水厂雷电电磁防护技术研究

张 欢

(天津市公用事业设计研究所，天津 300100)



水厂雷电电磁防护技术研究

张 欢

(天津市公用事业设计研究所，天津 300100)

指出了目前天津市水厂自动控制普遍采用计算机或可编程控器组成的监控网络，然而这些微电子设备一旦受到雷电电磁脉冲的危害，轻则造成系统运行失灵，重则造成永久性损坏。通过实地调研，建立了天津通用水务有限公司雷电电磁防护系统，安装了相应的浪涌防护装置，从而将雷电灾害降到了最低限度。

通用水务；雷电电磁防护系统；浪涌防护装置

1　引言

随着科学技术的发展，目前天津市水厂自动控制普遍采用计算机或可编程控器组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控网络。由于这些微电子设备本身存在着绝缘程度低，过压耐受能力差的致命弱点，一旦受到雷电电磁脉冲的危害，轻则造成系统运行失灵，重则造成永久性损坏。所以对自动控制系统采取有效的防雷保护措施是保证水厂在雷雨季节能够正常工作不可缺少的重要环节。通过对水厂自动监控设备的实地考察，设计并建成了天津通用水务公司雷电电磁防护系统。从而把雷击造成的经济损失降到了最低点。

2　设备遭雷击受损的形式

直接遭受雷击而损坏；雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入，使设备受损；设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏；设备安装的方法或安装位置不当，受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。

3　适用于水厂自动化监控设备防雷系统的解决方案

3.1指导思想

根据目前系统现状，进行防雷系统工程的实施，确保系统设备能够正常工作，保障人员及设备的安全是十分必要的。因此我们的设计方案以国家标准、行业标准作为依据，结合天津市通用水务有限公司自动化信息系统的具体情况，充分体现了“高质量”及“低成本”的设计理念。

3.2执行标准

GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》；GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》；GB 50174-1993《电子计算机机房设计规范》

3.3防雷系统的设计思路

建筑物的防雷措施主要有：

(1)直击雷防护。依据建筑物的高度、结构等采取直击雷防护措施，包括接闪装置、引下线和接地装置三大部分。

(2)弱电防护。由于雷击发生时至少有50%的雷电流将沿着进出建筑物的管线泄放，因此主要防护措施：电涌保护器安装和等电位连接。主要分为以下步骤： ①电源系统电涌保护器安装; ②通信线路电涌保护器安装; ③屏蔽、等电位连接、接地和综合布线

3.4水厂雷电电磁防护系统的一般性架构

3.4.1电源防雷

根据机房建设的要求，配电系统电源防雷应采用三级防护。由于避雷器生产厂家的设计思想各不相同，相应其避雷器的性能特点也不尽一致。

3.4.2信号系统防雷

与电源防雷一样，通讯网络的防雷主要采用通讯避雷器防雷。目前，计算机远程用联网常采的方式有电话线、专线、X.25、DDN和帧中继等，通讯网络设备主要为MODEM、DTU、路由器和远程中断控制器等。

3.4.3等电位连接

等电位连接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。

3.4.4金属屏蔽及重复接地

在做好以上措施的基础上，还应采用有效屏蔽、重复接地等办法，避免由架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备，尽可能由埋地缆进入，并用金属导管屏蔽，屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地，最大限度衰减从各种导线上引入雷电高电压。

3.5解决方案

3.5.1天津通用水务公司安装雷电防护系统前的状况

供电配电系统无防护措施；仪表及控制系统无防护措施；无等电位连接。 依据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》确定天津通用水务有限公司自动化信息系统雷电防护等级为C级防护标准。

3.5.2供电系统防雷措施

当雷击输电线或雷闪放电在输电线附近时，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兹的低端，容易与工频回路耦合。雷电冲击波从配电线路进入供电系统造成瞬态过电压使设备损坏。因此根据 GB50343-2004《建筑物电子信息系统技术规范》、GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》的要求，我们对水厂供电系统采取三级防雷保护措施。

第一级在水厂变电室低压侧输入端，采用通过Ⅰ级分类测试实验的TPS-B50/3+N型防雷器，主要泄放外线等产生的过电压，其通流量大泄放波形为10/350μs。由于水厂面积较大各个部门相距较远，地埋缆线线路长，因此在变电室低压侧的输出端，采用TPS-B100/3+N防雷器泄放波形为8/20μs。最大放电电流可达100kA。

第二级在各个部门配电箱柜进线端，采用三相压敏电阻型防雷器TPS-B100/3+N。该防雷器电路由具备性能良好的非线性特性(α>30)的氧化锌压敏电阻组成。这使得该防雷器即使在高能量的过电压冲击下，也能够最大限度地降低线路感应过电压和雷电残压，它具有良好的限压特性。

第三级在单个设备前端安装TPS-C40/3+N防雷器主要泄放前面的残压，完全可达到箝位输出，其残压低，响应时间快。

3.5.3信号系统防雷措施

天津通用水务公司自动化系统信号采集是采用屏蔽电缆埋地完成的，通信接口为485方式。液位计10台分布于各个部门，传输信号4～20 mA。监控线路是由各个监控点汇聚到传达室，这使得信号线路传输距离比较远，容易受到电磁感应的影响，会造成设备损坏。为了保证系统在雷雨季节能够正常工作，我们依据GA371-2001《计算机信息系统实体安全技术要求》第5.4.3规定：电源进线、信号传输线在进入计算机信息系统设备时必须安装浪涌保护器。

浪涌防护装置是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的高电压限制在一定范围内，保证用电设备不被击穿的防护装置。常用的种类繁多，可分为三大类放电间歇型、阀型和传输线分流型。

(1)485屏蔽电缆。保护级别：通信线缆精细级保护； 所选产品： TMS-M24R信号防雷器； 安装地点：在屏蔽电缆两端进行防雷保护。 保护范围：PLC 485端口。

(2)4～20 mA信号线。 保护级别：信号线端口精细级保护； 所选产品：TMS-P2信号防雷器； 安装地点：在水位计两端进行防雷保护。 保护范围液位计一次、二次表。

(3)监控系统电源、视频、信号线。 保护级别： 监控电源、视频、信号线端口精细级保护；

所选产品： TTS-CCTV-3/220AC防雷器； 安装地点： 在传达室设备采集端进行防雷保护； 保护范围： 监控系统采集设备。

3.5.4等电位连接措施

接地执行GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》。有交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地四种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻按其中最小值确定；若防雷接地单独设置接地装置时，其余三种接地宜共用一组接地装置，其接地电阻不大于其中最小值。

4　结论

(1)通过上述对防雷电电磁脉冲装置多方面分析，为了能保证防雷电电磁脉冲装置安全可靠地运行，我们对防雷电电磁脉冲装置有一个全面科学的认识，体会到只有从多方面去了解防雷电电磁脉冲装置的运行情况，才能对其性能做出客观的评价。

(2)通过对通用水务雷电电磁防护系统设计和安装，已经形成完整的系统解决方案，我们可对不同类型的防护对象采用不同的防护设计和防雷电电磁脉冲装置的选型。

实践证明，此雷电电磁防护方案安全有效，达到预期的设计要求，符合设计雷电电磁防护设计规范。

[1]卢宜.水厂自动化系统的防雷措施分析[J].中国新技术新产品，2010.

[2]杨时.防雷技术在水厂自动化控制系统中的应用[J].科技资讯，2012.

[3]汪祁.水厂自动化系统防雷接地保护设计[J].电器与能效管理技术，2013.

Study on Lightning Electromagnetic Protection Technology in Water Plant

Zhang Huan

(TianjinMunicipalPublicUtilityDesignInstitute,Tianjin300100，China)

At present, the control network which is composed of computer and programmable controller is widely used in water plant in Tianjin City. However, once these microelectronic devices are subjected to the harm of lightning electromagnetic pulse, therewillbethe system operation failure, eventhepermanent damage to the system. Through field research, we built the lightning electromagnetic protection system of Tianjin General Water Co., Ltd., and installed the corresponding surge protection device, which would reduce the lightning disaster to a minimum.

general water; lightning electromagnetic protection system; surge protection device

2016-05-25

张欢(1985—)，男，工程师，主要从事网络维护，软件工程,PLC控制等方面的工作。

TM862

A

1674-9944(2016)14-0170-02