自動印刷機(jī)組在雷電高發(fā)地區(qū)加強(qiáng)防護(hù)的初步探討

摘要：在雷電高發(fā)地區(qū)，對于使用自動控制部件和眾多電子元器件的自動印刷機(jī)組，加強(qiáng)對雷電強(qiáng)電磁干擾的抑制、屏蔽等技術(shù)措施，以減少設(shè)備故障，確保安全生產(chǎn)，尤為重要。針對自動印刷機(jī)組安裝在雷電高發(fā)地區(qū)易受雷電強(qiáng)電脈沖的影響的特點(diǎn)，通過增加如：建筑物和內(nèi)部供電線路、通訊控制電纜的屏蔽，增加對控制部件電源的濾波和浪涌吸收，等環(huán)節(jié)的防護(hù)加固，可以起到減少設(shè)備的故障率的作用。

關(guān)鍵詞：印刷機(jī)組;防雷技術(shù);接地;屏蔽;浪涌吸收

引言

我國是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家。在南方的夏季，對使用工業(yè)自動化技術(shù)的印刷設(shè)備，雷擊和雷電干擾，是設(shè)備能否安全使用最嚴(yán)重的威脅之一。筆者所在的印刷廠位于四周空曠的灘涂低電阻帶區(qū)域，每年雷電高發(fā)，可以遇見多次強(qiáng)烈的電閃雷鳴。雖然工廠的建筑物和供電線路都有合格的防雷設(shè)備，但由于雷電產(chǎn)生的強(qiáng)電磁場的沖擊，出現(xiàn)過多次諸如：PLC供電的低壓開關(guān)電源損壞，通訊接口模塊、傳感器、控制變壓器繞組的擊穿等一系列故障現(xiàn)象。這些故障，往往發(fā)生在一陣比較強(qiáng)烈的雷雨過后，給正常的生產(chǎn)造成很大的影響。所以，通過技術(shù)防護(hù)措施，提高設(shè)備抗雷電產(chǎn)生的強(qiáng)烈電磁干擾能力，減少電氣設(shè)備故障，提高生產(chǎn)效率，至關(guān)重要。

幾年來，我們在地方供電和氣象部門的支持下，查閱資料上一些高山氣象廣播臺站的防雷經(jīng)驗(yàn)，自行在工廠開展了在雷電高發(fā)地區(qū)加強(qiáng)工業(yè)電氣設(shè)備抗強(qiáng)電磁干擾沖擊，防止設(shè)備因感應(yīng)的高壓造成設(shè)備損壞的一些探討。通過不斷的實(shí)踐與探索，采取了一些相應(yīng)的技術(shù)措施，取得了初步的見效。

1 現(xiàn)有建筑物和供電線路的防雷技術(shù)現(xiàn)狀

我們廠子的廠房建筑物由有比較高等級的工民建設(shè)計(jì)資質(zhì)的設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，有完備的建筑物避雷針等防雷設(shè)施，建筑物防雷接地經(jīng)過測試，接地電阻達(dá)到 < 1Ω的水平。

供電線路由電力部門施工，配電房與廠房之間用動力電纜穿管地下敷設(shè)。廠房車間的配電柜配電箱除了都安裝了符合國標(biāo)的斷路器或空氣開關(guān)。并且安裝了抑制瞬態(tài)高壓，標(biāo)稱放電電流達(dá)40KA的浪涌保護(hù)器。各個配電柜外殼、安裝底板，都有良好的接地保護(hù)。從配電柜到動力柜的電纜通過電纜溝敷設(shè)。車間的照明等線路用橋架敷設(shè)。

從以上現(xiàn)狀看，一切視乎都循規(guī)蹈矩，比較“規(guī)范”。

2 設(shè)備損壞的主要現(xiàn)象

幾年來我們廠出現(xiàn)的設(shè)備故障與環(huán)境的雷電現(xiàn)象基本有直接的關(guān)聯(lián)性。如下班后有雷雨的雷暴發(fā)生，上班發(fā)現(xiàn)設(shè)備有故障了;也有生產(chǎn)當(dāng)中，雷暴發(fā)生后，印刷機(jī)組故障“罷工”了，直接影響了生產(chǎn)。

分析設(shè)備故障的零部件，基本上都是高壓電擊穿。如RJ45網(wǎng)絡(luò)接口短路，發(fā)現(xiàn)模塊上的壓敏電阻過壓開裂，小型控制變壓器線圈短路、PLC供電單元的損壞等等。

3 故障原因分析

由于設(shè)備故障與雷電活動的關(guān)聯(lián)性，所以設(shè)備損壞，不外乎⑴線路雷電對線路電擊，在避雷器和接地線路泄放電流產(chǎn)生的的差模殘余電壓。⑵強(qiáng)烈電磁場在供電或通訊線路上感應(yīng)產(chǎn)生的共模高壓。很顯然，會擊穿RJ45通訊模塊的只有這種共模高壓，因?yàn)樵谕ㄓ嵕€路上本來只有弱電的低電壓信號。

我們也注意到，工廠有幾十臺的變頻器，幾年來無一損壞。除了它們是三菱、西門子、ABB等世界名牌產(chǎn)品質(zhì)量好的緣故。分析變頻器的線路，它們無一例外，電源進(jìn)入變頻器，通過抗干擾線路，整流之后進(jìn)行濾波，濾波電容對干擾信號有很強(qiáng)的吸收和平滑作用。所以視乎變頻器有“雷打不動”之身。

由于車間內(nèi)，從配電柜到動力柜每一段有幾十米以上線路，沒有任何屏蔽措施。所以發(fā)生雷暴產(chǎn)生的強(qiáng)電磁脈沖，很容易使這段線路感應(yīng)高壓。印刷機(jī)組的動力柜內(nèi)沒有再安裝抑制瞬態(tài)高壓的浪涌保護(hù)器，感應(yīng)高壓不能得到有效的泄放。我們分析，這大體是設(shè)備在這特定區(qū)域不抗雷擊的原因。

4 設(shè)備加強(qiáng)抗雷擊的防護(hù)對策和措施

根據(jù)對故障原因和源頭的分析，我們采取了在特定環(huán)境下，對雷電強(qiáng)電磁脈沖的以下對抗措施：

1）加強(qiáng)屏蔽

我們參考一些資料上提供的高山氣象、廣播臺站防雷的防護(hù)方法，在廠房的大門、窗戶和房頂敷設(shè)鋁合金金屬網(wǎng)，并對它們都做接地連接。電纜溝的動力電纜我們采取“就地取材”，用我們廠里印刷使用過后的廢PS版進(jìn)行包裹，版與版之間用4平方以上導(dǎo)線連接，最后和動力柜的接地連接一起，形成“等電位”。設(shè)備連接的通訊控制電纜用金屬軟管穿設(shè)。我們力求通過這些簡易的屏蔽措施，把電氣線路盡可能屏蔽起來，盡量減少雷電強(qiáng)電磁脈沖對設(shè)備線路的干擾。

2）加強(qiáng)接地

雖然工廠建在低電阻的灘涂回填的基地上，為防止鹽堿對接地體的腐蝕，減少保護(hù)接地的效果。我們根據(jù)電力部門的建議，特地購買安裝了由石墨碳素等非金屬材料制作的接地體。這種接地體是專門用在防雷有較高要求的場合。我們用它們與動力柜和機(jī)臺相連接。提高設(shè)備和系統(tǒng)的保護(hù)接地的效果。

3）對強(qiáng)脈沖電信號的濾除

由于設(shè)備的損壞均由強(qiáng)電脈沖所造成的。所以技術(shù)上采取濾除這種強(qiáng)電干擾的措施至關(guān)重要。我們認(rèn)真仔細(xì)分析了機(jī)組的電源和通訊線路。決定對控制回路的供電獨(dú)立進(jìn)行保護(hù)。該回路給PLC、觸摸屏的電源單元、控制變壓器、隔離變壓器還有電磁閥等執(zhí)行元器件。

方案是電源先經(jīng)過獨(dú)立的空氣開關(guān)，然后到新安裝的2P防雷電涌保護(hù)器，保護(hù)器的持續(xù)工作電壓為275V，接地線按說明書要求，選擇在10平方毫米以上的銅導(dǎo)線。需要說明的是防雷電涌保護(hù)器是一種一次性使用的保護(hù)產(chǎn)品。，如果強(qiáng)雷電脈沖產(chǎn)生保護(hù)動作，保護(hù)器上綠色的標(biāo)志變?yōu)榧t色，其內(nèi)部的壓敏電阻已經(jīng)擊穿，必須立即更換。

最后再通過抗干擾電源濾波器。濾波器選用有CE等技術(shù)認(rèn)證的20A以上規(guī)格的電源濾波器。濾除雷電強(qiáng)脈沖干擾。電源濾波器的接地端可以與動力柜接地接在一起。

此外，我們對PLC的程序全部都進(jìn)行了備份，保存在電腦或U盤上，以防不測。

結(jié)束語

通過以上的技術(shù)措施和方法的一系列嘗試，我們工廠，經(jīng)過幾次的防雷整改和加固，幾次近距離雷暴沒有再出現(xiàn)關(guān)聯(lián)的設(shè)備故障，取得了技術(shù)防范的初步成果，為確保設(shè)備安全和生產(chǎn)的順利進(jìn)行，起了一定的積極作用。

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作者簡介：朱冠宇（1986—），男，本科，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事印刷電氣及自動化設(shè)備管理與維護(hù)。