化工自動化控制系統防雷屏蔽探討

摘要 近年來，隨著我國計算機技術，通信技術和化工自動化控制技術的快速發展，化工廠自動化控制系統使用越來越普遍化，但是近年來化工控制信號線、化工儀表以及機房等受雷擊影響越來越嚴重，所以對化工控制系統的信號線屏蔽顯得十分重要。現在我們國內對信號線的屏蔽采用單端接地方式還是兩點以上的接地方式分歧較大。本文通過分析單點以及兩點接地的優點，提出了對化工控制系統的信號線屏蔽措施的觀點。

關鍵詞 化工 控制系統 防雷 屏蔽

中圖分類號：TQ05 文獻標識碼：A

Analysis on Prevent lightning Shield of Chemical Automation Control System

CHEN Daohui[1]， ZHU Liyuan[2]， JI Xing[1]

([1] Guangzhou Institute of Lightning Facility Detection， Guangzhou， Guangdong 511436;

[2]Qingyuan Weather Bureau， Guangzhou， Guangdong 511500)

AbstractIn recent years， withthe rapid development of China's computer technology， communication technology and chemical technology and automatic control technology ， automatic chemical control system had been more universal use， but in recent years， chemical control signal lines， chemical instrumentation and computer room， etc. by lightning affect more and more serious， so chemical control system signal line shielding is very important and essential， but now our domestic shielding the signal line by way of a single termination or two or more grounding divergence， this paper analysis of single-point and two ground advantage， make the author's own control system for chemical signal line shielding point of view.

Key wordschemical; control system; prevent lightning; shield

1 化工控制系統屏蔽的相關規范要求

《GB 50217-1994電力工程電纜設計規范》——3.6.8 控制電纜金屬屏蔽的接地方式，應符合下列規定：

（1）計算機監控系統的模擬信號回路控制電纜屏蔽層，不得構成兩點或多點接地，宜用集中式一點接地。

（2）除（1）項等需要一點接地情況外的控制電纜屏蔽層，當電磁感應的干擾較大，宜采用兩點接地；靜電感應的干擾較大，可用一點接地，雙重屏蔽或復合式總屏蔽，宜對內、外屏蔽分用一點，兩點接地。

（3）兩點接地的選擇，還宜考慮在暫態電流作用下屏蔽層不致被燒斷。

《GB50057-2000建筑物防雷設計規范》——第6.3.1條規定：……當采用屏蔽電纜時其屏蔽層應至少在兩端等電位連接，當系統要求只在一端做等電位連接時，應采用兩層屏蔽，外層屏蔽按前述要求處理。

那么化工控制系統同時存在以上幾種情況，應該經過分析確定一種行之有效的屏蔽接地方式。

2 雷電損壞化工自動化控制系統的途徑

雷電可能影響化工自動化系統有三種方式：直擊雷、感應雷以及雷電波入侵。

（1）直擊雷，這一種方式雷電直接擊中化工自動化儀表或與之相連的化工設備，大量電流的通過化工設備流入與相連的地網，在接地裝置上產生很高的電阻壓降，即地電位升高，對化工自動化控制系統造成損壞。

（2）感應雷，某一回路的雷電過電壓通過相互之間感應產生雷電電磁脈沖，耦合到與之相近的弱電系統上，或者由于雷電在附近接閃的發生（包括雷電擊中建筑物的防雷裝置），化工自動化控制系統上空及周圍，產生交變的磁場，從與使到化工自動化控制系統的回路產生幅值較大的感應電動勢，使到化工自動化控制系統遭到損壞。

（3）雷電波入侵，雷電擊中與化工自化控制系統相連的電源線、信號線，過電壓通過線路耦合到自動化回路上，給系統告成損壞。

3 信號線屏蔽層接地

化工自動化控制系統的電源線和信號線，一般使用屏蔽電纜，但是這些屏蔽電蔽平衡特性較差，因此屏蔽線的完整性和有效接地對屏蔽電纜來說是有著十分重要的意義。屏蔽屋接地是為了減少弱電設備因受到電磁干擾，而影響其正常工作，但是接地方式到底是一端接地還是兩端接地，一直以來科學界都有著不同的聲音，兩端接地。特別是保持屏蔽的完整性，屏蔽效果就會好很多，不完整的屏蔽將極大地降低屏蔽效果；如果屏蔽只在一端接地，在非接地端的包皮對地將可能出現很高的暫態電壓。控制電纜屏蔽層兩端接地的優點是：（1）當控制電纜為母線暫態電流產生的磁通所包圍時，在電纜的屏蔽層中將感應出屏蔽電流，由屏蔽電流產生的磁通，將抵消母線暫態電流產生的磁通對電纜芯線的影響。假定屏蔽作用理想，兩者共同作用的結果，將使被屏蔽層完全包圍的電纜芯線中的磁通為零，屏蔽層形成了一個理想的法拉第籠，起到非常好的效果。（2）屏蔽層兩端接地，可以降低由于地電位升高產生的暫態感應電壓。當雷電經避雷器注入地網，使地網中的沖擊電流增大時，將產生暫態的電位波動，同時地網的視在接地電阻也將暫時升高，對弱電控制系統影響相當大。

但是屏蔽電纜的屏蔽層兩端接地時，如果系統中出現短線電流，或是直擊雷、感應雷、雷電波入侵等三種方式產生的過電壓時，由于電纜屏蔽層兩端接地電阻不一樣，造成電位不同，從與產生的地環環流，將對信號控制線路成干擾。

所以兩端接地還是一端接地，是一個更具爭議的問題。

4 結束語

因此化工自動化控制系統，雙層屏蔽，最外層屏蔽兩端接地，內層屏蔽一端等電位接地。此時，外層屏蔽由于電位差而感應出電流，因此產生降低源磁場強度的磁通，從而基本上抵消沒有外屏蔽層時所感應的電壓，這種方法集兩種接地的優點于一身，可以解決單點接地和兩點接地的缺點，對于化工自動化控制系統防雷電電磁感應起著很重要的作用。

參考文獻

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