摘要：本文分析、討論了自動化系統(tǒng)的防雷問題，著重闡述了水廠自動化控制系統(tǒng)的綜合防雷措施。

　　關鍵詞：水廠 自動化系統(tǒng) 防雷 瞬間過電壓

　　隨著計算機技術（Computer）、控制技術（Control）、通訊技術（Communication）、顯示技術（CRT）的發(fā)展和廣泛應用，目前水廠的自動化控制普遍采用由工業(yè)計算機IPC或可編程控器PLC組成的集數(shù)據(jù)采集、過程控制和信息傳送于一體的監(jiān)控網(wǎng)絡。由于這些設備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對瞬間過電壓的承受能力大幅降低，成為水廠受雷電損害的主要設備。所以對自動化系統(tǒng)采取有效的保護措施是非常必要的，明析瞬間過電壓產生途徑和危害是正確采取防護措施的前提。

　　一、瞬間過電壓的產生

　　瞬間過電壓是指在微妙至毫秒之內所產生的的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂過壓（一般電源過壓可能維持數(shù)秒及以上），瞬間過電壓有兩種產生途徑：雷擊和電氣開關動作。

　　1、一般構筑物避雷網(wǎng)只能保護其本身免受直擊雷損害，雷擊會通過以下兩種方式破壞電子設備：

 　　①直擊到電源輸入線，經(jīng)電源線進入而損害設備，因電力線上安裝的各種保護間隙和電力避雷器，只可把線對地的電壓限制到小于6000伏（IEEE C62.41），而線對線無法控制。

　　②以感應方式（電阻性、電感性、電容性）偶合到電源、信號線上，最終損害設備。

　　2、當電流在導體上流動時，會產生磁場存儲能量并與電流大小和導線長度成正比，當電器設備（大負荷）開關時會便產生瞬間過電壓而損害設備。

　　二、瞬間過電壓對電子設備的危害

　　瞬間過電壓使電子設備訊號或數(shù)據(jù)的傳輸與存儲都受到干擾甚至丟失，至使電子設備產生誤動作或暫時癱瘓；重復影響而降低電子設備壽命甚至立即燒毀元器件及設備。這一切都會給生產和工作帶來較大損失。

　　通常水廠自動化系統(tǒng)的控制站都置于構筑物之中，網(wǎng)絡線、電源線鋪設于電纜溝中，因而遭受直接雷擊的可能性不大，其防護的主要對象是雷電波侵入（感應）。按國外資料統(tǒng)計雷電波侵入（感應）占計算機類設備雷擊事故原因的85%，按成都市自來水總公司資料統(tǒng)計占水廠自動化系統(tǒng)雷擊事故原因的100％。雷電波侵入（感應偶合）對自動化系統(tǒng)的破壞，主要是通過侵入電源線、天饋線、通訊線和信號線而分別損壞電源模板、通訊模板、I／O模板；也可能因感應從信號采集線和接地網(wǎng)引入有害的信號電流和接地電流，損壞自動化系統(tǒng)或影響其運行。

　　根據(jù)瞬間過電壓產生、危害途徑和自控系統(tǒng)大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監(jiān)測為一體且分散面廣的特點，我們認為對自控系統(tǒng)要盡可能降低雷電帶來的損失，就必須采取系統(tǒng)的、綜合的防雷措施。特別應從配電系統(tǒng)防雷、自控系統(tǒng)網(wǎng)絡線路防雷、構筑物防雷和合理接地等四方面著手。

　　1、自控配電系統(tǒng)的防雷

　　當雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時，都將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進入自控設備的電源模塊以及從配電線路感應到同一電纜溝內的自控網(wǎng)絡線上進入自控設備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號線路進入的要高得多。因此配電線路的防雷是自控系統(tǒng)防雷的重要部份。

　　水廠的配電系統(tǒng)在高、低壓進線都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但自控設備的電源機盤仍會遭受雷擊而損壞。這是因為這些措施的保護對象是電氣設備，而自控設備耐過壓能力低，同時，這些避雷器啟動電壓高而且有些有較大的分散電容，與設備負載之間成為分流的關系，從而加在自控設備上的殘壓高，至少高于避雷裝置的啟動電壓，一般為峰峰值2-2.5倍（單相殘壓不低于800V），極易造成自控設備損壞。同時大型設備啟停產生的操作過電壓也是危害自控系統(tǒng)的重要原因之一。

　　第一級在變壓器二次側，主要泄放外線等產生的過電壓，其雷通量大，啟動電壓高（920-1800V）。第二級在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級殘壓、配電線路上感應出的過電壓和其它用電設備的操作過電壓、其電流通量居中，啟動電壓居中（470-1800V）。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對雷電波同樣有效。末級在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達到箝位輸出，其殘壓低，響應時間快。

　　有條件盡可能以從總配電柜開始將自控系統(tǒng)的電源線單獨布排。各級避雷器應盡量靠近被保護設備以免雷電侵入波發(fā)生正的全反射。各級啟動電壓可據(jù)系統(tǒng)而定，但末級應盡量達到箝位輸出。國內和國外的各系列電子避雷器均有較好的性能。有些還增加了放電管、雷擊計數(shù)器、避雷器漏電流檢測電路，其使用、檢測很方便。自來水司水廠采用電子避雷器后其自控系統(tǒng)一般不會在再遭受過電壓損壞。

　　2、通訊線、天饋線避雷

　　自控系統(tǒng)通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線（如DH 、MB ），并且一般在安裝時都是穿管直埋（或電纜溝）鋪設，所以雷電在此處的感應電壓不高（1KV-2KV）。但由于其直接進入PLC或計算機通訊口這一薄弱環(huán)節(jié)（正常電壓一般為正負5V、12V、24V、48V等），故損害也很大。計算機數(shù)據(jù)交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲（據(jù)系統(tǒng)而定），在選用避雷器件時一般都不采用氧化物避雷器，因為它的分布電容大、對高頻損耗大，除非對之進行特殊處理。

　　水廠與上級部門及水廠之間的無線電通訊一般距離近，功率低，其連接線都采用同軸電纜。所以對天饋的防雷主要是選用同軸電纜避雷器（直擊雷防護見后）。我們知道，雷電波能量主要集中在工頻和幾百赫的低端，與有用通訊信號頻段相距很遠。把這兩種信號分開的有效手段就是采用高通濾波器，在選用這類產品時，應據(jù)通訊頻率和傳輸功率而定（天線應置于構筑物避雷網(wǎng)45°角內，否則須有相應接地措施）。目前國內市場上的同軸電纜避雷器就是利用這一原理。