1、分散型控制系統(tǒng)雷電防護(hù)概述Outline of Protection for DCS against lightning,徐義亨 編,2,前 言,閃電是自然界強(qiáng)大的脈沖放電現(xiàn)象，地球上平均每秒鐘有100 次，已成為十大自然災(zāi)害之一，給人類帶來巨大的損失。 直擊雷的高電壓、強(qiáng)電流侵入各處，襲擊人，破壞建筑物、輸 電網(wǎng)，引發(fā)森林火災(zāi)（半數(shù)是雷擊引起的）是很常見的事。 隨著控制系統(tǒng)的集成化程度與對(duì)雷擊敏感度水平在同步提高， 因此雷擊電磁脈沖的危害日趨嚴(yán)重。 伴隨著雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的作 用（俗稱感應(yīng)雷） ，通過金屬管道和電纜將雷電波（即高電位）引 入，由于微電子的浪涌抗擾度

2、很低，所以對(duì)近十多年來迅速發(fā)展的 電子、信息、控制設(shè)備的破壞和危害更大，因而也就成了防雷技術(shù) 中一個(gè)急需解決的重要課題。,3,1 雷電的基礎(chǔ)知識(shí),1.1 雷云結(jié)構(gòu)和放電機(jī)理 在大氣中有帶正電的冰晶和帶負(fù)電的水粒，由于它們的比重不 一，于是形成了一種氣流，使得帶正電的冰晶和帶負(fù)電的水粒分 離，形成一部分帶正電和一部分帶負(fù)電的雷云。 不同符號(hào)的電荷通過一定的電離通道互相中和，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光 和熱。放電通道所發(fā)出的這種強(qiáng)光稱之謂“閃”。而通道所發(fā)出 的，使附近的空氣突然膨脹，發(fā)出霹靂的轟鳴，人們稱之謂“雷”。,4,雷電的分類,1）片狀雷（云間放電，占95%，僅對(duì)信息系統(tǒng)構(gòu)成威脅） 由于異性電荷的不斷積

3、累，不同極性的云塊之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不 斷增大；當(dāng)某處的電場(chǎng)強(qiáng)度超過了空氣可能承受的擊穿強(qiáng)度時(shí)，就 形成了云間放電。 2）線狀雷(云對(duì)地放電，占5%,對(duì)建筑物和信息系統(tǒng)均構(gòu)成威脅） 通常下部的雷云帶負(fù)電，上部的雷云帶正電，由于靜電感應(yīng)使 地面積聚正電荷，從而使地面與雷云之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)。和云間 放電一樣，當(dāng)某處積聚的電荷密度很大，造成電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣游 離的臨界值，就為線狀閃電落雷的發(fā)展創(chuàng)造了條件。 3）球雷（尚未定論，占云對(duì)地放電中的8%，1983年8月15日， 北京焦化廠被球雷燒毀兩個(gè)100立方米的酒精罐）,5,片狀雷,6,線狀雷,7,電話,雷電流傳播的途徑,例: 雷擊煤油罐 (荷蘭, 19

4、75),20 m,煤油,8m,熱電耦,28 m,0.48 的 8個(gè)接地極,柳樹,200 m 測(cè)量電纜 至控制室,樹根與油罐的接電系統(tǒng)之間發(fā)生放電,原因分析,雷擊接地油罐造成對(duì)“信號(hào)線孔”內(nèi)的信號(hào)電纜閃絡(luò)(反擊) 雷擊幾乎封閉但帶有一個(gè)通訊線孔的油罐。一根來自控制中心并且在那里接地的通訊線進(jìn)入該孔。被雷擊的油罐與“遠(yuǎn)方”大地之間產(chǎn)生電位差，這種電位差是流過沖擊接地電阻的雷電流造成的。但常規(guī)測(cè)量線的絕緣僅能耐受數(shù)百伏的沖擊電壓，更高的電壓將導(dǎo)致?lián)舸┎в须娀　?i =100kA,接地油罐,信號(hào)線孔,RE=1,信號(hào)線纜,u =100kV,雷電放電的浪涌起因,12,雷擊的選擇性,放電即位能的釋放，總是

5、沿著易導(dǎo)電路程（阻抗?。┑牡胤健?例如： 1）高大建筑物的尖頂（因?yàn)樵撎幍撵o電感應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大）； 2）曠野中的突出物，即便不高，因?yàn)楣铝?、突出?3）潮濕的土壤（因?yàn)殡娮杪实停?4）金屬結(jié)構(gòu)的建筑物，包括金屬線纜等（因?yàn)榫哂辛己玫膶?dǎo)電性能）； 5）高層建筑物有遭側(cè)擊雷的可能，即天面以下，地面以上。 （案例1：2004年6月26日，浙江臨海市杜橋鎮(zhèn)，在5棵大樹底下的簡(jiǎn)易塑料棚，死17人，傷13人； 案例2：1967年6月24日，北京和平里，高壓輸電線附近有棵大樹，樹上引一曬衣鐵絲至屋墻，內(nèi)墻有一金屬毛巾架，雷擊時(shí)，將毛巾架下的一女孩擊斃。） 所以在作雷擊案例分析時(shí)，首先要觀察現(xiàn)場(chǎng)的周邊環(huán)境

6、。,13,旁側(cè)閃絡(luò)的例子,U2=U1C1/(C1+C2),毛巾架,曬衣鐵絲,曬衣架,U1,C1,C2,U2,14,1.2 外部防雷裝置的基本原理,外部避雷裝置的基本原理是引雷入地。 它包括三個(gè)部分： 1）接閃器； 2）引下線； 3）接地體。 接閃器的四種形式： 1）避雷針； 2）避雷線（用在高壓線路上）； 3）避雷帶（沿屋頂四周）； 4）避雷網(wǎng)（利用屋頂上的金屬配筋，效果最好）。 （現(xiàn)還有“絕緣防雷”之說，依據(jù)是山西應(yīng)縣的67.13米高的木塔已900 多年安然無恙）,15,外部防雷裝置,外部防雷裝置,接閃裝置,引下線,接 地 體,連接防 雪 裝置,17,避雷針的保護(hù)范圍,對(duì)于單支避雷針的保護(hù)范

7、圍可以近似認(rèn)為：以尖頂為中心的 45錐體內(nèi)的空間（英、日標(biāo)準(zhǔn)）。 最新的確定方法：滾球法. 外部防雷裝置不能防護(hù)由感應(yīng)產(chǎn)生的和經(jīng)金屬導(dǎo)體傳入電子設(shè) 備內(nèi)部的雷電電磁脈沖，但有一定的衰減作用。,18,保護(hù)角,19,4.1.3 滾球法,Hr(擊距),I(雷擊電流),20,滾球法是基于以下的雷閃的數(shù)學(xué)模型（電氣-幾何模型）： hr=10I0.65 式中：hr雷閃的最后閃絡(luò)距離（擊距），即所謂的滾球半徑（m） I雷擊電流的幅值（kA）。,21,在該模型中，雷擊先導(dǎo)的發(fā)展起初是隨機(jī)的，直到先導(dǎo)頭部足以擊穿 它與地面目標(biāo)間的間隙時(shí)，也即先導(dǎo)與地面目標(biāo)的距離等于擊距時(shí)，才受 到地面影響而開始定向。 滾球法就

8、是將雷擊地面或地面物體的過程，等值地描述為一個(gè)以擊距 為半徑的假想球體從天而降，沿隨機(jī)路徑逼近地面或地面上的物體時(shí)，球 體所能接觸到的物體都有可能遭受雷擊；球體最先觸及的且處于地電位的 點(diǎn)是最可能的雷擊點(diǎn)（如避雷針）。 反之，滾球不能接觸到的地方，則可認(rèn)為是由建筑物的接閃器能夠保 護(hù)的區(qū)域。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，滾球半徑為30m時(shí)，涵蓋了97%的雷擊。滾球半徑為45m時(shí)，涵蓋 了93%的雷擊。滾球半徑為60m時(shí)，涵蓋了80%的雷擊。,確定接閃系統(tǒng)位置的方法,- 保護(hù)角 ,接閃器,引下線,接地系統(tǒng),保護(hù)角,h,滾球半徑,r,W 為網(wǎng)格尺寸,W,滾球半徑表 建筑物防雷類別 滾球半徑hr (m) 避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸

9、(m) 第一類防雷建筑物 30 55或64 第二類防雷建筑物 45 1010或128 第三類防雷建筑物 60 2020或2416,hr=45m,hr=30m,hr=60m,滾球法確定外部防雷的保護(hù)范圍,制造、使用、貯存炸藥、火藥、煤氣等大量爆炸物質(zhì)的建筑物。,文物保護(hù)建筑和有大量電子設(shè)備的建筑，具有2區(qū)或11區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。,一般性的民用和工業(yè)建筑、甲級(jí)辦公樓和一些高聳的建筑物（如水塔、煙囪等）。,24,2 雷電對(duì)控制系統(tǒng)侵害的途徑,除了直接雷擊外，閃電的脈沖電流還會(huì)產(chǎn)生劇烈變化的電磁 場(chǎng)，在閃電通道的四周空間產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射，并通過金屬線纜 和金屬管道，將高電位（雷電波）帶入電子信

10、息（控制）系統(tǒng)。 伴隨閃電發(fā)生的雷電電磁脈沖雖然不及直擊雷猛烈，但直擊 雷的放電區(qū)域小，而電磁脈沖可以影響幾公里范圍內(nèi)的電子設(shè)備。 雷電電磁輻射分： 1）靜電感應(yīng)（電容性耦合）； 2）電磁感應(yīng)（電感性耦合）。 此外，對(duì)控制系統(tǒng)的侵害途徑還有； 3）反擊（電阻性耦合）； 4）電磁場(chǎng)輻射（輻射耦合）。,25,2.1 靜電感應(yīng)（電容性耦合）,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,雷云（帶負(fù)電）,金屬貯槽（帶正電）,+ + + + + + +,金屬導(dǎo)線,-,-,-,26,以負(fù)雷云對(duì)地放電為例。 當(dāng)空間有帶負(fù)電的積雨云出現(xiàn)時(shí)，在積雨云下的地面、建筑物 （如金屬貯罐）和金屬導(dǎo)線表面由于靜電感應(yīng)的

11、作用會(huì)感應(yīng)出與雷 云下端電荷異號(hào)的正電荷。由于從積雨云的出現(xiàn)到發(fā)生雷擊所需要 的時(shí)間比雷擊放電過程的時(shí)間要長得多，因此可以有充分的時(shí)間積 累大量的正電荷。此時(shí)，在金屬貯罐和金屬導(dǎo)線相應(yīng)的負(fù)電荷被排 斥向反方向或兩側(cè)移動(dòng)，經(jīng)泄漏電導(dǎo)和電網(wǎng)流入大地。因?yàn)橐苿?dòng)的 速度較慢，不構(gòu)成威脅。,27,在雷云放電前，在金屬貯罐和金屬導(dǎo)線表面上積累的電荷停留其 表面上，不會(huì)自由移動(dòng)，所以我們稱作為束搏電荷，也不構(gòu)成威脅。 當(dāng)雷云對(duì)地放電與地面的異種電荷迅速中和后，某些局部，例如金 屬導(dǎo)線上感應(yīng)電荷，由于與大地間的電阻比較大，而不能在同樣短 的時(shí)間內(nèi)立即消失，這些失去束搏的電荷將向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，形成過電 壓波（即雷電

12、波），其值可達(dá)幾千幾萬伏，速度小于光速。,建筑物 1,設(shè)備 1,EBB 1,PE 1,建筑物2,設(shè)備 2,EBB 2,PE 2,信號(hào)線,干擾電流,雷電通道,180e.ppt / 16.11.99 / ESC,180e_b,RA,29,雷電通道（或接閃器）和設(shè)備1、設(shè)備2之間的信號(hào)線容性耦合。 圖中的干擾電流也稱“注入電流”，約10A。干擾電流通過設(shè)備1和 設(shè)備2的絕緣而流入大地。 （例：1989年8月12日山東黃島特大油罐起火，就是非金屬油罐里面 的鋼筋未作屏蔽接地，外露鋼筋間隙放電所至，死19人，傷害78 人，燒了4天，損失幾千萬。）,179e_a,179e.ppt / 16.11.99 /

13、 ESC,在信號(hào)線之間的感應(yīng)環(huán),建筑物 1,建筑物2,感應(yīng)環(huán),信號(hào)線,干擾電流,設(shè)備 1,2.2 電磁感應(yīng)（電感性耦合）,179e_b,179e.ppt / 16.11.99 / ESC,在信號(hào)線和地之間的電感耦合,建筑物 1,建筑物2,信號(hào)線,干擾電流,EBB 2,PE 2,EBB 1,感應(yīng)環(huán),設(shè)備 2,PE 1,設(shè)備 1,32,雷云放電時(shí)，空間存在著強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，處在該電磁場(chǎng)作用下 的金屬線纜因切割磁力線會(huì)感應(yīng)出的數(shù)以千伏的浪涌電壓。如果金 屬線纜之間形成了一個(gè)回路，該回路內(nèi)又有一定的空氣間隙(如幾厘 米長），則浪涌電壓會(huì)在間隙處發(fā)生火花放電并將設(shè)備擊。如果金 屬線纜之間形成了一個(gè)流通的閉

14、合回路，則感應(yīng)電壓會(huì)在回路內(nèi)形 成閉合電流，該電流流經(jīng)接觸不良的接點(diǎn)或阻抗會(huì)產(chǎn)生局部過熱， 也能將設(shè)備燒壞。,176e,1,建筑物 1,設(shè)備1,EBB 1,PE 1,2,建筑物 2,設(shè)備2,EBB 2,PE 2,信號(hào)線,干擾電流,2,2.3 反擊（電阻性耦合）,34,在建筑物或金屬設(shè)備遭直擊雷時(shí) 由于在建筑物引下線內(nèi)或金屬 設(shè)備內(nèi)流過很大的電流，這電流在流入接地裝置時(shí)，會(huì)使地電位相 對(duì)于遠(yuǎn)端浮動(dòng)幾萬、幾十萬伏，這時(shí)如近處的設(shè)備和遠(yuǎn)處的設(shè)備間 有金屬導(dǎo)線相連且都又是單獨(dú)接地時(shí)，那么就會(huì)將近處和遠(yuǎn)處的設(shè) 備同時(shí)擊壞，或擊壞其中一個(gè)取決設(shè)備和導(dǎo)線(包括分布電感)分壓 比。,35,2.4 電磁場(chǎng)輻射（

15、輻射耦合）,遠(yuǎn)距離雷電放電產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)在大范圍的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線上 像天線一樣感應(yīng)出過電壓，這種干擾會(huì)傳遞到電子設(shè)備端口上。 直接輻射的電磁場(chǎng)往往會(huì)使電子系統(tǒng)失效，但造成電子設(shè)備損 壞的可能性較小。,外部防雷措施,綜合防雷系統(tǒng),內(nèi)部防雷措施,接閃器,引下線,接地裝置,屏蔽 (隔離),等電位 連接,共用接 地系統(tǒng),安裝 SPD,屏蔽,合理 布線,3 雷電電磁脈沖（LEMP）的基本防護(hù)措施,提高 抗擾度,3.1 電纜的屏蔽 無屏蔽連接, 沒有防止容性耦合和感應(yīng)耦合的屏蔽,MEB 1,C,L,MEB 2,38,A. 靜電屏蔽 電纜屏蔽層單端接地（一般在控制室側(cè)）。,分布電容,引下線,屏蔽層,電纜芯線

16、,單端接地防止容性耦合的屏蔽,MEB 1,L,MEB 2,感應(yīng)耦合 (間接雷電干擾或開關(guān)操作),INDUKTIONSSCHLEIFE,無屏蔽 巨大的耦合面,一端屏蔽接地 巨大的耦合面,兩端屏蔽接地 減少耦合面,感應(yīng)環(huán),感應(yīng)環(huán),感應(yīng)環(huán),兩端接地,防止感應(yīng)耦合的屏蔽,MEB 1,MEB 2,兩端屏蔽接地問題: 地電位差產(chǎn)生的平衡電流解決方法：雙層屏蔽,MEB 1,n x 50 Hz 低頻的平衡電流,MEB 1 MEB 2,MEB 2,43,B.電纜屏蔽層的雙端接地,44,B.電纜屏蔽層的雙端接地,45,為此，除了內(nèi)屏蔽層的一端做等電位聯(lián)接外，還應(yīng)增加有絕緣 隔開的外屏蔽層，外屏蔽層應(yīng)至少在兩端作等

17、電位聯(lián)接。在雷擊時(shí) 外屏蔽層與地構(gòu)成了環(huán)路，感應(yīng)出一電流，該電流產(chǎn)生的磁通抵消 或部分抵消雷擊的源磁場(chǎng)的磁通，從而抑制或部分抑制無外屏蔽層 時(shí)所感應(yīng)的電壓。,46,雙層屏蔽電纜的外屏蔽層可采用下述方法實(shí)現(xiàn)： a.分屏加總屏電纜的總屏蔽層； b.金屬鎧裝電纜的金屬鎧裝層； c.敷設(shè)電纜的金屬走線槽、金屬保護(hù)管等； d.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的電纜溝。,47,如利用金屬走線槽或穿金屬管作為外屏蔽層，但必須保證槽與 槽之間或金屬管與金屬管之間的連接良好且兩端接地。 如在控制室屋外入口處宜采用格柵形鋼筋混凝土電纜溝,鋼筋 格柵必須與建筑物的鋼筋相連接。,互相連接的鋼筋電纜溝,49,從室外進(jìn)入控制室的電纜，如在

18、控制室屋入口處采用格柵形鋼 筋混凝土電纜溝，其鋼筋格柵的形狀如圖所示，典型的網(wǎng)格寬度為 15cm,鋼筋的直徑宜大于6mm。 鋼筋格柵必須與建筑物的鋼筋相連接。 電纜溝的長度應(yīng)符合下列表達(dá)式的要求，但不應(yīng)小于15m。 L2 式中：L-格柵形鋼筋混凝土電纜溝長度； -格柵形鋼筋混凝土電纜溝處的土壤電阻率（m）。,3.2 合理布線 A.減少感應(yīng)環(huán)路面積,最初的形勢(shì) 高的電磁場(chǎng)通過感應(yīng)環(huán)路,設(shè)備,電源線,感應(yīng)環(huán)路,通信線,設(shè)備屏蔽,第一種 衰減了的電磁場(chǎng)通過感應(yīng)環(huán)路,設(shè)備,感應(yīng)環(huán)路,建筑物或屏蔽房間,LPZ 1,第二種 衰減了的感應(yīng)環(huán)路,屏蔽,設(shè)備,感應(yīng)環(huán)路,第三種 在屏蔽閉合導(dǎo)體中的導(dǎo)體,屏蔽,屏蔽

19、了的空間,設(shè)備,屏蔽導(dǎo)體,51,B.和引下線保持一定距離 信息系統(tǒng)電纜和防雷引下線的凈距如下表所示（引自GB 50343-2004 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范）。 如線纜敷設(shè)高度超過6000mm時(shí)，與防雷引下線的交叉距離應(yīng)按 下式計(jì)算： S0.05H 式中：H-交叉處防雷引下線距地面的高度（mm）； S-交叉凈距（mm）。,52,3.3 浪涌保護(hù)器（SPD）的使用,SPD是一種限制瞬態(tài)過電壓和分走浪涌電流的器件。其基本原理 是，它并接在被保護(hù)設(shè)備的附近，在無浪涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗（即開 路狀態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)浪涌時(shí)就在最短的時(shí)間內(nèi)（納秒級(jí)）內(nèi)迅速將雷 電流泄放到地使SPD變?yōu)榈妥杩梗瑥亩Ｗo(hù)了被保護(hù)

20、設(shè)備。,53,54,SPD泄放電流和電壓的測(cè)試波形,55,波形參數(shù),56,SPD可以分成兩大類： 1）電壓開關(guān)型SPD 通常由放電間隙、充氣放電管、閘流管和三端雙向可控硅元件組成。該類SPD在無浪涌出現(xiàn)時(shí)呈高阻抗，出現(xiàn)電壓浪涌時(shí)突變?yōu)榈妥杩埂?2）限壓型SPD 通常用壓敏電阻、齊納二極管、雪崩二極管組成。該類SPD在無電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，隨著浪涌電壓和電流的升高，其阻抗持續(xù)下降呈低阻導(dǎo)通狀態(tài)。 3）組合型SPD 該浪涌吸收器由電壓開關(guān)型SPD和限壓型SPD組合而成。,57,不同種類SPD的響應(yīng)時(shí)間、放電電流和絕緣電阻,58,SPD主要參數(shù)的選擇,59,（1）最大持續(xù)運(yùn)行電壓UC 允許持續(xù)施加于

21、SPD端子間的最大電壓有效值，它等于SPD的額定電壓。 例如，DCS的220V交流電源，可取UC大于1.55UO（UO=220V），即340V。變 送器的電源電壓如為24V，則模擬量I/O端口的SPD可取UC =27V。 （2）標(biāo)稱放電電流In 流過SPD的相應(yīng)波形的放電電流峰值（kA)。其值要按地區(qū)的雷暴日多 少、地理位置、行業(yè)特點(diǎn)、單級(jí)或多級(jí)、價(jià)格等因素而定。 例如，信號(hào)通信系統(tǒng)不小于3 kA （如雙層屏蔽不小于 0.5 kA） 。,60,3）電壓保護(hù)水平Up 沖擊放電電流通過電壓開關(guān)型SPD的最大放電電壓，或通過電壓限制 型SPD時(shí)，在其端子上所呈現(xiàn)的最大電壓峰值（殘壓）。 SPD的電壓

22、保護(hù)水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓應(yīng)與所屬系統(tǒng)的基本絕 緣水平和設(shè)備允許的最大電涌電壓協(xié)調(diào)一致，一般不大于設(shè)備耐壓水平的 0.8。 4）響應(yīng)時(shí)間 從暫態(tài)過電壓開始作用于SPD的時(shí)間到SPD實(shí)際導(dǎo)通放電時(shí)刻之間的延 遲時(shí)間。它決定了SPD能否在浪涌一出現(xiàn)，就快速啟動(dòng)將浪涌的能量釋放 掉。其值愈小愈好，一般要求小于5ns，對(duì)電源系統(tǒng)可放寬到小于25ns。 當(dāng)SPD用于本安回路時(shí)，還必須使用經(jīng)過本安或隔爆認(rèn)證過的SPD。,61,3.4 接地/等電位連接,防雷工程的接地系統(tǒng)系用于： a.雷電流的泄放； b.抑制雷電電磁脈沖的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)； c.將分開的儀表裝置通過等電位連接，以減少儀表系統(tǒng)的設(shè)備在

23、金 屬構(gòu)件與設(shè)備之間或設(shè)備與設(shè)備之間因雷擊產(chǎn)生的電位差。,62,需要保護(hù)的儀表控制系統(tǒng)必須采用等電位連接與接地保護(hù)措施。 儀表控制系統(tǒng)的接地/等電位連接系統(tǒng)應(yīng)與整個(gè)工廠的接地/等電位 連接系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。當(dāng)控制室與現(xiàn)場(chǎng)儀表或其他控制設(shè)施相距很遠(yuǎn) 時(shí)，可能難以實(shí)施全廠統(tǒng)一的共地和等電位連接，此時(shí)應(yīng)分別實(shí)施 局部的接地/共地/等電位連接，然后加強(qiáng)局部間的電氣聯(lián)系和屏蔽、 分流。,設(shè)備是如何做到等電位的(例),電 源 線,信號(hào) 線,I1,I2,U1,U2,U3,上圖所示：設(shè)備有電源入口和信號(hào)入口，以及設(shè)備本身的接地。左邊的為電源防雷器，右邊的為信號(hào)防雷器。當(dāng)雷電流從電源線流入時(shí)，電源側(cè)的電位U1瞬時(shí)提高

24、，當(dāng)U1升高到防雷器的導(dǎo)通電壓時(shí)，防雷器開始動(dòng)作，大量的雷電流I1從電源防雷器進(jìn)入大地，導(dǎo)通后，U1=U2，由于接地存在接地電阻，因此雷電流流入大地的同時(shí)會(huì)使大地電位U2升高，這時(shí)U2與U3之間的電位差超過信號(hào)防雷器導(dǎo)通電壓，信號(hào)防雷器導(dǎo)通，導(dǎo)通后，U2=U3，因此在雷電通過的瞬間，防雷器可以使U1=U2=U3，使設(shè)備各點(diǎn)之間的電位達(dá)到平衡，從而起到保護(hù)作用。,陰極保護(hù)管,EBB,Water,Gas,PS,引入的設(shè)備管線的防雷保護(hù)等電位連接,65,等電位連接的幾個(gè)要點(diǎn),1）控制系統(tǒng)的接地裝置應(yīng)優(yōu)先使用共用接地網(wǎng)，當(dāng)共用接地網(wǎng)的接 地電阻達(dá)不到要求時(shí)應(yīng)增加人工接地體。 2）當(dāng)設(shè)置人工接地體時(shí)，人

25、工接地體宜在建筑物四周散水坡外大于 1m處埋設(shè)成環(huán)形接地體，并應(yīng)和共用接地網(wǎng)連接。 3）控制系統(tǒng)的交流電源400V/230V供配電系統(tǒng)應(yīng)采用TN系統(tǒng)，從建 筑物內(nèi)總配電盤開始引進(jìn)的配電線路和分支線路必須采用TN-S接地 制式。,66,TN-S系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是交流電源400V/230V供配電系統(tǒng)的中性線 N和用電設(shè)備的保護(hù)接地線PE線是分開的，這樣在正常工作時(shí)PE線上 是不通過負(fù)荷電流及雜散電流的，所以與PE線相連的用電設(shè)備的金 屬外殼在正常運(yùn)行時(shí)也不帶電位，從而保證等電位的實(shí)現(xiàn)以及最小 的騷擾。 4）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的金屬外殼通過金屬安裝支架或金屬設(shè)備自然接地 時(shí)，為防止因雷擊時(shí)造成地電位差的反擊，

26、現(xiàn)場(chǎng)儀表的金屬外殼必 須就近接地并實(shí)行等電位連接；,67,4 雷電活動(dòng)區(qū)、雷電防護(hù)區(qū)和防護(hù)措施分級(jí),4.1 雷電活動(dòng)區(qū) 雷電活動(dòng)區(qū)的強(qiáng)度是根據(jù)年平均雷暴日的多少進(jìn)行劃分的。 年平均雷暴日的確定，原則上依據(jù)裝置所在地區(qū)的氣象部門提 供的數(shù)據(jù)，也可參照由國家公布的當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤铡?按地區(qū)年平均雷暴日多少，宜將雷電活動(dòng)區(qū)劃分為： a.少雷區(qū)：年平均雷暴日在20天及以下的地區(qū)； b.多雷區(qū)：年平均雷暴日大于20天，不超過40天的地區(qū)； c.高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過60天的地區(qū)； d.強(qiáng)雷區(qū)：年平均雷暴日超過60天以上的地區(qū)。,68,上海、沈陽、杭州的年平均雷暴日（d/a）,31.5,6

27、9,4.2 雷電防護(hù)區(qū)(LPZ)的劃分,劃分的目的:在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行雷電電磁脈沖防護(hù)時(shí),為采取相應(yīng) 的防雷措施和配制防雷器件的方便，將被保護(hù)設(shè)備、系統(tǒng)所在的空 間由外到內(nèi)分為不同的雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）。 劃分的原則 :依據(jù)遭直擊雷的可能性以及雷電電磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減的 程度.,70,a.直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）：本區(qū)內(nèi)的各物體完全暴露在外部防雷 裝置的保護(hù)范圍之外，均可能遭直擊雷，電磁場(chǎng)強(qiáng)度沒有衰減。 b.直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）：本區(qū)內(nèi)的各物體處在外部防雷裝置的保 護(hù)范圍之內(nèi)，很少遭到大于所選定的滾球半徑的直擊雷，電磁場(chǎng)強(qiáng) 度沒有衰減。 c.第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭直擊雷，由于建 筑物的屏蔽措施，流經(jīng)各類導(dǎo)體的雷電流比直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0） 要小，電磁場(chǎng)強(qiáng)度得到了初步的衰減。 d.第二防護(hù)區(qū)（LPZ2）：進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的雷電流或電磁場(chǎng)的后 續(xù)防護(hù)區(qū)。 e.后續(xù)防護(hù)區(qū)（LPZn）:需要進(jìn)一步減小雷電電磁脈沖，以保護(hù)敏感 度水平高的設(shè)備的后續(xù)防護(hù)區(qū)。,71,將一個(gè)需要保護(hù)的空間劃分為不同的防護(hù)區(qū)的一般原則,72,一座內(nèi)置控制系統(tǒng)的建筑物劃分為幾個(gè)雷電防護(hù)區(qū),LPZ0A,LPZOA,LPZ0A,LPZ0B,LPZ0B,LPZ0B,