工業雷達測距系統的綜合防雷技術

賀亞利 陳愛勇

摘 要：針對現代工業生產中儀表測控系統雷電侵害的嚴重性，首先介紹了雷電的基礎知識和現代防雷技術，然后通過對工業雷達測距系統的綜合防雷措施，實現了系統的雷電防護，保證了系統的穩定可靠運行。

關鍵詞：測距雷達；雷電感應；防雷措施

1 引言

雷電是大氣自然中的一種氣體放電現象，雷電是由雷云放電引起的，其危害早已被人們所認知。隨著工業電子技術的迅速發展，很多工業電子設備和計算機網絡通訊設備，尤其是微波數字通訊的微電子技術設備，它們的核心部件大都是大規模的微電子器件，因其允許的能量限值非常小，操作過壓所引起的尖峰脈沖電壓會干擾它的正常工作，甚至破壞整個器件。隨著數字電路和模擬電路采用的工作電源電壓越來越低，系統的抗干擾和防護等級越來越高，因而防雷系統設計已成為現代工業生產安全可靠的重要基礎。

2 雷電基礎

雷電放電涉及到氣象、地形、地貌、地質等許多自然因素，隨機性很大。但雷電在同一區域里，分布雖然不均勻，但有一定的選擇性。一次閃擊放電的過程可分為先導放電、主放電、余輝放電三個階段。其中主放電的放電電流最大，速度最快，破壞性也最大。雷電放電主要有三種形式：（1）云對地放電，便形成直接雷，破壞性最強，也是主放電階段。（2）云對云放電，產生感應雷擊，感應雷主要是靜電感應、電磁感應或它們的綜合作用形成的。（3）云內放電，其放電強度不會太高，是最弱的一種雷達活動形式。

雷電感應會產生很多效應類型。例如：電效應，熱效應、機械效應、靜電感應、電磁感應、雷電侵入波、防雷裝置的反擊效應等，也可直接對人類形成危害。電效應會能產生高達數萬伏的沖擊電壓，將電力系統設備擊穿或使發生短路，引起火災和爆炸事故。熱效應將通過導體的強大的雷電流在極短時間內轉換成熱能，產生的高溫可能導致火災。靜電感應和電磁感應均會產生火花放電現象。雷達侵入波是雷電在架空線路、金屬管道上產生沖擊電壓，使雷電波沿線路和管道迅速傳播，造成電力線路和配電裝置損壞。雷電反擊是指雷電流沿著接閃器、引下線和接地體流入大地時會在其上面產生很高的電位，如果防雷裝置與建筑物內外電氣設備、電線或其它金屬管線的絕緣距離不夠，它們之間會產生放電現象。

3 現代防雷技術及措施

現代防雷技術的原則強調全方位防護、綜合治理、層層設防，把防雷看作一個系統工程。建筑物內，尤其是在使用電子信息設備較多的建筑物內，防雷設計應按綜合防雷概念，將外部防雷措施和內部防雷措施整體統一考慮，才能使建筑物防雷工程設計做的安全可靠、技術先進、經濟合理。

直接雷擊的防護主要是運用接閃、傳導和接地等技術措施。雷擊感應過電壓防護主要是運用多級分流、濾波、屏蔽和接地等技術措施。地電位反擊的防護主要是運用等電位和接地措施等技術措施。雷電電磁脈沖的防護主要是運用濾波、屏蔽和接地等技術措施。

接閃是為保護預定的建筑物、設施或設備，將一定范圍內出現的閃電不能任意選擇放電通道，而只能按照事先設計的規定通道（防雷系統）將能量泄放到大地中去。避雷針、避雷線、避雷網等都是接閃裝置，是直擊雷防護的主要措施，避雷針的引雷作用就是主動式接閃。不同的引下線可能會出現電位差，將多個引下線等電位連接，形成均壓環，在某些地區還可以鋪成均壓網，可防止多根引下線出現不均勻的雷電流。屏蔽是用金屬網、箔、殼或管子等導體把需要保護的對象包圍起來，使雷電的電磁脈沖波從空間入侵的通道全部截斷。所謂分流就是在一切從室外來的導線（包括電力電源線、電話線或信號線、天線的饋線等）與接地裝置或接地線之間并聯一種適當的避雷器。接地是讓已經納入防雷系統的閃電流順利流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統的某處對被保護物體產生破壞作用。躲避是指在建筑物基建選址時，就應該躲開多雷區或易遭雷擊的地點，以免日后增大防雷工程的開支和費用，當雷電發生時，關閉設備，拔掉電源插頭。

4 工業雷達測距系統的綜合防雷

測距雷達是采用微電子技術的現代電子設備，對雷電比較敏感，而且安裝在露天儲罐的罐頂，系統工作在易燃易爆場所，甚至有些設備工作在防爆區域的1區或0區。圖1為系統所采用的綜合防雷措施。

圖1 系統綜合防雷措施

整個系統建筑物的直擊雷防護按有關建筑物的防雷規范進行設計，采用避雷針、避雷帶、避雷網等三種接閃器截獲閃電，引下線上與接閃器連接，下與地下一定深處的接地裝置連接，將雷電流順利流散到大地中。為提高接地的可靠性，降低雷電流和地電位，防止反擊和跨步電壓，使用場所接地應大于兩處，系統的防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作地、保護接地等應共同連接，共用一組接地裝置，同時采取屏蔽的方法。

控制室機房的供電系統采用三級防雷措施，第一級電源防雷器（SPD）安裝在機房電源進線處，連接線盡可能短而直；第二級SPD安裝在機房不間斷電源（UPS）輸出端，連接線盡可能短而直，將第一級SPD未泄放完的雷電流瞬間泄放入地；三級SPD作為精細保護裝置安裝在機房內重要設備或弱電設備前端，將線路上的剩余瞬間過電壓限制在1.0kv以下，還可以吸收操作過電壓。電源防雷器采用對地并聯連接，通過開關跳閘或熔斷器燒斷保護了電源系統。

控制室機房內的通訊線路上串接信號防雷器，信號防雷器除了對微電子器件組成的電子設備提供精細保護外，還可以響應瞬間過壓。將帶地線的防雷器的接地線與防雷系統的接地引線焊接，并用絕緣膠布包裹。防雷器的安裝接線必須注意方向，尤其是信號防雷器，所有信號防雷器的輸出（OUT）端連接被保護設備。

將控制室機房內的防靜電地板做接地處理，由于室內空氣干燥時很容易在防靜電地板表層聚集大量電荷，為充分發揮防靜電地板的效用，將機房內的設備外殼與不帶電金屬物件有效接地，并進行均壓等電位連接。

露天儲罐雖已接入大地，但為防止雷電反擊，在每臺測距雷達的前端串接弱電防雷器。接地是防雷技術最重要的環節，不管是直擊雷、感應雷或是其他形式的雷電最終都是把雷電流送入大地，沒有合理而良好的接地裝置的防雷系統是不可靠的。系統的接地裝置PE的阻值不大于4Ω，共用接地PE的阻值小于1Ω。注意：供電系統防雷裝置應給閃電流提供一條或幾條低阻抗的通道，可并接分流器對地電流進行分流。整個系統布線做了屏蔽處理或埋地敷設，屏蔽層兩端接地。控制室機房進出線路埋地并采取屏蔽，無一架空。

5 結束語

文章詳細介紹了采用躲、等電位、多級分流、濾波、屏蔽、良好接地等現代防雷技術措施進行完整系統防雷設計的方法，通過包括對直接雷擊、雷擊感應過電壓、雷電電磁脈沖、地電位反擊等多個方面防護，彌補了潛在的危險和缺陷，防止了直擊雷、感應雷和雷電波的侵入，保護了系統設備的正常運行和操作人員的人事安全。

參考文獻

[1]辛龍，盧永慧.DCS系統防雷技術探討[J].科技傳播，2011.

[2]葉向東.石油化工儀表系統防雷工程設計[J].石油化工自動化，2008.

[3]辛有 ，楊全峰，程衛華.電力系統防雷重要性及技術措施探討[J].科技創新與應用，2012.

[4]李春云.分析現代防雷技術的措施及發展前景城市[J].建設理論研究，2013.