工控系统防雷——雷电对工业控制系统的影响

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随着世界工业技术的不断发展，新技术、新工艺、新产品的大量运用，我国的工业控制也得到了前所未有的发展，诸如PLC、DCS、SCADA、PAC等现代先进的工业控制系统已经广泛应用于电力、石油、化工、煤炭、钢铁、造纸、制药、酿酒、水处理等诸多行业。在工业控制的诸多系统中，雷电对其造成的影响一直是工业控制的一个难题。由于雷电产生的过电压、过电流，造成设备不同程度的损坏，从而使得生产大受影响。 1 雷电对工业的影响 我国是一个雷电灾害多发的国家，每年因为雷电造成的人员伤亡，财产损失不计其数。工业作为国民经济中极为重要的一个行业，是我国的支柱型产业，确保其生产的安全、稳定、高效的运行，一直是各级管理部门主抓的问题。因为雷电造成工业生产过程中出现安全问题，影响是不言而喻的。做好工业生产的安全工作，采取更加完善的安全保护措施，将是作为一级领导的本职工作，也是责任所在。 2 我国工业控制系统防雷现状 我国工业由于较欧、美等发达国家起步晚，自动化控制程度低，设备陈旧，技术落后，所以，对安全的解决措施也不及发达国家完善。时至今日，尚有很多大型企业的工业生产设备仍然沿用着当年苏联援建时留下的，甚至连厂房、生产工艺都没有任何改变。时隔半个世纪，发达国家早已对技术更新了无数次。尽管， 我国通过改革开放，引进来新技术、新工艺、新设备，但系统的安全性却成了又一道难题。由于没有充分考虑到设备对工作环境的要求，各种控制系统经常出现故障，从而影响生产。雷电就是其中的影响因素之一。花了很多钱刚刚安装上去的控制系统，很快就故障频频，通信控制芯片、接口、模块、电源等等，经常需停机后拆卸维修，甚至更换。这样，新的易耗品投资产生了，既浪费了人力、物力和财力，同时也造成生产的停滞，损失大小可想而知。 3 工业控制系统防雷的措施 根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版）、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004的要求，针对我国工业控制系统的防雷，由于系统、环境、重要性等的差异性，考虑到影响因素较多，故应采取综合防护措施。 3.1 接地 任何系统、任何方式的防雷保护，都必须接地，通过接地，将过电压、过电流在未达到设备允许的最大耐受电压、电流之前，就已经泄放到了大地。所以，设备的防雷保护，接地是关键。 为保证设备能更好的对地泄放过电压、过电流，设备的接地线应该越短越好，即，设备应就近接地。设备的接地通常采取设置人工接地装置的方式，将地线引至设备附近位置的等电位接地汇流排，设备就近与该等电位接地汇流排连接接地。 接地装置有接地电阻的要求，接地电阻越小，设备的接地也就越可靠。一般而言，有计算机的工业控制系统接地电阻应不大于4欧姆。有些重要的、精密的设备也有接地电阻的要求。设备如果系统内有更低的接地电阻的要求，则按最低的接地电阻要求设置人工接地装置。 接地装置由垂直接地极、水平接地极相互连接构成。垂直接地极可采用LAD非金属接地极、HD电解离子接地极、HD铜包钢接地等材料；水平接地极可采用40*4的热镀锌扁钢、HD铜包钢等材料。同时，根据当地的土壤电阻率不同，还应在接地极周围添加LAD物理降阻剂，以便使接地装置满足接地电阻的要求。 3.2 直击雷防护 针对工控系统的建筑物、室外通信天线、设备等，采取在建筑物顶敷设避雷网或在天线或设备旁边设置避雷针的防雷保护措施。避雷针选择LAZ1000，高度根据滚球法确定。 3.3 雷电感应的防护 雷电对工业控制系统的破坏通常是雷电感应造成的。雷电感应到电源、信号等线路、金属管线后，引入设备，从而造成设备的雷击损坏。为此，需在电源、信号线路加装避雷器或浪涌保护器，并将金属管线就近接地。 电源线路应考虑不少于3级的防雷保护，即第一级安装于总配电，采用LAY380-100G电源避雷器，第二级安装于入户电源箱，采用LAY380-40G电源避雷器，第三级安装于室内或机房配电箱，采用LAY380-20G电源避雷器。针对精密设备还需采取末级保护措施，交流电源采取在设备前端加装LAY220-10A电源避雷器，直流电源采取在设备电源输入端加装LAYD系列直流电源避雷器。 信号线路应根据设备接口形式、工作电压、特性阻抗、功率等参数要求，选择适配的信号避雷器。PLC、DCS等采用485控制总线传输信号的控制信号线、数据采集线可采用在设备接口加装LAXM系列信号避雷器，数据采用网络远传的网络信号线路、以太网信号线路可采用在设备接口加装LAXR45系列网络信号避雷器，无线数据传输的天线馈线可在设备接口加装LAT2000系列馈线避雷器。3.4 等电位连接 工业控制系统所涉及到的设备众多，都采用微电子技术设计的精密设备，故需做好等电位连接。根据设备分布不同，可在设备集中位置设置等电位连接装置，如等电位接地汇流排、均压环、均压网等。并确保所有设备、金属机架、外壳、管、槽等均就近接地，满足等电位连接要求。 4 结束语 工业控制系统是一个不断更新、不断发展的系统，由于其关系到生产的各个环节，所以对防雷的要求理应做到更加完善和可靠。防雷作为生产安全的一部分，是我们每一个从事生产和安全工作的人不可回避的责任和义务。