工業儀表控制系統的防雷策略

康瑞驍+石磊

儀表系統對于企業來說很重要，在儀表系統的防護中，抗雷擊、靜電預防工作顯得尤為重要，本文就雷擊的破壞分析及儀表的防雷策略進行分析。

一、雷擊對儀表的破壞分析

1.雷擊的分類

雷可分為三種，云內雷、云際雷和云地雷。而對儀表系統破壞起主要作用的是云地雷，云地雷的破壞方式可分為直擊雷和感應雷。

2.直擊雷和感應雷對儀表的破壞分析

（1） 直擊雷。直擊雷，指的是天上的雷云中的雷電荷，通過雷電的形式，直接擊打在人、動物、樹木和建筑物上。直擊雷的特點是造成的能量巨大，通過產生的電效應、機械效應等左右，使人、動植物傷亡，將建筑物摧毀。如果電線、天線和信號傳輸線等遭受雷擊，就可能會使相連的電路板等燒壞，使線路之間產生短路，迫使電力傳輸、信號傳輸中斷。更壞的情況會使儀表系統受到破壞。

（2）感應雷。感應雷，指的是雷云與雷云之間或雷云對地面進行放電，從而使在其附近的導電物體產生應電壓。產生的感應電壓通過導體被傳送到相關的儀表等設備，間接的對其或控制系統造成危害。對于一個控制系統來說，儀表是最主要的，而感應雷對儀表造成的危害是最大的，而儀表遭受的雷擊損失，絕大多數是由感應雷引起的。

3.儀表自身分析

目前，常用的儀表基本上都是采用集成電路和微電子設備，儀表的精確度因此而得到提高。但是正式因為采用集成電路，所以其抗雷擊能力就比較脆弱。一旦發生雷雨天氣，儀表設備就會遭受到雷擊，使相關設備遭受破壞。

二、儀表系統的防雷策略

1.對直擊雷的防護

雷云對大地進行放電，其電壓基本上都有幾兆伏，而一次閃擊放電的峰值電流平均可以達到30kA，雷擊產生的能量很大，具有很大的破壞力。我們目前的防雷措施，都是依靠避雷針、避雷帶、避雷網、避雷線作為接引裝置，先將雷電來來的強大電流接下來，再通過相連的接地線路將其送回大地。

這些的避雷方法和裝置只能降低雷擊的概率和雷電的強度，但是卻無法完全的避雷。當我們將避雷裝置安裝到建筑物的最高點或者是最容易遭受雷擊的地方時，其接地電阻要小于4Ω，而且每個使用的避雷針其真正的避雷半徑要真正符合相關的設計要求，這樣才能真正避雷。

2.對感應雷的防護

如果說對直擊雷的防護是個簡單的安裝要求，那么對于感應雷的防護來說，就會是個系統工程。因為儀表系統主要就是遭受感應雷的破壞，所以要對感應雷進行系統的防護。下面我們從三個方面來入手。

（1）儀表接地系統。①區域同地。所謂區域同地，就是通過一組接地裝置將生產裝置的防雷防靜電接地，電氣及其控制設備的工作和保護接地，儀表等控制系統的保護接地，以及一些必要的屏蔽接地等一起集中起來，總的接地電阻不超過4Ω。②環行閉合。所謂環行閉合，就是做一個環形的閉合接地裝置，將環繞生產裝置的建構筑物都環繞起來。兩個彼此相鄰的環形閉合接地裝置可以連接起來，組成大的接地裝置。相鄰的環形閉合接地裝置應用兩根扁鋼連接起來，使其形成一個大型接地裝置。也可以將所有需要接地屏蔽保護的裝置等統統接到接地裝置上。③均壓聯接。在一些生產設備的企業廠房內，一些設備有金屬外殼，導體與導體相鄰，如果存在電位差，就可能會引發雷擊火花的危險。所以要將彼此相鄰的金屬導體、設備金屬外殼通過導線將它們都相互連接起來，目地就是讓它們上面的雷電感應電勢能夠彼此均衡，防止產生電火花。也可以防止操作人員或維護人員同時與兩相鄰的設備接觸而產生電擊，保護員工的人身安全和設備的安全。④儀表接地。在工廠的檢測設備中，儀表是最常用也是最重要的保護對象，在其防護工作中，要將儀表的接地端和電工的接地端相連接。這樣可以防止由于存在感應雷電高壓，或者是在接地端上由于雷電入地，將大地的電位抬高，與儀表之間產生電位差。這樣就可能。

（2）線路布線及屏蔽。①開關信號。對于開關等信號，對傳輸電纜沒有太多的特殊要求，可以用一般的電纜。如果傳輸信號比較遠的化，就可以使用屏蔽電纜。②模擬信號。對于模擬信號和高速信號線等比較重要的信號，就要保護信號的強度，所以要選用屏蔽電纜。③弱電信號。弱點信號主要通過通訊線、信號線、控制線等專用線纜進行傳輸，弱電容易受強電影響，所以要遠離強電，其間距不得少于20cm。而在220V以上、10A以上的電纜和信號電纜之間要大于60cm。④屏蔽措施。操作室因為要處理許多的信號，就會有各種電纜如電話線、網絡電纜、電源電纜、信號電纜。為了保護這些電纜，就需要有金屬保護管或金屬電纜橋架。而且這些保護措施要保證多點都接地。

（3） 信號線路的防護。在線路傳輸中，雷電會產生雷電波，能夠在線路上感應出比較高的瞬間沖擊。因此對于儀表控制系統來說，要求其能夠承受的住比較大、比較高能量的瞬間沖擊。但是目前來說，大部分的儀表都是由集成電路板構成的，而其控制系統通常由于電子元器件的高度集成化而使耐壓、耐過流水平下降。在儀表控制回路中，一些電子設備會遭受過多電壓而致使電路損壞，所以在儀表經?？赡茉馐芾讚舻牟糠忠颖匾腟PD用以保護設備。①現狀儀表設備SPD安裝。在現場安裝時，SPD要安裝在防爆盒內，在安排進出線時要分別布線，對于儀表、保護裝置以及防暴設備等都要進行等電位保護?，F場各變送器安裝的時候，要采用具有多級浪涌電壓保護功能的管形SPD。②控制室設備SPD安裝。在現場安裝好相關的SPD以后，就要在控制室安裝。在安裝的時候，為了避免出現保護后的信號線路發生藕合高壓的現象，對于進線與出現要分開。接地匯總端要安排在防雷設備附近。而在控制室內與現場相對應的設備，就需要采用具有多級浪涌電壓保護功能的SPD設備。

三、結語

由于工業儀表對于工廠來說都是比較重要的，所以儀表控制系統需要進行保護。在平時，雷雨天氣中的雷擊對儀表會造成較大危害。本文先是分析了雷擊的破壞原理，進而主要介紹了對直擊雷和感應雷的防護方法，介紹了相關的防雷策略。endprint