摘要：本文分析、討論了自動(dòng)化系統的防雷問(wèn)題，著(zhù)重闡述了水廠(chǎng)自動(dòng)化控制系統的綜合防雷措施。

　　關(guān)鍵詞：水廠(chǎng) 自動(dòng)化系統 防雷 瞬間過(guò)電壓

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)（Computer）、控制技術(shù)（Control）、通訊技術(shù)（Communication）、顯示技術(shù)（CRT）的發(fā)展和廣泛應用，目前水廠(chǎng)的自動(dòng)化控制普遍采用由工業(yè)計算機IPC或可編程控器PLC組成的集數據采集、過(guò)程控制和信息傳送于一體的監控網(wǎng)絡(luò )。由于這些設備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對瞬間過(guò)電壓的承受能力大幅降低，成為水廠(chǎng)受雷電損害的主要設備。所以對自動(dòng)化系統采取有效的保護措施是非常必要的，明析瞬間過(guò)電壓產(chǎn)生途徑和危害是正確采取防護措施的前提。

　　一、瞬間過(guò)電壓的產(chǎn)生

　　瞬間過(guò)電壓是指在微妙至毫秒之內所產(chǎn)生的的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂過(guò)壓（一般電源過(guò)壓可能維持數秒及以上），瞬間過(guò)電壓有兩種產(chǎn)生途徑：雷擊和電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作。

　　1、一般構筑物避雷網(wǎng)只能保護其本身免受直擊雷損害，雷擊會(huì )通過(guò)以下兩種方式破壞電子設備：

 　�、僦睋舻诫娫摧斎刖�(xiàn)，經(jīng)電源線(xiàn)進(jìn)入而損害設備，因電力線(xiàn)上安裝的各種保護間隙和電力避雷器，只可把線(xiàn)對地的電壓限制到小于6000伏（IEEE C62.41），而線(xiàn)對線(xiàn)無(wú)法控制。

　�、谝愿袘�方式（電阻性、電感性、電容性）偶合到電源、信號線(xiàn)上，最終損害設備。

　　2、當電流在導體上流動(dòng)時(shí)，會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)存儲能量并與電流大小和導線(xiàn)長(cháng)度成正比，當電器設備（大負荷）開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì )便產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓而損害設備。

　　二、瞬間過(guò)電壓對電子設備的危害

　　瞬間過(guò)電壓使電子設備訊號或數據的傳輸與存儲都受到干擾甚至丟失，至使電子設備產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；重復影響而降低電子設備壽命甚至立即燒毀元器件及設備。這一切都會(huì )給生產(chǎn)和工作帶來(lái)較大損失。

　　通常水廠(chǎng)自動(dòng)化系統的控制站都置于構筑物之中，網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)、電源線(xiàn)鋪設于電纜溝中，因而遭受直接雷擊的可能性不大，其防護的主要對象是雷電波侵入（感應）。按國外資料統計雷電波侵入（感應）占計算機類(lèi)設備雷擊事故原因的85%，按成都市自來(lái)水總公司資料統計占水廠(chǎng)自動(dòng)化系統雷擊事故原因的100％。雷電波侵入（感應偶合）對自動(dòng)化系統的破壞，主要是通過(guò)侵入電源線(xiàn)、天饋線(xiàn)、通訊線(xiàn)和信號線(xiàn)而分別損壞電源模板、通訊模板、I／O模板；也可能因感應從信號采集線(xiàn)和接地網(wǎng)引入有害的信號電流和接地電流，損壞自動(dòng)化系統或影響其運行。

　　根據瞬間過(guò)電壓產(chǎn)生、危害途徑和自控系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監測為一體且分散面廣的特點(diǎn)，我們認為對自控系統要盡可能降低雷電帶來(lái)的損失，就必須采取系統的、綜合的防雷措施。特別應從配電系統防雷、自控系統網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)路防雷、構筑物防雷和合理接地等四方面著(zhù)手。

　　1、自控配電系統的防雷

　　當雷擊輸電線(xiàn)或雷閃放電在輸電線(xiàn)附近時(shí)，都將在輸電線(xiàn)路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線(xiàn)路進(jìn)入自控設備的電源模塊以及從配電線(xiàn)路感應到同一電纜溝內的自控網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)上進(jìn)入自控設備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號線(xiàn)路進(jìn)入的要高得多。因此配電線(xiàn)路的防雷是自控系統防雷的重要部份。

　　水廠(chǎng)的配電系統在高、低壓進(jìn)線(xiàn)都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但自控設備的電源機盤(pán)仍會(huì )遭受雷擊而損壞。這是因為這些措施的保護對象是電氣設備，而自控設備耐過(guò)壓能力低，同時(shí)，這些避雷器啟動(dòng)電壓高而且有些有較大的分散電容，與設備負載之間成為分流的關(guān)系，從而加在自控設備上的殘壓高，至少高于避雷裝置的啟動(dòng)電壓，一般為峰峰值2-2.5倍（單相殘壓不低于800V），極易造成自控設備損壞。同時(shí)大型設備啟停產(chǎn)生的操作過(guò)電壓也是危害自控系統的重要原因之一。

　　第一級在變壓器二次側，主要泄放外線(xiàn)等產(chǎn)生的過(guò)電壓，其雷通量大，啟動(dòng)電壓高（920-1800V）。第二級在各控制站PLC專(zhuān)用隔離變壓器前，主要泄放第一級殘壓、配電線(xiàn)路上感應出的過(guò)電壓和其它用電設備的操作過(guò)電壓、其電流通量居中，啟動(dòng)電壓居中（470-1800V）。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對雷電波同樣有效。末級在PLC專(zhuān)用電源模板前，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(shí)間快。

　　有條件盡可能以從總配電柜開(kāi)始將自控系統的電源線(xiàn)單獨布排。各級避雷器應盡量靠近被保護設備以免雷電侵入波發(fā)生正的全反射。各級啟動(dòng)電壓可據系統而定，但末級應盡量達到箝位輸出。國內和國外的各系列電子避雷器均有較好的性能。有些還增加了放電管、雷擊計數器、避雷器漏電流檢測電路，其使用、檢測很方便。自來(lái)水司水廠(chǎng)采用電子避雷器后其自控系統一般不會(huì )在再遭受過(guò)電壓損壞。

　　2、通訊線(xiàn)、天饋線(xiàn)避雷

　　自控系統通訊線(xiàn)一般都采用特制屏蔽雙絞線(xiàn)（如DH 、MB ），并且一般在安裝時(shí)都是穿管直埋（或電纜溝）鋪設，所以雷電在此處的感應電壓不高（1KV-2KV）。但由于其直接進(jìn)入PLC或計算機通訊口這一薄弱環(huán)節（正常電壓一般為正負5V、12V、24V、48V等），故損害也很大。計算機數據交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲（據系統而定），在選用避雷器件時(shí)一般都不采用氧化物避雷器，因為它的分布電容大、對高頻損耗大，除非對之進(jìn)行特殊處理。

　　水廠(chǎng)與上級部門(mén)及水廠(chǎng)之間的無(wú)線(xiàn)電通訊一般距離近，功率低，其連接線(xiàn)都采用同軸電纜。所以對天饋的防雷主要是選用同軸電纜避雷器（直擊雷防護見(jiàn)后）。我們知道，雷電波能量主要集中在工頻和幾百赫的低端，與有用通訊信號頻段相距很遠。把這兩種信號分開(kāi)的有效手段就是采用高通濾波器，在選用這類(lèi)產(chǎn)品時(shí)，應據通訊頻率和傳輸功率而定（天線(xiàn)應置于構筑物避雷網(wǎng)45°角內，否則須有相應接地措施）。目前國內市場(chǎng)上的同軸電纜避雷器就是利用這一原理。