1、SUPCON分散型控制系统的防雷Protection of DCS against lightningProtection of DCS against lightning（培训讲座培训讲座） 徐义亨徐义亨 编编 浙江中控技术股份有限公司浙江中控技术股份有限公司20042004年年5 5月月 SUPCON 气流翻滚，云层急聚，一场风暴气流翻滚，云层急聚，一场风暴正在形成正在形成- 雷电灾害有什么雷电灾害有什么特征？特征？ 它给它给DCSDCS带来什么带来什么危害？危害？ 如何依靠技术进如何依靠技术进步减少这种灾害？步减少这种灾害？SUPCON你相信下面的数据吗？你相信下面的数据吗？ 大自然一年
2、中产生的雷击能量够全世界人用上大自然一年中产生的雷击能量够全世界人用上1010年年 ； 雷击中的雷击中的 95% 95% 是云对云的放电是云对云的放电( (也就是说也就是说 95%95%的的雷击只会产生电磁脉冲损害）；雷击只会产生电磁脉冲损害）； 闪电的强度可达闪电的强度可达 1,000,000,0001,000,000,000 伏；伏； 一个中等强度雷暴的功率有一个中等强度雷暴的功率有 10,000,000 10,000,000 瓦（相瓦（相当于一个小型核电站的输出功率）；当于一个小型核电站的输出功率）； 每年因雷击造成的直接损失超过每年因雷击造成的直接损失超过1,000,000,0001,
3、000,000,000 美元（全球不含中国的统计）美元（全球不含中国的统计）。 SUPCON本讲座共四个部分：本讲座共四个部分： 雷电的基本知识；雷电的基本知识； 雷电电磁幅射；雷电电磁幅射； DCSDCS的防雷；的防雷； DCSDCS遭雷击的案例分遭雷击的案例分析。析。SUPCON第一部分第一部分雷电的雷电的基本知识基本知识SUPCON前言前言 闪电是自然界强大的闪电是自然界强大的脉冲放电脉冲放电现象。地球上每天约现象。地球上每天约有有800800万次云对地的闪电，平均每秒钟有万次云对地的闪电，平均每秒钟有100100次。它已成次。它已成为为十大自然灾害之一十大自然灾害之一，给人类带来巨大的
4、损失。，给人类带来巨大的损失。 直击雷直击雷的高电压、强电流侵入各处，袭击人，破坏的高电压、强电流侵入各处，袭击人，破坏建筑物、输电网，引发森林火灾是很常见的事。建筑物、输电网，引发森林火灾是很常见的事。 伴随着雷电产生的伴随着雷电产生的雷电电磁脉冲雷电电磁脉冲，以电磁感应作用，以电磁感应作用，通过金属管道和电缆将雷电波（即高电位）引入，对近通过金属管道和电缆将雷电波（即高电位）引入，对近十多年来迅速发展的电子、信息、控制设备的破坏和危十多年来迅速发展的电子、信息、控制设备的破坏和危害，是上个世纪九十年代以来雷电灾害最显著的特征。害，是上个世纪九十年代以来雷电灾害最显著的特征。它的成灾率更高，
5、损失更大，因而也就成了防雷技术中它的成灾率更高，损失更大，因而也就成了防雷技术中一个急需解决的重要课题。一个急需解决的重要课题。SUPCON 不同符号的电荷不同符号的电荷通过一定的电离通道通过一定的电离通道互相中和，产生强烈互相中和，产生强烈的光和热。放电通道的光和热。放电通道所发出的这种强光称所发出的这种强光称之谓之谓“闪闪”。而通道。而通道所发出的热，使附近所发出的热，使附近的空气突然膨胀，发的空气突然膨胀，发出霹雳的轰鸣，人们出霹雳的轰鸣，人们称之谓称之谓“雷雷”。 雷电有雷电有： 1）线状雷线状雷( (云对地放电）；云对地放电）； 2 2）球雷（谜）；）球雷（谜）； 3 3）片状雷（云
6、间放电）。）片状雷（云间放电）。 SUPCON1 1 雷云结构和云间放电机理（片状雷）雷云结构和云间放电机理（片状雷） 在大气中有带正电的冰晶在大气中有带正电的冰晶和带负电的水粒，由于它们的和带负电的水粒，由于它们的比重不一，于是形成了一种气比重不一，于是形成了一种气流，使得流，使得带正电的冰晶带正电的冰晶和和带负带负电的水粒电的水粒分离，形成一部分带分离，形成一部分带正电和一部分带负电的雷云。正电和一部分带负电的雷云。由于异性电荷的不断积累，不由于异性电荷的不断积累，不同极性的云块之间的电场强度同极性的云块之间的电场强度不断增大；当某处的不断增大；当某处的电场强度电场强度超过了空气可能承受的
7、击穿强超过了空气可能承受的击穿强度时，就形成了度时，就形成了云间放电云间放电。SUPCON2 2 雷云的对地放电（线状雷）雷云的对地放电（线状雷） 通常下部的雷云带负通常下部的雷云带负电（上部的雷云带正电），电（上部的雷云带正电），由于由于静电感应静电感应使地面积聚使地面积聚正电荷，从而使地面与雷正电荷，从而使地面与雷云之间形成强大的云之间形成强大的电场。电场。和云间放电一样，当某处和云间放电一样，当某处积聚的电荷密度很大，造积聚的电荷密度很大，造成电场强度达到空气游离成电场强度达到空气游离的临界值，就为的临界值，就为线状闪电线状闪电落雷落雷的发展创造了条件。的发展创造了条件。 SUPCON
8、SUPCON3 3 雷击的选择性雷击的选择性放电即位能的释放，总是向着阻力小的地方。例如： 1）高大建筑物的尖顶（因为该处的静电感应的电场强度最大）； 2）旷野中的突出物，即便不高，因为孤立、突出； 3）潮湿的土壤（因为电阻率低）； 4）金属结构的建筑物，包括金属线缆等（因为具有良好的导电性能）。SUPCON4 避雷装置的基本原理避雷装置的基本原理 （1）避雷装置的基本原理是）避雷装置的基本原理是引雷入地引雷入地。 （2）它包括三个部分：）它包括三个部分： 1）接闪器；）接闪器； 2）引下线；）引下线； 3）接地体。）接地体。 （3）接闪器的四种形式：）接闪器的四种形式： 1）避雷针；）避雷针
9、； 2）避雷线）避雷线（用在高压线路上）（用在高压线路上）； 3 3）避雷带）避雷带（沿屋顶四周）（沿屋顶四周）； 4 4）避雷网）避雷网（利用屋顶上的金属配筋，（利用屋顶上的金属配筋，效果最好）效果最好）。引下线引下线接地体接地体接闪器接闪器SUPCON5 5 避雷针的保护范围避雷针的保护范围 对于单支避雷针的保护范围是： 以尖顶为中心的45锥体内的空间。( (最新的确定方法：滚球法）最新的确定方法：滚球法） 45 45受保护受保护建筑物建筑物避雷针避雷针SUPCON第二部分第二部分雷电电磁辐射雷电电磁辐射SUPCON前言前言 除了除了直接雷击直接雷击外，闪外，闪电的脉冲电流还会产生电的脉冲
10、电流还会产生剧剧烈变化的电磁场烈变化的电磁场，在闪电，在闪电通道的四周空间产生强大通道的四周空间产生强大的电磁辐射，并通过金属的电磁辐射，并通过金属线缆和金属管道，将高电线缆和金属管道，将高电位（雷电波）带入电子信位（雷电波）带入电子信息（控制）系统。息（控制）系统。 伴随闪电发生的雷电伴随闪电发生的雷电电磁脉冲虽然不及直击雷电磁脉冲虽然不及直击雷猛烈，但可以影响猛烈，但可以影响几公里几公里范围内的电子设备。范围内的电子设备。雷电电磁辐射分：雷电电磁辐射分：1 1）静电感应；）静电感应；2 2）电磁感应。）电磁感应。SUPCON1 1 静电感应静电感应 雷云当空，在闪电通道雷云当空，在闪电通道
11、周围的周围的金属导体表面金属导体表面会感应会感应出与雷云下端电荷异号的电出与雷云下端电荷异号的电荷。雷云放电，其下端电荷荷。雷云放电，其下端电荷迅速消失，而金属导体上的迅速消失，而金属导体上的感应电荷不能立即消失，就感应电荷不能立即消失，就对地构成几百千伏的高电位。对地构成几百千伏的高电位。静电感应的过电压波就可能静电感应的过电压波就可能通过金属线缆和金属导体经通过金属线缆和金属导体经过信息、控制系统等设备入过信息、控制系统等设备入地。雷电流可高达几千安，地。雷电流可高达几千安，甚至几百千安甚至几百千安（例：黄岛特（例：黄岛特大油罐起火）。大油罐起火）。 雷云雷云- - - - - - - -
12、 - - 金属贮槽金属贮槽+ + + + + + +SUPCON2 2 电磁感应电磁感应 雷云放电时，空间存在着雷云放电时，空间存在着强大的电磁场，处在该电磁场强大的电磁场，处在该电磁场作用下的金属线缆因切割磁力作用下的金属线缆因切割磁力线会感应出的数以千伏的浪涌线会感应出的数以千伏的浪涌电压。如果金属线缆之间形成电压。如果金属线缆之间形成了一个回路，该回路内又有一了一个回路，该回路内又有一定的空气间隙（如几厘米长），定的空气间隙（如几厘米长），则浪涌电压会在间隙处发生火则浪涌电压会在间隙处发生火花放电并将设备击穿。如果金花放电并将设备击穿。如果金属线缆之间形成了一个流通的属线缆之间形成了一个
13、流通的闭合回路，则感应电压会在回闭合回路，则感应电压会在回路内形成闭合电流，该电流流路内形成闭合电流，该电流流经接触不良的接点或阻抗会产经接触不良的接点或阻抗会产生局部过热，也能将设备烧坏生局部过热，也能将设备烧坏。 IB B引下线引下线金属回路金属回路SUPCON3 3 避雷针能防雷电电磁脉冲吗？避雷针能防雷电电磁脉冲吗？ 避雷针（装置）的作用是吸引闪电电流，避雷针（装置）的作用是吸引闪电电流，并把它迅速导入大地。它只是防护直击雷，保并把它迅速导入大地。它只是防护直击雷，保护建筑物的有效手段。护建筑物的有效手段。 避雷针不能防护避雷针不能防护由感应产生由感应产生的和经金属导的和经金属导体传入
14、电子设备内部的雷电电磁脉冲。体传入电子设备内部的雷电电磁脉冲。SUPCON4 4 防雷区（防雷区（LPZLPZ）的划分）的划分LPZ0LPZ0A A区：区：本区内可能遭受直击本区内可能遭受直击雷，电磁场强度没有衰减雷，电磁场强度没有衰减（如（如室外）室外）；LPZ0LPZ0B B区：区：本区内不大可能遭受本区内不大可能遭受直击雷，但电磁场强度并没直击雷，但电磁场强度并没有衰减有衰减（如室内近窗户处）（如室内近窗户处）；LPZ1LPZ1区：区：本区内不可能遭受直击本区内不可能遭受直击雷，电磁场强度可能衰减雷，电磁场强度可能衰减（如（如控制室内）控制室内）；LPZ2LPZ2区：区：本区内的电磁场强
15、度再本区内的电磁场强度再度被衰减度被衰减（如屏蔽室或机壳内）。（如屏蔽室或机壳内）。 LPZ0A区区LPZ2区区LPZ1LPZ1区区LPZ0BLPZ0B区区 窗户窗户室外室外室内室内屏蔽区屏蔽区SUPCON5 5 雷电电磁脉冲的防护措施雷电电磁脉冲的防护措施 雷电电磁脉冲的防护措施有：雷电电磁脉冲的防护措施有： 1 1）屏蔽；）屏蔽； 2 2）均压；）均压； 3 3）分流；）分流； 4 4）等电位联接。）等电位联接。SUPCON5.1 5.1 屏蔽屏蔽 屏蔽是防止任何电磁干扰的基本手段之一。屏蔽是防止任何电磁干扰的基本手段之一。 屏蔽的目的：屏蔽的目的： 1 1）限制某一区域内部的电磁能量向外
16、传播；）限制某一区域内部的电磁能量向外传播； 2 2）防止和降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。）防止和降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。 屏蔽材料：屏蔽材料：金属材料，具体要按屏蔽性质而定。如屏蔽金属材料，具体要按屏蔽性质而定。如屏蔽 室、金属网编织带、金属管等。室、金属网编织带、金属管等。 SUPCON5.1.1 5.1.1 静电屏蔽静电屏蔽 为防止被保护空间为防止被保护空间受外部静电场干扰，用受外部静电场干扰，用屏蔽导体把该空间包围。屏蔽导体把该空间包围。 如果屏蔽导体各处如果屏蔽导体各处等电位，那么内部就无等电位，那么内部就无电场存在。由于内部和电场存在。由于内部和外部不可能
17、完全隔离，外部不可能完全隔离，多少有静电耦合，所以多少有静电耦合，所以屏蔽是不完善的，就会屏蔽是不完善的，就会有电场侵入内部空间。有电场侵入内部空间。为此，为此，屏蔽导体应接地。屏蔽导体应接地。 +Q+Q-Q-QSUPCON5.1.2 5.1.2 电磁场屏蔽电磁场屏蔽 屏蔽体对电磁波有屏蔽体对电磁波有三种不同机理的衰减：三种不同机理的衰减： 1 1）空气中的电磁波到达屏蔽体时，由于空）空气中的电磁波到达屏蔽体时，由于空气和金属交界面的气和金属交界面的波阻抗波阻抗不同，对入射波产生不同，对入射波产生反射；反射； 2 2）进入屏蔽体内的电磁波在屏蔽导体内感）进入屏蔽体内的电磁波在屏蔽导体内感应产生
18、应产生涡流涡流，消耗部分能量；，消耗部分能量； 3 3）尚未吸收掉的电磁波在两界面间重复）尚未吸收掉的电磁波在两界面间重复反反射射多次。多次。SUPCON5.1.3 5.1.3 信号传输线的屏蔽信号传输线的屏蔽 对电缆的屏蔽，国家石油和化学工业局于对电缆的屏蔽，国家石油和化学工业局于20002000年发布的年发布的仪仪表系统接地设计规定表系统接地设计规定（HG/T 20513-2000HG/T 20513-2000）对屏蔽电缆的接地，）对屏蔽电缆的接地，原则上是规定原则上是规定一端接地，另一端悬空一端接地，另一端悬空。但单端接地只能。但单端接地只能防静电感防静电感应和低频干扰应和低频干扰，防不
19、了磁场强度变化所感应的电压，无助于阻碍，防不了磁场强度变化所感应的电压，无助于阻碍雷电波的侵入。雷电波的侵入。 为此，除了内屏蔽层的一端做等电位联接外，还应增加有绝为此，除了内屏蔽层的一端做等电位联接外，还应增加有绝缘隔开的外层屏蔽，缘隔开的外层屏蔽，外层屏蔽应至少在两端作等电位联接外层屏蔽应至少在两端作等电位联接。在雷。在雷击时外屏蔽层与地构成了环路，感应出一电流，该电流产生的磁击时外屏蔽层与地构成了环路，感应出一电流，该电流产生的磁通抵消了源磁场强度的磁通，从而基本上消除无外层屏蔽层时所通抵消了源磁场强度的磁通，从而基本上消除无外层屏蔽层时所感应的电压。通常，感应的电压。通常，利用金属走线
20、槽或穿金属管作为外屏蔽层，利用金属走线槽或穿金属管作为外屏蔽层，但必须中间连接良好且两端接地。但必须中间连接良好且两端接地。 SUPCONIAIB雷击的源磁场屏蔽层环流产生的磁场信号线屏蔽层SUPCON5.2 5.2 反击反击 （在讨论均压前，先介绍何谓（在讨论均压前，先介绍何谓“反击反击”。）。） 当建筑物防雷装置遭受雷击时，在接闪器、当建筑物防雷装置遭受雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都会产生很高的电位，如果引下线和接地体上都会产生很高的电位，如果金属线缆和它们间的绝缘距离不够，会产生放金属线缆和它们间的绝缘距离不够，会产生放电，破坏电缆的绝缘，将雷电波带入控制系统，电，破坏电缆的绝缘，
21、将雷电波带入控制系统，将系统损坏，这种现象称之谓将系统损坏，这种现象称之谓反击反击。 SUPCON5.2.1 如何求取防止反击的最小距离如何求取防止反击的最小距离SUPCON 上图是引下线与线缆的关系示意图。图中AB与CD两段距离最近，而且它们是分隔的。 上式是则雷击时A点和C点的电位差（即防雷装置地上计算高度处的电位）。式中： A、C两点间的电压（千伏）； -单位长度引下线的电感（微亨/米）； 引下线计算点A到接地体的长度（米）； 雷电流的变化率（千安/微秒）； 接地装置的冲击接地电阻值（欧姆）。UACL0hxdidtiRSUPCON5.2.2 5.2.2 防止反击的安全距离防止反击的安全距
22、离 由上式可知，反击电压取决于雷电流在由上式可知，反击电压取决于雷电流在引下线上的引下线上的电感电压降电感电压降和和接地体上的电阻电压降接地体上的电阻电压降。 设设E EL L为电感电压降的空气击穿强度为电感电压降的空气击穿强度；E ER R为电阻电压为电阻电压降的空气击穿强度。为了防止反击，电缆离引下线在降的空气击穿强度。为了防止反击，电缆离引下线在空气中的安全距离应为：空气中的安全距离应为：LxRiaEdtdihLEiRS01SUPCON为了计算保险起见，可取电流幅值Im,如取EL=700千伏/米；ER=500千伏/米；L=1.4微亨/米；Im=150千安； =50千安/微秒。 则代入可得
23、：didtSUPCON 空气中的安全距离（米）空气中的安全距离（米） xiahRS1 . 03 . 01SUPCON 地中的安全距离（米） 如果冲击电阻值为如果冲击电阻值为1010欧姆，电缆离地面距欧姆，电缆离地面距离为离为4 4米，则空气中安全距离应大于米，则空气中安全距离应大于3.43.4米，地米，地中安全距离应大于中安全距离应大于3 3米。米。 iaRS3.01SUPCON 在一般的情况下，为了防止在一般的情况下，为了防止线缆（盘柜）和独立避雷系统间形线缆（盘柜）和独立避雷系统间形成反击，它们间的最小距离不宜低成反击，它们间的最小距离不宜低于于2 2米。米。SUPCON注意注意 对于钢筋
24、混凝土结构的建筑物，目前常利用外墙或柱子中的钢筋作防雷装置的引下线，所以无论是敷设电缆，或者是布置盘柜，都应该事先了解引下线的应该事先了解引下线的具体位置，并和其保持一定的间距具体位置，并和其保持一定的间距。如果实在无法避开的话，应辅以屏蔽和等电位联接等措施。SUPCON5.3 5.3 均压（等电位）均压（等电位）5.3.1 问题的提出：问题的提出：1 1）受条件限制，无法满足防止产生反击的最小距离；）受条件限制，无法满足防止产生反击的最小距离；2 2）尽管建筑物采用笼式避雷网结构，但是电磁辐射还是能够）尽管建筑物采用笼式避雷网结构，但是电磁辐射还是能够通过网孔、门窗、电缆和金属管道进入保护区
25、；通过网孔、门窗、电缆和金属管道进入保护区；3 3）雷电放电时，在金属设备、导体回路上会产生很高的感应）雷电放电时，在金属设备、导体回路上会产生很高的感应电压，此电压在导体的开环（间隙）处会引起空气击穿放电压，此电压在导体的开环（间隙）处会引起空气击穿放电。电。 均压（等电位）就是将导体作良好的电气连接，使它们均压（等电位）就是将导体作良好的电气连接，使它们之间的电位差降到最小，为雷电流提供低阻抗的连续通道之间的电位差降到最小，为雷电流提供低阻抗的连续通道泄放到大地。泄放到大地。SUPCON5.3.2 5.3.2 均压的方式均压的方式1 1）建筑物混凝土内的配筋连成一体（只要用金属丝）建筑物混
26、凝土内的配筋连成一体（只要用金属丝捆绑，不一定要焊接），并在底层设置接地装置；捆绑，不一定要焊接），并在底层设置接地装置；2 2）所有的金属管道，金属设备连成一体并接地；）所有的金属管道，金属设备连成一体并接地；3 3）电气装置的均压连接，包括电缆的金属外皮、供）电气装置的均压连接，包括电缆的金属外皮、供电系统的中性线和保护接地等。电系统的中性线和保护接地等。SUPCON5.4 5.4 分流分流5.4.1 5.4.1 增加防雷引下线的数量增加防雷引下线的数量 增加防雷引下线的数量增加防雷引下线的数量，使每根引下线所，使每根引下线所 承受的雷电流愈小，则其反击的机会和感应的承受的雷电流愈小，则其
27、反击的机会和感应的 范围的影响就愈小。范围的影响就愈小。 SUPCON5.4.2 5.4.2 电涌保护器（电涌保护器（SPDSPD）的基本原理）的基本原理 SPD SPD是一种限制瞬是一种限制瞬态过电压和分走电涌电态过电压和分走电涌电流的器件。流的器件。 电涌保护器电涌保护器并联并联在在被保护设备的附近，在被保护设备的附近，在无电涌出现时为无电涌出现时为高阻抗高阻抗（即开路状态），当出（即开路状态），当出现电涌时变为现电涌时变为低阻抗低阻抗，迅速将雷电流泄放到地。迅速将雷电流泄放到地。受保护设备SPDSUPCON浪涌电压浪涌电压设备耐压设备耐压最大冲击电压最大冲击电压t tv电压保护水平电压保
28、护水平SUPCON5.4.3 SPD5.4.3 SPD的分类的分类1 1）电压开关型）电压开关型SPDSPD 通常由放电间隙、充气通常由放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双放电管、闸流管和三端双向可控硅元件组成。向可控硅元件组成。 特点：特点：无电涌出现时为无电涌出现时为高阻抗，出现电压电涌时高阻抗，出现电压电涌时突变突变为低阻抗。为低阻抗。2 2）限压型）限压型SPDSPD 通常用压敏电阻、齐纳通常用压敏电阻、齐纳二极管、雪崩二极管组成。二极管、雪崩二极管组成。 特点：特点：无电涌出现时为无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电压和高阻抗，随着电涌电压和电流的升高，其阻抗电流的升高，其阻抗持续持续下
29、降呈低阻导通状态。下降呈低阻导通状态。3 3）组合型）组合型SPDSPD 电压开关型电压开关型SPDSPD和限压型和限压型SPDSPD组合而成。组合而成。 SUPCON模拟雷电冲击波模拟雷电冲击波波形波形波前时间波前时间半峰时间半峰时间8/20电流8us20us10/350电流10us350us1.2/50电压1.2us50usSUPCON使用使用SPDSPD的首要条件：的首要条件： 1 1）可靠的接地；）可靠的接地；2 2）响应时间是）响应时间是nsns级的。级的。气体放电管气体放电管压敏电阻压敏电阻二极管二极管响应时间响应时间500ns50ns1ns放电电流放电电流10kA2kA100A绝
30、缘电阻绝缘电阻10G20M20MSUPCON5.5 5.5 接地接地 接地是分流、引雷入地和排泄雷电电磁干接地是分流、引雷入地和排泄雷电电磁干扰能量的必不可少的手段。扰能量的必不可少的手段。 一个避雷设施如果没有接地就成了引雷入一个避雷设施如果没有接地就成了引雷入室的祸害。室的祸害。 如何衡量接地装置的性能？如何衡量接地装置的性能？ 1）散流效果好（接地电阻小）；）散流效果好（接地电阻小）； 2）电位分布曲线的陡度要小（跨步电压小）；）电位分布曲线的陡度要小（跨步电压小）； 3）和接地装置相连的系统间耦合要小；）和接地装置相连的系统间耦合要小； 4）经济、实用、耐久。）经济、实用、耐久。 SU
31、PCON 以前的接地系统是否合格以接以前的接地系统是否合格以接地电阻值为准，现在地电阻值为准，现在侧重于接地结侧重于接地结构兼顾接地电阻值构兼顾接地电阻值，特别是从独立，特别是从独立接地到接地到等电位联结等电位联结(BONDING)(BONDING)方式的方式的转变。转变。SUPCON5.6 5.6 合理布线合理布线 我们在我们在DCSDCS防雷案例的调查防雷案例的调查中发现，雷电波绝大部分系通中发现，雷电波绝大部分系通过电缆进入系统的。过电缆进入系统的。合理布线包括：合理布线包括：1）电缆束路径选择要减小所包围）电缆束路径选择要减小所包围的面积的面积S（即尽量靠近，平行敷（即尽量靠近，平行敷
32、设），包括和接地线的面积；设），包括和接地线的面积；2）保持和独立的防直接雷装置有）保持和独立的防直接雷装置有一定的距离；一定的距离；3）用金属线槽或金属管屏蔽且埋）用金属线槽或金属管屏蔽且埋地敷设（如架空敷设应两端或地敷设（如架空敷设应两端或多端接地），特别是在进控制多端接地），特别是在进控制室前室前15米。米。设备1设备2设备3设备4SS合理布线不合理布线SUPCON第三部分第三部分 DCSDCS的防雷的防雷SUPCON1 1 雷电对雷电对DCSDCS危害的形式危害的形式直击雷直击雷对对DCSDCS的危害指的是：的危害指的是： 当控制室建筑物的防当控制室建筑物的防直击雷装置在接闪时，强直击
33、雷装置在接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，线流入接地装置，会使局会使局部的地电位浮动部的地电位浮动，如果防，如果防雷的接地装置是独立的，雷的接地装置是独立的，它和控制系统的接地极没它和控制系统的接地极没有足够距离的话，则他们有足够距离的话，则他们之间会产生放电之间会产生放电( (反击反击) )，从而对控制室内的从而对控制室内的DCSDCS产生产生干扰或损坏。干扰或损坏。电位分布曲线电位分布曲线DCSDCS接闪器接闪器SUPCON强大的雷闪电流产生的雷电电磁脉冲，对强大的雷闪电流产生的雷电电磁脉冲，对DCSDCS的干扰有如下几种形式：的干扰有如下几种形式：1
34、1）当控制室建筑物的防直击）当控制室建筑物的防直击雷装置在雷装置在接闪时，在引下接闪时，在引下线内通过强大的瞬间雷电线内通过强大的瞬间雷电流流，如果在引下线周围的，如果在引下线周围的一定距离内设有连接一定距离内设有连接DCSDCS系系统的电缆（包括电源、通统的电缆（包括电源、通信以及信以及I/OI/O电缆），则会产电缆），则会产生电磁辐射，干扰或损坏生电磁辐射，干扰或损坏DCSDCS系统。系统。接闪器接闪器负载电阻负载电阻接地体接地体DCSDCS电缆回路电缆回路SUPCON2 2）当控制室周围发生）当控制室周围发生雷击雷击放电时，会在放电时，会在种金属管道、电缆线路上产生种金属管道、电缆线路上
35、产生感应电感应电。如果这些管道和线路引进到控制室把如果这些管道和线路引进到控制室把电压传到电压传到DCSDCS系统上，就会对系统上，就会对DCSDCS系统系统生干扰或损坏生干扰或损坏。SUPCON 3 3）当空中携带大量电荷的雷云从控制室上空经过）当空中携带大量电荷的雷云从控制室上空经过 时，由于时，由于静电感应静电感应使地面某一范围带上异种电荷，使地面某一范围带上异种电荷， 当当直击雷直击雷发生后，云层带电迅速消失，而地面某发生后，云层带电迅速消失，而地面某 些范围由于些范围由于散流电阻散流电阻大，以至出现局部高电位，大，以至出现局部高电位， 它会对周围的导线或金属物产生影响，这种它会对周围
36、的导线或金属物产生影响，这种静电静电 感应电压感应电压也会对也会对DCSDCS系统产生干扰或损坏。系统产生干扰或损坏。SUPCON 上述几种的雷电干上述几种的雷电干扰形式，最严重的干扰扰形式，最严重的干扰源是雷击造成的源是雷击造成的地电位地电位浮动浮动和和引下线中雷电流引下线中雷电流的电磁辐射的电磁辐射。 大凡基于微电子器件的控制设大凡基于微电子器件的控制设备，都存在着耐压低，对电磁脉冲备，都存在着耐压低，对电磁脉冲特别敏感的短处。雷电引起的各种特别敏感的短处。雷电引起的各种过电压可达数百乃至数千数万伏，过电压可达数百乃至数千数万伏，而基于微电子器件的系统的耐压值而基于微电子器件的系统的耐压值
37、都很低，一般承受不了正负都很低，一般承受不了正负5V5V的电的电压波动。美国通用研究公司压波动。美国通用研究公司R.D.R.D.希希尔用仿真试验建立的模型表明：对尔用仿真试验建立的模型表明：对无屏蔽的计算机，当雷电电磁脉冲无屏蔽的计算机，当雷电电磁脉冲的磁通量密度超过的磁通量密度超过0.030.03T T时，计时，计算机会误动作，当超过算机会误动作，当超过2.42.4T T时，时，计算机会永久性损坏计算机会永久性损坏。 SUPCON2 DCS2 DCS控制室的防直击雷要求控制室的防直击雷要求 根据根据建筑物防雷设建筑物防雷设计规范计规范（GB 50057-94GB 50057-94，20002
38、000年版）的规定，建筑年版）的规定，建筑物应根据其重要性、使用物应根据其重要性、使用性、发生雷电事故的可能性、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分性和后果，按防雷要求分为第一类防雷建筑物、第为第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物防雷建筑物。SUPCON DCSDCS控制室如作为独立的建筑物，应划为第三类防控制室如作为独立的建筑物，应划为第三类防雷建筑物；雷建筑物； DCSDCS控制室如果和生产装置在同一建筑物内，其防控制室如果和生产装置在同一建筑物内，其防雷要求和防直击雷设施应联同生产装置的特点综雷要求和防直击雷设施应联同生产装置的特点综合确定和设计
39、；合确定和设计； DCSDCS控制室为独立的建筑物，且在周围避雷针的保控制室为独立的建筑物，且在周围避雷针的保护范围内，可不设置防直击雷装置；护范围内，可不设置防直击雷装置； 应将建筑钢筋混凝土内的配筋、金属门窗等联为应将建筑钢筋混凝土内的配筋、金属门窗等联为一体，并接地。一体，并接地。SUPCON3 3 如何布线如何布线1 1）不得使用非金属的玻璃钢汇线桥架。）不得使用非金属的玻璃钢汇线桥架。2 2）采用金属或带金属屏蔽网的汇线桥架时，应保证）采用金属或带金属屏蔽网的汇线桥架时，应保证桥架间有良好的电气连接，并须在桥架的两端接地，桥架间有良好的电气连接，并须在桥架的两端接地，如果桥架距离较长
40、时，应每隔如果桥架距离较长时，应每隔3030米设一个接地点。米设一个接地点。桥架的接地宜采用等电位联接。桥架的接地宜采用等电位联接。3 3）单独走线的电缆（包括通信电缆）宜选用金属铠）单独走线的电缆（包括通信电缆）宜选用金属铠装电缆直埋敷设，埋地深度不小于装电缆直埋敷设，埋地深度不小于700mm700mm。SUPCON 4 4）若单独走线的电缆（包括通信电缆）为一般电）若单独走线的电缆（包括通信电缆）为一般电缆，缆，应穿金属保护管敷设；金属保护管宜埋地敷应穿金属保护管敷设；金属保护管宜埋地敷设，埋地深度不小于设，埋地深度不小于700mm700mm。若金属保护管架空敷。若金属保护管架空敷设，应保
41、证金属保护管间有良好的电气连接，并设，应保证金属保护管间有良好的电气连接，并须在金属保护管的两端接地，如果金属保护管的须在金属保护管的两端接地，如果金属保护管的距离较长时，应每隔距离较长时，应每隔3030米设一个接地点。金属保米设一个接地点。金属保护管的接地宜采用等电位联接。护管的接地宜采用等电位联接。SUPCON 5 5）若外部的线缆采用电缆沟方式敷设，电缆沟内）若外部的线缆采用电缆沟方式敷设，电缆沟内的线缆敷设仍应满足第的线缆敷设仍应满足第1 1、2 2、4 4条款的要求。条款的要求。 6 6）进入控制系统的线缆应离开独立避雷装置引下）进入控制系统的线缆应离开独立避雷装置引下线（包括用作引
42、下线的建筑配筋）和接地极有不线（包括用作引下线的建筑配筋）和接地极有不小于小于2 2米的距离，如不可避免时，应采用金属屏蔽米的距离，如不可避免时，应采用金属屏蔽并接地。并接地。 SUPCON4 4 等电位联接等电位联接4.1 4.1 何谓等电位联接何谓等电位联接 等电位连接减小了系统内各金属部件和各系等电位连接减小了系统内各金属部件和各系统间的电位差（并非是真正的等电位体），无论统间的电位差（并非是真正的等电位体），无论是从防雷的角度或者是从减小控制系统的共模干是从防雷的角度或者是从减小控制系统的共模干扰来看，这都是十分有益的。扰来看，这都是十分有益的。 SUPCON 关于等电位连接的概念，世
43、界上最早关于等电位连接的概念，世界上最早是是19581958年年底我国建造年年底我国建造人民大会堂人民大会堂时基于防时基于防雷要求提出的。雷要求提出的。 比国外比国外早早1818年年（英国（英国R.H.Golde1977R.H.Golde1977年年才在国际名著才在国际名著LIGHTNINGLIGHTNING（雷电）（雷电）一书一书中谈到）。中谈到）。 SUPCON4.2 S4.2 S型星形结构型星形结构 等电位连接有等电位连接有S S型星型星形结构形结构和和M M型网状结构。型网状结构。DCSDCS系统一般采用的是系统一般采用的是S S型星形结构（见图），型星形结构（见图），和共用接地系统实
44、行和共用接地系统实行单点接地，即一个单点接地，即一个接接地基准点（地基准点（ERPERP）。ERP公共接地网SUPCON4.3 ERP的位置的位置 我们在工程实践中发现，即便我们在工程实践中发现，即便DCSDCS已采用等电位已采用等电位接地方式实现，但在接地网中的引入点不能和防雷接地方式实现，但在接地网中的引入点不能和防雷地、大电流高电压设备的接地点相距太近，否则源地、大电流高电压设备的接地点相距太近，否则源源不断的电磁干扰会进入源不断的电磁干扰会进入DCSDCS系统，信号中常常会出系统，信号中常常会出现不明的波形。我们的经验是现不明的波形。我们的经验是保持和防雷地、大电保持和防雷地、大电流高
45、电压设备的接地点应有不小于流高电压设备的接地点应有不小于5 5米的距离米的距离，否则，否则DCSDCS系统同样难以理想地工作。系统同样难以理想地工作。SUPCON4.4 关于接地电阻值关于接地电阻值 在采用等电位连接的前提下，在采用等电位连接的前提下，接地电阻值的大小是否显得很重接地电阻值的大小是否显得很重要，目前有两种不同的观点。要，目前有两种不同的观点。建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范的起草人的起草人林维勇林维勇在一次防雷培训班上认为在一次防雷培训班上认为“只要实施了良好的等电位连接，只要实施了良好的等电位连接，接地电阻可以放宽，甚至可能在接地电阻可以放宽，甚至可能在下一次修订下一次修
46、订建筑物防雷设计规建筑物防雷设计规范范时，对接地电阻的阻值不再时，对接地电阻的阻值不再作要求。作要求。“还说：还说：“如我国海岛如我国海岛岩石上建立的雷达站，根本无法岩石上建立的雷达站，根本无法接地，只有进行良好的等电位连接地，只有进行良好的等电位连接措施。接措施。” 我国的防雷前辈我国的防雷前辈刘继刘继和和马宏达马宏达等对此持不同意见，等对此持不同意见，并用日本并用日本8989个微波中继站的个微波中继站的统计相关分析证明雷击事故统计相关分析证明雷击事故率与接地电阻值有关。率与接地电阻值有关。 不过从不过从“引雷入地引雷入地”的的观点出发，较小的接地电阻观点出发，较小的接地电阻值有利于提高雷电
47、能量释放值有利于提高雷电能量释放的速度。再则，接地也不仅的速度。再则，接地也不仅是为了防雷。因此是为了防雷。因此DCSDCS的的工频工频接地电阻值接地电阻值规定不大于规定不大于4 4欧姆欧姆还是适宜的。还是适宜的。 SUPCON5 5 如何使用如何使用SPDSPD5.1 SPD5.1 SPD主要参数的选择主要参数的选择（1 1）最大持续运行电压最大持续运行电压U UC C 允许持续施加于允许持续施加于SPDSPD端端子间的最大电压有效值，子间的最大电压有效值，等于等于SPDSPD的额定电压。的额定电压。 例如，例如，DCSDCS的的220V220V交流电交流电源，可取源，可取U UC C大于大
48、于1.55U1.55UO O（U UO O=220V=220V）；模拟量）；模拟量I/OI/O端口可取端口可取U UC C =27V =27V。（2 2）标称放电电流标称放电电流I In n 流过流过SPDSPD的的 8/20us8/20us波形波形的放电电流峰值（的放电电流峰值（kA)kA)。 其值要按地区的雷暴日其值要按地区的雷暴日多少、地理位置、行业特点、多少、地理位置、行业特点、单级或多级、价格等因素而单级或多级、价格等因素而定。定。 例如，一般电源系统可例如，一般电源系统可选大于选大于15 kA15 kA；信号通信系；信号通信系统不小于统不小于3 kA 3 kA 。SUPCON（3）
49、电压保护水平电压保护水平Up p 冲击放电电流通过电冲击放电电流通过电压开关型压开关型SPDSPD的最大放电电的最大放电电压，或通过电压限制型压，或通过电压限制型SPDSPD时，在其端子上所呈现的时，在其端子上所呈现的最大电压峰值（残压）。最大电压峰值（残压）。 SPDSPD的电压保护水平加的电压保护水平加上其两端引线的感应电压上其两端引线的感应电压应与所属系统的基本绝缘应与所属系统的基本绝缘水平和设备允许的最大电水平和设备允许的最大电涌电压协调一致，一般不涌电压协调一致，一般不大于设备耐压水平的大于设备耐压水平的0.80.8。（4 4）响应时间响应时间 从暂态过电压开始作用从暂态过电压开始作
50、用于于SPDSPD的时间到的时间到SPDSPD实际导实际导通放电时刻之间的延迟时通放电时刻之间的延迟时间。间。 它决定了它决定了SPDSPD能否在浪能否在浪涌一出现，就快速启动将涌一出现，就快速启动将浪涌的能量释放掉。其值浪涌的能量释放掉。其值愈小愈好，一般要求小于愈小愈好，一般要求小于5ns5ns，对电源系统可放宽到，对电源系统可放宽到小于小于25ns25ns。SUPCON5.2 使用使用SPD的几点参考原则的几点参考原则 （1 1）凡经室外引入）凡经室外引入DCSDCS的的220/380V220/380V电源和系统的通信电源和系统的通信电缆，如该地区的平均雷暴电缆，如该地区的平均雷暴日大于
