自动印刷机组在雷电高发地区加强防护的初步探讨

摘要：在雷电高发地区，对于使用自动控制部件和众多电子元器件的自动印刷机组，加强对雷电强电磁干扰的抑制、屏蔽等技术措施，以减少设备故障，确保安全生产，尤为重要。针对自动印刷机组安装在雷电高发地区易受雷电强电脉冲的影响的特点，通过增加如：建筑物和内部供电线路、通讯控制电缆的屏蔽，增加对控制部件电源的滤波和浪涌吸收，等环节的防护加固，可以起到减少设备的故障率的作用。

关键词：印刷机组;防雷技术;接地;屏蔽;浪涌吸收

引言

我国是自然灾害频发的国家。在南方的夏季，对使用工业自动化技术的印刷设备，雷击和雷电干扰，是设备能否安全使用最严重的威胁之一。笔者所在的印刷厂位于四周空旷的滩涂低电阻带区域，每年雷电高发，可以遇见多次强烈的电闪雷鸣。虽然工厂的建筑物和供电线路都有合格的防雷设备，但由于雷电产生的强电磁场的冲击，出现过多次诸如：PLC供电的低压开关电源损坏，通讯接口模块、传感器、控制变压器绕组的击穿等一系列故障现象。这些故障，往往发生在一阵比较强烈的雷雨过后，给正常的生产造成很大的影响。所以，通过技术防护措施，提高设备抗雷电产生的强烈电磁干扰能力，减少电气设备故障，提高生产效率，至关重要。

几年来，我们在地方供电和气象部门的支持下，查阅资料上一些高山气象广播台站的防雷经验，自行在工厂开展了在雷电高发地区加强工业电气设备抗强电磁干扰冲击，防止设备因感应的高压造成设备损坏的一些探讨。通过不断的实践与探索，采取了一些相应的技术措施，取得了初步的见效。

1 现有建筑物和供电线路的防雷技术现状

我们厂子的厂房建筑物由有比较高等级的工民建设计资质的设计院设计，有完备的建筑物避雷针等防雷设施，建筑物防雷接地经过测试，接地电阻达到 < 1Ω的水平。

供电线路由电力部门施工，配电房与厂房之间用动力电缆穿管地下敷设。厂房车间的配电柜配电箱除了都安装了符合国标的断路器或空气开关。并且安装了抑制瞬态高压，标称放电电流达40KA的浪涌保护器。各个配电柜外壳、安装底板，都有良好的接地保护。从配电柜到动力柜的电缆通过电缆沟敷设。车间的照明等线路用桥架敷设。

从以上现状看，一切视乎都循规蹈矩，比较“规范”。

2 设备损坏的主要现象

几年来我们厂出现的设备故障与环境的雷电现象基本有直接的关联性。如下班后有雷雨的雷暴发生，上班发现设备有故障了;也有生产当中，雷暴发生后，印刷机组故障“罢工”了，直接影響了生产。

分析设备故障的零部件，基本上都是高压电击穿。如RJ45网络接口短路，发现模块上的压敏电阻过压开裂，小型控制变压器线圈短路、PLC供电单元的损坏等等。

3 故障原因分析

由于设备故障与雷电活动的关联性，所以设备损坏，不外乎⑴线路雷电对线路电击，在避雷器和接地线路泄放电流产生的的差模残余电压。⑵强烈电磁场在供电或通讯线路上感应产生的共模高压。很显然，会击穿RJ45通讯模块的只有这种共模高压，因为在通讯线路上本来只有弱电的低电压信号。

我们也注意到，工厂有几十台的变频器，几年来无一损坏。除了它们是三菱、西门子、ABB等世界名牌产品质量好的缘故。分析变频器的线路，它们无一例外，电源进入变频器，通过抗干扰线路，整流之后进行滤波，滤波电容对干扰信号有很强的吸收和平滑作用。所以视乎变频器有“雷打不动”之身。

由于车间内，从配电柜到动力柜每一段有几十米以上线路，没有任何屏蔽措施。所以发生雷暴产生的强电磁脉冲，很容易使这段线路感应高压。印刷机组的动力柜内没有再安装抑制瞬态高压的浪涌保护器，感应高压不能得到有效的泄放。我们分析，这大体是设备在这特定区域不抗雷击的原因。

4 设备加强抗雷击的防护对策和措施

根据对故障原因和源头的分析，我们采取了在特定环境下，对雷电强电磁脉冲的以下对抗措施：

1）加强屏蔽

我们参考一些资料上提供的高山气象、广播台站防雷的防护方法，在厂房的大门、窗户和房顶敷设铝合金金属网，并对它们都做接地连接。电缆沟的动力电缆我们采取“就地取材”，用我们厂里印刷使用过后的废PS版进行包裹，版与版之间用4平方以上导线连接，最后和动力柜的接地连接一起，形成“等电位”。设备连接的通讯控制电缆用金属软管穿设。我们力求通过这些简易的屏蔽措施，把电气线路尽可能屏蔽起来，尽量减少雷电强电磁脉冲对设备线路的干扰。

2）加强接地

虽然工厂建在低电阻的滩涂回填的基地上，为防止盐碱对接地体的腐蚀，减少保护接地的效果。我们根据电力部门的建议，特地购买安装了由石墨碳素等非金属材料制作的接地体。这种接地体是专门用在防雷有较高要求的场合。我们用它们与动力柜和机台相连接。提高设备和系统的保护接地的效果。

3）对强脉冲电信号的滤除

由于设备的损坏均由强电脉冲所造成的。所以技术上采取滤除这种强电干扰的措施至关重要。我们认真仔细分析了机组的电源和通讯线路。决定对控制回路的供电独立进行保护。该回路给PLC、触摸屏的电源单元、控制变压器、隔离变压器还有电磁阀等执行元器件。

方案是电源先经过独立的空气开关，然后到新安装的2P防雷电涌保护器，保护器的持续工作电压为275V，接地线按说明书要求，选择在10平方毫米以上的铜导线。需要说明的是防雷电涌保护器是一种一次性使用的保护产品。，如果强雷电脉冲产生保护动作，保护器上绿色的标志变为红色，其内部的压敏电阻已经击穿，必须立即更换。

最后再通过抗干扰电源滤波器。滤波器选用有CE等技术认证的20A以上规格的电源滤波器。滤除雷电强脉冲干扰。电源滤波器的接地端可以与动力柜接地接在一起。

此外，我们对PLC的程序全部都进行了备份，保存在电脑或U盘上，以防不测。

结束语

通过以上的技术措施和方法的一系列尝试，我们工厂，经过几次的防雷整改和加固，几次近距离雷暴没有再出现关联的设备故障，取得了技术防范的初步成果，为确保设备安全和生产的顺利进行，起了一定的积极作用。

参考文献：

[1]许建福.浅析建筑电气安装质量管理[J].福建建材，2020年第2期

[2]高雄.高山台站的防雷[J].西部广播电视.2016年第10期

[3]张军.谈高山台站防雷技术[J]. 辽宁广播电视技术.2010年第3期

[4]GB50057-2016_建筑物防雷设计规范

[5]李超详.电涌保护器（SPD）原理与应用[M].北京：气象出版社，2011，433页

作者简介：朱冠宇（1986—），男，本科，工学学士，助理工程师，从事印刷电气及自动化设备管理与维护。