化纤厂自控系统防雷探讨
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摘要：目前，随着计算机技术、控制技术、通讯技术、显示技术的发展，化纤厂的自动化控制主要采可编程控制器PLC组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控网络。由于这些设备大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元，其对瞬间过电压的承受能力大幅降低，成为化纤厂受雷电损害的主要设备。所以明析瞬间过电压产生的途径和危害，对化纤厂自动化控制系统采取正确有效的保护措施是非常必要的。
关键词： 化纤厂 防雷 危害
一、瞬间过电压的产生
瞬间过电压是指在微秒至毫秒之内所产生的尖峰冲击电压，非一般电源上的所谓过压，瞬间过电压主要有两种产生途径：雷击和电气开关动作。
1、一般构筑物避雷网只能保护其本身免受直击雷损害，雷击会通过以下两种方式破坏电子设备：①直击到电源输入线，经电源线进入而损害设备。②以感应方式（电组性、电感性、电容性）耦合到电源信号线上，损害设备。
2、当电流在导体上流动时，会产生磁场存储能量并与电流大小和导线长度成正比，当电器设备（大负荷）开关时便会产生瞬间过电压而损害设备。
二、瞬间过电压对电子设备的危害
瞬间过电压使电子设备信号或数据的传输与存储都受到干扰甚至丢失，使电子设备产生误动作或暂时瘫痪，降低设备寿命甚至立即烧毁元器件及设备，给生产和工作带来较大损失。
通常化纤厂自动化系统的控制站都置于构筑物之中，网络线、电源线铺设于电缆沟中，因而遭受直接雷击的可能性不大，其防护的主要对象是雷电波侵入（感应）。按国外资料统计，雷电波侵入（感应）占计算机类设备雷击事故原因的85%。雷电波侵入（感应耦合）对自动化系统的破坏，主要是通过侵入电源线、天馈线、通讯线和信号而分别损坏电源模板、通讯模板、I/O模板；也可能因感应从信号采集线和接地网引入有害的信号电流和接地电流，损坏自动化系统或影响其运行。
三、盐城市化纤厂的综合防雷措施
根据瞬间过电压产生、危害途径和化纤厂自控系统的特点，我们认为要尽可能降低雷电带来的损失，就必须采取系统的综合的防雷措施。对江苏省盐城市化纤厂的综合防雷，我们主要从构筑物防雷、配电系统防雷、自控系统网络线防雷和合理接地等四方面着手。
1、构筑物的防雷
总控站是控制和信息中心，是全厂生产监控、调度中心，所以在防雷上的要求就更高一些，其目的是要形成均压等电位屏蔽措施。
我们对每个控制站所在构筑物均安装避雷带、避雷网，如果仅安装避雷针，效果不好，因为化纤厂构筑物高度虽低，但地势空旷，所以极易遭受各方向的各种形式的雷击。化纤厂的各个控制站所在构筑物的接地电阻都小于10欧姆。
雷电的危害途径主要通过感应而进入自控系统，所以我们将避雷针、带、网的引下线多设几条，使雷电电流有更多的分流途径，以减小每条线上泄放电流量从而降低感应能量。室内计算机、自控设备要尽量置于远离避雷网导地金属体。
2、配电系统的防雷
当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时，都将在输电线路上形成雷电冲击波，其能量主要集中在工频至几百赫的低端，容易与工频回路耦合。雷电冲击波从配电线路进入自控设备的电源模块以及从配电线路感应到同一电缆沟内的自控网络线上进入自控设备的通讯模块的机率比从开馈和信号线路进入的要高得多。因此配电线路的防雷是自控系统防雷的很重要部分。
化纤厂配电系统在高、低压进线都已安装有阀型避雷器、氧化锌避雷器等避雷装置，但自控设备的电源机盘仍会遭受雷击而损坏。这是因为这些措施的保护对象是电气设备，而自控设备抗过压能力低，极易造成自控设备损坏。另外大型设备启停产生的操作过电压也是危害自控系统的重要原因之一。
有单一的器件或单级保护很难满足自控设备对电源的要求，所以对电源防雷应采取多级保护措施。具体级数根据各自实际情况而定，盐城市化纤厂采用三级保护方案。
第一级在变压器二次侧，主要泄放外线等产生的过电压，其雷通量大，启动电压高。第二级在各控制站PLC专用隔离变压器前，主要泄放第一级残压、配电线路上感应出的过电压和其它用电设备的操作过电压，其电流通量中，启动电压居中。隔离变压器的安装非常重要，它能有效抑制各种电磁干扰，对雷电波同样有效。第三级在PLC专用电源模板前，主要泄放前面残压，完全可达到箝位输出，其残压低，响应时间快。
有条件尽可能从总配电柜开始将自控系统的电源线单独布排。各级避雷器应尽量靠被保护设备以免侵入波发生正的全反射。各级启动电压可据系统而定，但第三级应尽量达到箝位输出。
3、通讯线避雷
化纤厂的自控系统通讯线采用特制屏蔽双绞线DH+、并且在安装时是穿管直埋（或电缆沟）铺设，所以雷电在此处的感应电压不高（1KV-2KV）。但由于其直接进入PLC或计算机通讯口这一薄弱环节（正常电压一般为正负5V、12V、24V、48V等），故损害也很大。计算机数据交换或通讯频率是从直流到几十兆赫兹（据系统而定），在选用避雷器件时一般都不采用氧化物避雷器，因为它的分布电容大、对高频损耗大，除非对之进行特殊处理。避雷器应靠近通讯接口处安装（减小反射损耗）。网络通讯线路避雷的最好方法当然是采用光纤网络。
4、合理接地
防雷的最终措施是“泄放”，因而对“接地”切不轻心。一般厂内的接地主要有构筑物接地、配电系统及强电设备接地、计算机自控系统接地。如这三种接地配置不合理，极易在雷击时通过接地网对自控系统造成反击。
计算机自控系统是一个特殊用电系统，它包括以下几种接地：系统工作地（小于4欧），直流工作地（信号屏蔽地、逻辑地等小2欧），安全保护地（小于4欧）。在安装时难以分开（特别是对PLC系统），对这一系统采用联合接地较好。接地电阻最小值，至少小于2欧姆。
结束语：
总之，由于计算机、PLC系统大量采用大规模CMOS集成电路和分散控制用的CPU单元，使其对瞬间过电压承受能力大幅度减弱，同时控制系统各种线路伸入到工厂的各环境之中，采用任何一种单一的防雷器件都难以保证其安全，必须采取综合防护的措施，对症下药将各类可能引起雷害的因素排除，才能将雷害减少至最低限。盐城市化纤厂采用以上方法和思路，实施了自控系统、计算机系统的综合防雷工程，防止雷击或瞬间过电压损害系统的故障发生，保证生产正常运行和设备安全。