备的作用。根据被保护的设备供电系统类型和电源电压，选择不同防护结构的SPD。检验其限流能力的标准是使用10/350μs与8/20μs的雷电流波形。前者是指闪电直接击在建筑物附近，以及闪电直接击在引入建筑物的电源线路上或该段电源线路附近时使用的波形；后者是检验雷电电磁脉冲使用的波形。

2.4 工控机和PLC防雷

工控机往往与PLC直接相连，并通过中控室的网络柜完成数据处理，两种设备都是为自动控制服务，可编程控制器分为总PLC以及子PLC，自动控制的仪表信号往往由子PLC进行收集和控制，并汇总到总PLC上，最后传送到中控室，由工作人员操作。其防雷措施包括：接地处理，工业控制计算机和编程PLC柜就近接地；工业控制计算机和PLC柜前端配电箱安装SPD电源装置，在进出PLC的线路上安装屏蔽装置，且两端进行接地，其布置严格按照相关规范进行。进出PLC柜的信号线均采用的是光纤线缆，对于非屏蔽线缆，采用了有效的屏蔽措施，并在两端进行接地。同时安装了适应系统需求的信号SPD。工业控制计算机的信号线上采取屏蔽措施，屏蔽体一端和PLC柜或网络机柜连接，另一端和工业控制计算机连接。工业控制计算机和PLC柜或网络机柜同处于LPZ1区内，因此线路的两端没有安装电涌保护器。

2.5 多级防雷措施

要想使得自控设备在电源方面得到一定满足，单纯使用单机保护不能达到很好的效果，应该把多级保护措施应用到电源防雷措施中，应该根据实际情况再决定防护的级数。在变压器二次侧设置第一线，能够有效地对于外线等产生的过电压进行释放，具有较大的雷通量以及启动电压。在各级的控制站PLC专用隔离变压器前设置第二线，能够有效对于第一线的残压进行释放，这时候涉及到的电流通量、操作过电压在数量上都居中，也具有居中的启动电压。可以看出，安装隔离变压器具有十分重要的作用，不仅能够有效抑制出现的电磁干扰问题，还能保证有效抑制雷电波的损伤。在PLC专用电源模板前放置末线，能够起到对于残压进行释放的作用，保证达到箝位输出的要求，具有较低的残压以及较快的响应时间。

在有条件的情况下，一般可以进行单独排布自控系统的电源线，这是从总配电柜进行。应该在需要保护的设备安装相应的各级避雷器，这样能够有效避免出现雷电侵入波的全反射问题。根据实际的系统情况来确定各级的启动电压，但是应该保证能够让末线达到箝位输出的要求。经过调研分析，国内外的电子避雷器都具有较好的性能，通过增设相关的避雷器漏电流检测设备、雷击计数器、放电管等装置，能够有效进行检测和安装使用。把电子避雷器应用在工业电气自动化系统中，以后就没有发生过电压损坏的问题。

3 结语

近年来关于防雷工程的各种书藉、杂志纷纷涌现，相应的行业规范、标准也在不断更新。考虑到瞬间过电压对于工业电气自动化的影响，在工业企业中存在各种控制系统的配电线路，所以单一的避雷设备往往不能起到很好的效果，因此，应该采用多级保护的避雷措施，通过各种因素的综合考虑，应该从实践出发，选择合适有效的多级避雷措施，更好地为工业生产的正常运行而服务。

参考文献

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