分散型控制系統(tǒng)的防雷

摘要：回顧防雷概念的轉(zhuǎn)變，介紹直擊雷、雷電電磁脈沖對(duì)DCS的危害，闡述了具體的防雷措施。

關(guān)鍵詞：直擊雷 雷電電磁脈沖 雷電波 屏蔽

1. 問(wèn)題的提出　　

聲、光、電現(xiàn)象同時(shí)迸發(fā)的直擊雷，可以擊毀其放電通道上的建筑物和生命財(cái)產(chǎn),對(duì)此人們已很熟悉，也有較成熟可靠的防護(hù)技術(shù)。但伴隨著雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以電磁感應(yīng)作用和電流波形式，對(duì)近十多年來(lái)迅速發(fā)展的電子、信息、控制設(shè)備的破壞和危害，是上個(gè)世紀(jì)九十年代以來(lái)雷電災(zāi)害最顯著的特征。它的成災(zāi)率更高，損失更大，因而也就成了防雷技術(shù)中一個(gè)急需解決的重要課題。

　 凡是基于微電子器件的控制設(shè)備，都存在著耐壓低、對(duì)電磁脈沖特別敏感的短處。雷電引起的各種過(guò)電壓可達(dá)數(shù)百乃至數(shù)千、數(shù)萬(wàn)伏，而基于微電子器件系統(tǒng)的耐壓值都很低，一般承受不了正負(fù)5V的電壓波動(dòng)。美國(guó)通用研究公司R·D·希爾用仿真試驗(yàn)建立的模型表明：對(duì)無(wú)屏蔽的計(jì)算機(jī)，當(dāng)雷電電磁脈沖的磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)0.03×10－4T時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)誤動(dòng)作；當(dāng)超過(guò)2.4×10－4T時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)永久性損壞。所以，如無(wú)一定的防護(hù)措施，即便是質(zhì)量很高的信息控制系統(tǒng)，也很難保證在雷擊情況下仍然可以安全地運(yùn)行。

我們從調(diào)研中得知，進(jìn)口的控制系統(tǒng)（如應(yīng)用在某化學(xué)公司的美國(guó)GE系統(tǒng)和SMART現(xiàn)場(chǎng)總線等）都曾遭受過(guò)雷電的侵害。又根據(jù)資料報(bào)道，在中國(guó)氣象部門(mén)，像國(guó)家氣象中心的大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信系統(tǒng)等要害部門(mén)也都曾多次遭遇雷擊。

我國(guó)對(duì)于建筑物的防雷已有了比較成熟的認(rèn)識(shí)和規(guī)范，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057－94，2000年版）較1994年版，在參考了IEC標(biāo)準(zhǔn)后也專門(mén)增加了一章《防雷擊電磁脈沖》，但對(duì)分散型控制系統(tǒng)（DCS）的防雷問(wèn)題，在概念和系統(tǒng)的實(shí)施方面還都處于起步階段，沒(méi)有專業(yè)的規(guī)范和先例可循。為此有必要對(duì)這一問(wèn)題做一探討，以規(guī)范今后DCS工程的防雷設(shè)計(jì)。


2. 回顧防雷概念的轉(zhuǎn)變

　 建筑物的防雷是一門(mén)古老的技術(shù)，但是防雷技術(shù)在近二十年發(fā)生了很大的變化，其中重要的是在防雷概念上有如下幾點(diǎn)轉(zhuǎn)變：

1）防雷的重點(diǎn)從人身和電氣設(shè)備的安全轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄓ嵑托畔⑾到y(tǒng)的安全。過(guò)去建筑物的防雷技術(shù)以防直擊雷為主，側(cè)重防機(jī)械性破壞和雷電反擊；現(xiàn)在則以防感應(yīng)雷擊為主，側(cè)重防雷電的電磁感應(yīng)效應(yīng)。

2）外部的防雷技術(shù)從以前的避雷針和避雷帶轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的避雷網(wǎng)和法拉第籠；內(nèi)部的防雷技術(shù)從以前的以隔離方式為主轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的以等電位聯(lián)接方式為主。

3）以前檢驗(yàn)接地系統(tǒng)是否合格以接地電阻值為準(zhǔn)，現(xiàn)在側(cè)重于接地結(jié)構(gòu)兼接地電阻值，特別是從獨(dú)立接地到等電位聯(lián)接方式的轉(zhuǎn)變。

　 如上所述，防雷技術(shù)和防雷概念雖然有了很大的變化，但直至現(xiàn)在，防雷的理論基礎(chǔ)仍然還是安全地引雷入地，閃電是一個(gè)電流源（更確切地說(shuō)是電流波），而不是電壓源，防雷裝置是給雷電流提供一條或幾條低阻抗的接地通道，這些基本概念仍然沒(méi)變。

3雷電對(duì)分散型控制系統(tǒng)危害的形式

雷電對(duì)分散型控制系統(tǒng)的危害主要是通過(guò)直擊雷和雷電電磁脈沖干擾（也稱雷電波）兩種形式。

　 直擊雷對(duì)分散型控制系統(tǒng)的危害指的是：

1）雷電直接擊中建筑物或地面上，雷電流沿引下線、接地體流動(dòng)過(guò)程中，在土壤中產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電磁場(chǎng)，通過(guò)感應(yīng)耦合到DCS等電子設(shè)備內(nèi)，損壞DCS等電子設(shè)備；

2）控制室建筑物的防直擊雷裝置在接閃時(shí)，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過(guò)引下線流入接地裝置，會(huì)使局部的地電位浮動(dòng)并產(chǎn)生跨步電壓，如果防雷的接地裝置是獨(dú)立的，它和控制系統(tǒng)的接地體沒(méi)有足夠的絕緣距離的話，則它們之間會(huì)產(chǎn)生放電，這種現(xiàn)象稱為雷電反擊，它會(huì)對(duì)控制室內(nèi)的DCS系統(tǒng)產(chǎn)生干擾乃至破壞。