淺談水廠電子設備的防雷措施

韓華亮

鄭州市自來水總公司，河南鄭州 450000

淺談水廠電子設備的防雷措施

韓華亮

鄭州市自來水總公司，河南鄭州 450000

本文通過對雷擊引起的變頻器、電子設備的危害進行了分析，重點闡述了防雷措施。

雷擊；變頻器 ；電子設備；防雷措施

0 引言

目前，為了保障城市安全供水并達到節能降耗的目的，很多水司采用了高壓變頻器。但隨之而來的是因雷擊引起的變頻器發生故障現象頻頻發生，這種情況嚴重干擾了供水設備的正常運行并在很大程度上對供水生產造成不好的影響。同時，水廠自動化程度越來越高，電子設備大量應用，特別是電子計算機技術和微波通信技術日益普及，感應雷擊的危害明顯增加。

1 雷擊的分類及危害

雷擊主要有直接雷擊和感應雷擊兩類。直接雷擊聲光并發，電閃雷鳴，老少皆知。它以強大的電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波等，擊壞放電通道上的建筑物、輸電線、擊死擊傷人、畜等。而感應雷擊則悄然發生，不易察覺，后果嚴重。它是由于雷雨云的靜電感應或放電時的電磁感應作用，使建筑物上的金屬部件，如管道、鋼筋、電源線、信號傳輸線路、天饋線等感應出與雷雨云電荷相反的電荷，造成放電，其主要通道是通過電源線、信號線、天饋線以及地電位反擊等引入室內破壞電子設備。因雷擊而引起的浪涌電流在瞬間就能釋放出巨大的能量并在電路上形成幾百千伏的沖擊電壓，這對一般防護的工作中的變頻器、電子線路、電氣參數采集模塊均能造成毀滅性的破壞。在工作中，我們常常發現高壓變頻器因雷擊而發生故障，PLC控制單元模塊因避雷不好而燒毀，在生產效率和經濟方面都是一定的損失。

2 降低雷擊的防護措施

既然直擊雷和感應雷擊的侵害渠道不同，防護措施也就不同。防直擊雷主要采用避雷針、避雷帶（網）等傳統避雷裝置，只要設計規范，安裝合理，這些避雷設施便能對直擊雷進行有效的防御。但是無論多么完善的避雷針（帶），對感應雷擊都無能為力，因為感應雷擊是由于電子、電氣設備的電源線、信號線和天饋線等招引而致，加之有的系統屏蔽差以及沒有采取等電位連接措施、綜合布線不合理、接地不規范造成地電位反擊等，因而感應雷擊及雷電電磁脈沖的入侵很容易損壞相應的電子、電氣設備。當今信息社會電子設備大量應用，特別是電子計算機技術和微波通信技術日益普及，感應雷擊的危害明顯增加，僅靠避雷針防雷已遠遠不能滿足電子、通信、微電子設備防雷擊的實際需求。

為了適應這種需要，近年來防雷也由簡易避雷針防直擊雷發展到綜合防雷工程的新階段。防雷工程是一個系統工程，它包括直擊雷的防護、等電位連接措施、屏蔽措施、規范的綜合布線、感應雷擊及雷電電磁脈沖（lemp）的防護、完善合理的接地及地網系統6個部分組成。在一個完善的防雷系統工程中（特別是微電子設備的防雷工程）缺一不可。如果一個環節考慮不周，不但起不到防雷作用，還有可能引雷入室而損壞設備。

因此，我們既要防止直接雷擊——依靠合格的避雷針（帶）系統，也要防止感應雷擊—采用完善的綜合防雷手段和安裝避雷器（spd）系統，二者有機結合，相互補充，構成一套完整的防雷體系，這就是現代防雷的新理論—綜合防雷技術。只有這樣，才能有效地防止雷擊事故，減少雷擊災害。

信息系統設備種類多、線路多、要求特殊、屬實時運行系統，除了有暴露在室外各類專用收、發信天線等設施外，還有非常集中的各類弱電設備，這既應防御直接雷擊的危害，又需防止感應雷擊的侵襲。因此，信息系統的防雷應按照：“綜合治理、整體防御、多重保護、層層設防、經濟實用、安全可靠的基本原則，進行綜合防護”。只有這樣才能有效地防止雷擊事故的發生，從而減少和避免雷擊造成的危害，以保護設備的正常運行，保障工作順利進行。

2.1 變頻器防雷措施

雷擊或感應雷擊形成的沖擊電壓能對變頻器造成損壞，而且當電源系統一次側帶有真空斷路器時，斷路器開閉也能產生較高的沖擊電壓。變壓器一次側真空斷路器斷開時，通過耦合在二次側形成很高的電壓沖擊尖峰。

為防止因沖擊電壓造成過電壓損壞，通常需要在變頻器的輸入端加壓敏電阻等吸收器件，保證輸入電壓不高于變頻器主回路期間所允許的最大電壓。當使用真空斷路器時，應盡量采用沖擊形成追加RC浪涌吸收器。若變壓器一次側有真空斷路器，應在控制時序上保證真空斷路器動作前先將變頻器斷開。

過去的晶體管變頻器主要有以下缺點：容易跳閘、不容易再起動、過負載能力低。由于IGBT及CPU的迅速發展，變頻器內部增加了完善的自診斷及故障防范功能，大幅度提高了變頻器的可靠性。

如果使用矢量控制變頻器中的“全領域自動轉矩補償功能”，其中“起動轉矩不足”、“環境條件變化造成出力下降”等故障原因，將得到很好的克服。該功能是利用變頻器內部的微型計算機的高速運算，計算出當前時刻所需要的轉矩，迅速對輸出電壓進行修正和補償，以抵消因外部條件變化而造成的變頻器輸出轉矩變化。

此外，由于變頻器的軟件開發更加完善，可以預先在變頻器的內部設置各種故障防止措施，并使故障化解后仍能保持繼續運行，例如：對自由停車過程中的電機進行再起動；對內部故障自動復位并保持連續運行；負載轉矩過大時能自動調整運行曲線，避免Trip；能夠對機械系統的異常轉矩進行檢測。

2.2 電子、通信設備防雷措施

1）水廠車間電源防雷

整個水廠的供電都由總配電室分配到各個功能單元配電柜，再由配電柜分配到各供水車間使用。由于電源系統是防雷的重點，此處必須采用三級電源保護。其中，總配電室宜安裝1臺通流量大的電源防雷器對進入室內的電源進行第一級防雷安全保護。在各功能單元分配電柜各安裝一套通流量為60ka的電源防雷器，作為電源系統的第二級防護；在各車間配電箱或插座取電處各安裝一臺通流量為20ka的電源防雷器，作為電源系統的第三級防護；以上構成三級防護，可靠保護設備的用電安全。

2）水廠監控設備防感應雷及雷電電磁脈沖入侵

攝像頭的防雷：攝像頭分為旋轉攝像頭和固定攝像頭，各個攝像頭到分機房光端機前端通過屋檐下架空等方式布線，長度最短30余米，最長700余米。除少數攝像頭分布于室外，大多數分布于室內走廊及辦公室。其中，旋轉攝像頭到分機房的接線包括視頻同軸電纜、電源線路、信號控制線路三組線，固定攝像頭到分機房的接線包括視頻同軸電纜、電源線路兩組線。為了確保攝像頭以及與之連接的光端機、電源設備、信號控制設備的安全，設備除采取有效可靠的接地措施外，必須加裝spd保護，其中，重點保護戶外孤立攝像頭及與其相連接的機房設備。

3）控制中心及部分局域網防雷

控制中心機房作為整個防雷系統的核心點，其設備的安全運行至關重要。除了良好的接地外，電源、信號、室外直接引入線、局域網絡訪問系統都必須進行可靠的防雷保護。

4）室內設備接地及等電位連接

水廠很多車間都使用了電子儀器，設備自身必須進行良好的接地，同時保護設備的防雷器也必須可靠接地。為此，系統很多需要接地的分機房需要進行室內接地改造，進行接地和等電位連接。對于有接地且滿足接地要求≤4Ω的機房，只將設備與地網連接即可，對于未做接地或接地不滿足要求的地方且需要重新做接地系統。

5）室外地網

應保證中心機房室外地網接地電阻值小于4Ω。

3 結論

變頻器和水廠PLC自控系統的電子設備防雷擊電磁脈沖的過電壓保護，對安全供水工作尤其重要。這些設備一但損壞，不僅影響供水，而且維修費用昂貴。設置安全有效的防雷擊電磁脈沖保護系統，使變頻器和其它水廠通信設備不會因過電壓而損壞，是供水安全、高效生產中值得關注的事情。

[1]建筑物防雷設計規范.GB50057-94.

[2]民用建筑電氣設計規范.JGJ16-2008.

[3]電子計算機機房設計規范.GB50174-93.

[4]雷電電磁脈沖的防護.IEC61312.

TV7

A

1674-6708（2010）26-0162-02