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水厂自动化控制系统的综合防雷措施

    随着计算机技术(Computer)、控制技术(Control)、通讯技术(Communication)、显示技术(CRT)的发展和广泛应用,目前水厂的自动化控制普遍采用由工业计算机IPC或可编程控器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,成为水厂受雷电损害的主要设备。所以对自动化系统采取有效的保护措施是非常必要的,明析瞬间过电压产生途径和危害是正确采取防护措施的前提。
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而非一般电源上的所谓电压(一般电源过压可能维持数秒及以上),瞬间过电压有两种产生途径: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受直击雷损害,雷击会通过以下两种方式破坏电子工设备:
(1) 直击到电源输入线,经电源线进入而损害设备,因电力线上安装的各种保护间隙和电力避雷器,只可把线对地的电压限制到小于6000伏(IEEE C62.41),而线对线无法控制.
(2) 以感应方式(电阻性、电感性、电容性)偶合到电源、信号源上、最终损害设备。
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)开关时会便产生瞬间电压而损害设备。
二、瞬间过电压对电子设备的危害
    瞬间过电压使电子设备讯号或数据的传输与存储都受到干扰甚至丢失,致使电子设备产生误动作或暂时瘫痪;重复影响而降低电子设备寿命甚至立即烧毁元器件及设备。这一切都会给生产和工作带来较大损失。
    通常水厂自动化系统的控制站都置于构筑物之中,网络一、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%,按成都市自来水总公司资料统计占水厂自动化系统雷击事故原因的100%。雷电波侵入(感应偶合)对自动化系统的破坏,主要是通过侵入电源线、天馈线、通讯线和信号线而分别损坏电源模块、通讯模块、I/O模块;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。
    根据瞬间过电压产生、危害途径和自控系统大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元及集控制、通讯、监测为一体且分散面广的特点,我们认为对自控系统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。特别应从配电系统防雷、自控系统网络线路防雷、构筑物防雷和合理接地等四方面着手。

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