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防雷工程在自來水廠中的制水系統中的分析與應用

來源:德恩拓 發布時間:2018-6-8 11:02:14
 防雷工程在自來水廠中的制水系統中的分析與應用

隨著經濟發展和電子技術的進步,自動化控制系統在自來水廠的應用越來越廣泛。電子元器件的微型化、集成化程度越來越高,使各類電子設備的耐過電壓能力下降,遭雷電和過電壓破壞的幾率不斷上升,對設備與網絡的安全運行和自來水的安全生產造成嚴重威脅。

因此,對水廠自動化系統采取有效的保護措施是非常必要的。防雷器

一、瞬間過電壓的產生

瞬間過電壓是指在微妙到毫妙之內所產生的脈沖電壓,一般來說有兩種產生途徑:雷擊和電氣開關動作。

1、建筑物避雷網只能保護其本身免受直擊雷損害,雷擊會通過以下兩種方式破壞電子設備:A、直擊到電源輸入線,經電源線進入而損害設備,因電力線上安裝的各種保護間隙和電力避雷器,只可能把線對地的電壓限制到小于6000伏,而線對線無法控制;B、以感應方式偶合到電源、信號線上,最終損害設備。

2、由線路投切、故障或其它原因在系統中引起的相對地或相間瞬態過電壓而損害設備。防雷器

二、瞬間過電壓對電子設備的危害

瞬間過電壓使電子設備訊號或數據的傳輸與存儲受到干擾甚至丟失,致使電子設備產生誤動作或暫時癱瘓;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。這一切都會給生產和工作帶來較大損失。

通常水廠自動化系統的控制站都置于構筑物之間,網絡線、電源線鋪設于電纜溝中,因而遭受直接雷擊的可能性較小,其防護的主要對象是雷電波侵入對自動化系統進行破壞。主要是通過侵入電源線、天饋線、通訊線和信號線而分別損壞制水系統PLC子站的電源模板、通訊模板、I/O模板;也有可能從接地網引入信號電流和接地電流干擾設備,損壞自動化系統或影響其運行。

要盡可能降低雷電對自動化系統帶來的損失,就必須采取系統的、綜合的防雷措施,應從配電系統防雷、自控系統網絡線路防雷、構筑物防雷和合理接地等幾個方面著手進行綜合防護。

1、自控配電系統的防雷

  當雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時,在輸電線路上形成雷電流沖擊波,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路進入自控設備的電源模塊以及從配電線路感應到同一電纜溝內的自控網絡線上進入自控設備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號線路進入的要高得多,因此配電線路的防雷是自控系統防雷的關鍵。防雷器

水廠的配電系統在高、低壓進線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仍會受雷擊而損壞,這是因為這些措施的保護對象是電氣設備,而自控設備耐過壓能力低,同時,這些避雷器啟動電壓高而且有較大的分散電容,這樣與負載之間成為分流的關系,從而加在自控設備上的殘壓高,極易造成自控設備的損壞。

由于上述原因,用單一的器件或單級保護很難滿足自控設備對電源的要求,所以對電源防雷應采取多級保護措施。電源系統雷擊電磁脈沖的防護,一般采用三級防護:

1 第一級:一類試驗產品SPD1,主要用于電源系統的總體防護,一般安裝于電源總閘的輸出端,主要參數入下:

最大雷擊電流:100KA10/350us);

響應時間    :100ns;

電壓保護水平:2.5KV;

2 第二級:二類試驗產品SPD2,主要用于電源系統的局部防護,一般安裝于分配電箱的輸出端,主要參數入下:

最大雷擊電流:40KA8/20us);

響應時間    :25ns;

電壓保護水平:1.5KV;

3 第三級:二類試驗產品SPD3,主要用于電源系統中具體貴重、核心設備的防護,一般安裝于具體設備的輸入端,主要參數入下:

最大雷擊電流: 5KA8/20us);防雷器

響應時間    :25ns;

電壓保護水平:1KV. 

2、控制站構筑物的防雷

制水PLC子站是制水系統的控制和信息中心,集中了很多位重值高的計算機設備、通訊設備、儀器儀表,是水廠自來水生產的最重要環節,所以在防雷上的要求更高。

對于站內的信息系統的防雷保護,首先要合理布線,所有線路穿金屬管,埋地并做好良好接地,做好線路對雷擊電磁脈沖的屏蔽和分流,再按照每一類線路的物理特性,合理選擇信號SPD安裝在相應的設備接口,以達到對信號系統的良好保護,如:對于網絡接口,可以選擇安裝相應的RJ45網絡SPD進行保護??刂普舅跇嬛飸惭b避雷帶、避雷網,且構筑物的接地電阻須小于10歐。

3、合理接地

防雷的最終措施是將雷電流對大地泄放,因而接地系統是防雷的一個重要組成部分,一般廠內的接地主要有構筑物接地、配電系統及強電設備接地、計算機自控系統接地。如果這三類接地配置不合理,極易在雷擊時通過接地網對自控系統造成反擊。防雷器

計算機自控系統是一個特殊的用電系統,它包括以下幾種接地:系統工作地、直流工作地、安全保護地、防雷接地。對于這幾種接地建議采用部分聯合接地和直流地單獨方式進行接地處理。原因有以下幾點:

A、水廠`構筑物大多數在修建時沒有考慮計算機等弱電設備,其接地是采用構筑物的接閃地且其阻抗不能滿足自控系統的要求,這樣無形增加了計算機自控系統雷電沖擊幾率和不穩定性。

B、一個水廠內,為普通用電設備供電的高、低壓配電系統中,都采用一個接地系統,由于用電的復雜性,在運行和雷擊時常常使零線(地線)電流不為零,如果采用聯合接地時,必然使計算機接地電位抬高,從而可能造成反擊。

4、避雷器的選型及安裝布線

要發揮良好避雷功能,防雷器應不會對保護的設備或線路造成任何干擾和中斷現象;選擇避雷器時要定期對每一個避雷器進行檢測確保能安全在線運行,電源避雷器須提供相對地、中對地及相對中的全面保護作用。防雷器

總之,由于計算機、PLC系統大量使用,其對瞬間過電壓承受能力較弱,同時控制系統各種線路伸入到工廠的各種環境之中,采用任何單一的防雷器件都難以保證其安全,必須采取綜合防護的措施對癥下藥,將各類可能引起雷電流的因素排除,才能將雷害減少至最低限。

參考文獻

1、《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2010

2、《建筑物電子信息系統防雷設計規范》(GB50343-2012

3、《計算機房防雷設計規范》(GB50174-93)

4、《計算機信息系統防雷保安器》(GA173-1998

5、《雷電電磁脈沖的防護》(IEC61312

本文來自:  http://www.damehaciendo.com

 

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