自动化控制系统雷电入侵途径及防护措施_雷电侵入波的防护措施

　　摘要针对博兴县的环境及雷电自身的特点，结合自动化控制系统的实际情况，指出了其监控及控制设备遭受雷击的途径，并提出了系统的综合防雷解决方案，以期通过针对性的措施保障设备及人身财产不受伤害。
　　关键词自动化控制系统；雷电；入侵途径；防护措施
　　中图分类号TP273；TU895文献标识码B文章编号 1007-5739（2011）03-0309-01
　　
　　雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十千安或上百千安。落雷后在雷击中心1.5~2.0 km半径的范围内都可能产生危险过电压，损害线路上的设备。近些年来，伴随着高新技术的发展，尤其是电子技术的飞速发展，各种先进的测量、保护监控和计算机等电子产品正日益广泛地应用于各行各业中。因此，电源系统和信息系统的防雷是综合防雷系统工程的重点部位。而如何设置防雷措施，保障电子设备安全运行，以及如何有效抑制雷击过电压和电磁干扰成为一个全新的课题，也是大多数信息中心技术人员迫切需要解决的问题。
　　博兴县地处鲁北平原，黄河下游南岸，南邻淄博市的桓台县和临淄区，北接滨州市的滨城区，东与东营市的广饶县毗邻，西与淄博市的高青县接壤，处在环渤海经济圈、黄河三角洲腹地，属温带大陆性季风气候，2007年夏季共出现3个雷暴日，分别是6月30日、7月18日、7月29日，暴雨日较常年偏多，而且暴雨出现时降雨强度特别大，往往在1~2 h内雨量就达暴雨，给人们的生产生活形成诸多不利影响。因此，其防雷工作就显得特别重要。
　　1雷电入侵设备的途径
　　雷电主要有以下3种入侵途径，即雷电的热效应的破坏作用（直击雷）、雷电的静电感应和电磁感应（雷电感应）及电磁脉冲、雷电反击的破坏作用（雷电电磁波脉冲）。
　　1.1直接雷击
　　指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合力作用，直接摧毁建筑物、构筑物以及引起人员伤亡等。由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。例如，6月14日博兴县一中遭雷击，整个校园网瘫痪，造成直接损失数十万元。6月25日博兴县工商银行中心机房遭雷击，造成Modem及UPS损坏，损失数万元。
　　1.2传导雷（雷电波侵入）
　　在更大的范围内（几千米甚至几十千米），雷电击中电力或信息通讯线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷中的一种：雷电击中附近建筑物或附近其他物体、地面，导致地电压升高，形成巨大的跨步电压。
　　1.3感应雷击（二次雷击）
　　指雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导线路上产生感应电压，该电压通过传导体传送至设备，间接摧毁微电子设备，在所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此，分布于建筑物内外的各种电力、通信线路将会感应雷电而造成设备损坏。例如，7月18日博兴县广播局交换机接口遭感应雷击，网络瘫痪。8月24日下午博兴县公安局程控机房遭雷击（感应雷），造成损失1.3万元。
　　2雷电防护措施
　　2.1雷击的防护
　　一是直接雷击的防护。当直击雷击中建筑物时，能直接摧毁建筑物、构筑物以及引起人员伤亡等。直击雷的防护主要使用避雷针、避雷网（带）、避雷线和接地系统[1-2]。它直接接闪，保护建筑物。要求保护范围能保护到整个建筑物，且接地要良好。二是雷电感应和雷电波侵入防护。在保证建筑物本身防雷状况良好的同时，还应保证建筑物内部电子设备不受影响[3-4]。而且，往往是因为避雷针遇到雷击，雷电流沿引下线泄放时，电源线路、信号线路被感应雷电而产生瞬态过电压，进而损坏设备。
　　2.2工程设计与雷电防护
　　一是直击雷防护措施。监控中心机房楼房防直击雷措施按三类防雷设计，房顶安装避雷带，引下线平均间距不大于25 m，接地体采用环形接地体。室外的摄像机上部按三类防雷设计要求，安装避雷针，引下线及接地装置。二是雷电感应和雷电波侵入防护措施。进行电源系统的防雷及过电压保护，据统计，雷击事故中，从电源线路侵入感应过电压损坏设备占较大比例。根据现场勘察，为实现多级配合，要计算各级SPD之间的能量配合，选用合适器件，拟对机房电源分为4级保护，使浪涌过电压逐级衰减入地。三是信号系统的防雷与过电压保护。总控室是最容易引入过电压损坏设备的通道之一，信号系统必须重点加以防护。该监控机房信号线路有电话线、宽带网络、监控数据信号线，这些线路都应在进入各设备前，安装不同标称导通电压的信号SPD进行防护。室外的摄像机上部不但应安装避雷针，还应安装带云台的电源信号三合一避雷器。
　　2.3接地的原则与技术要求
　　在一个系统中有着不同的电子设备分属不同的子系统，由于这些设备工作频繁、抗干扰能力和功能各不同，对接地的要求也不同[5-6]。当控制系统与防雷接地采用共同接地装置时，两者避免雷击时遭受反击和保证设备安全，应采用埋地铠装电缆供电，电缆屏蔽层必须接地。随着科技不断发展，自动化控制系统不断升级，只有综合考虑监控系统以及控制设备整个系统不会受到侵害，才能在防雷工作中把雷电对该系统的损坏几率降到最低。
　　3参考文献
　　[1] 中华人民共和国机械工业部.GB500057-1994建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2000.
　　[2] 中华人民共和国建设部.GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
　　[3] 黄增友.现代自动化控制系统电源的防雷设计[J].黑龙江造纸，2006，34（2）：57.
　　[4] 温卫中.化工自动化控制系统的雷击防护技术[J].化工时刊，2005，19（3）：29-30.
　　[5] 丁勇，张立师.三河闸闸门监控系统防雷设计与施工技术路线[J].江苏水利，2010（7）：34-35，38.
　　[6] 李政，金梅，郑文卿，等.工厂自动化控制系统的防雷思路探讨[J].山西气象，2007（3）：39-40.