浅谈鹤市污水处理厂自控系统防雷措施

　　摘要：本文简要介绍了龙川县鹤市污水处理厂自控系统的雷电波侵入的途径，分析了雷电可能造成的危害，根据相关规范的具体技术要求,结合实际情况,从外部防护和内部防护两方面进行了综合防雷设计，并对其防雷技术措施进行了具体分析。
　　关键词：污水处理厂，自控系统，防雷措施
　　引言
　　鹤市污水处理厂自控系统是SCADA系统，主要由中控室监控系统、配电室控制站(可编程控制器PLC)、现场的设备及仪表组成。中控室监控计算机与现场PLC组成100Mbps工业以太网(光纤自愈环网)，采用TCP/IP协议。现场PLC通过IO模块，接收现场设备的状态信号和在线监控仪表的工作信号，并可以对现场设备进行控制。
　　自控系统对防雷的等级相对较低，一旦遭到雷击，对自控系统有可能是致命的，可能导致整个自控系统瘫痪。为了保证污水厂自控系统的正常运行，必须采取有效的防雷措施，保障设备和自控系统的正常运行。
　　1雷电侵入自控系统的主要途径
　　通过对河源地区有关气象资料的调查和分析，可能有三种雷电形式危害自控系统，具体如下：
　　1.1直击雷
　　雷电直接击在建筑物上，产生数百千安的雷电冲击电流，巨大的电磁效应、热效应和机械效应造成建筑物、电气设备、电子设备损坏和人员伤亡。
　　1.2传导雷（线路中雷电波的侵入）
　　远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，雷电过电压沿着线路侵入电气设备，同时该雷电过电压波行进过程中对附近与它平行的通信线路产生干扰。
　　1.3感应雷
　　雷电感应分为静电感应和电磁感应两种。静电感应是由于雷云接近地面，在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。电磁感应是由于雷击后，巨大雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致。这种磁场能在附近的金属导体上感应出很高的电压，造成对人体或者设备的二次放电，从而损坏自控设备。
　　2污水厂的综合防雷措施
　　鹤市污水处理厂自控系统的防雷主要有外部防雷和内部防雷两部分组成，详见下图：
　　
　　2.1外部防雷措施
　　鹤市污水厂在设计上，是执行的国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057－2010，由避雷网(带)，避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网与钢屋架，屋面板钢筋等构成一个整体，避雷网通过全部立柱基础的钢筋作为接地体，将强大的雷电流入大地。自控设备安置在建筑物内，受建筑物防雷系统保护，自控线缆室外部分，或位于电缆沟内，或穿金属管埋地敷设，直击雷击中自控系统的可能性非常小，通常不必安装防护直击雷的设备。
　　2.2内部防雷措施
　　内部防雷措施主要有以下三个方面：合理的布线、安装电源和信号的SPD、做好等电位联结：
　　2.2.1做到合理布线
　　污水厂的动力线缆和弱电线缆，均分开敷设，敷设间距满足《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343—2004中的5.3.3的要求。在布置自控系统信号线缆的路由走向时，做到尽量减小由线缆自身形成的感应环路面积。尽可能的减少控制线和信号线的距离，减少雷电流释放时产生的感应电流或耦合电流的可能性。
　　2.2.2合理选择安装SPD
　　通过以往的工程实践可知，感应雷电压的形成机率很高，对自控设备威胁巨大，因此在自控系统的电源与信号线路上必须装设SPD，按照《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343—2004中的6.5的要求设置。
　　2.2.2.1选择合适电压等级的SPD
　　自控系统内各个元件的电压等级不同，有的自控元件工作电压是220VAC，有的现场在线仪表的工作电压是24VDC，需根据被保护的自控元件的电压等级选择合适的SPD。
　　2.2.2.2合适的位置安装SPD
　　自控系统电源，采用的是在线式UPS集中供电，在UPS的后端安装电源防雷保护，一般选用残压较低的SPD，将电源线路中剩余的雷电流泄放入大地，将过电压限制到用电设备能耐受的水平。位于现场侧的在线监控仪表，其电源进线，也装有残压较低的SPD，保证现场仪表正常运行。
　　低压系统采用的是配电间集中控制，PLC和低压元气件均位于配电间内，低压元气件至PLC的信号电缆上可不装SPD。在线仪表位于现场，在现场箱和PLC侧的信号电缆，基本都通过室外的电缆沟，均加装SPD。PLC至中控室采用的光纤环网，光纤线缆上可不设SPD。所有的信号电缆均采用屏蔽电缆。
　　2.2.3重视等电位联结
　　建筑物防直击雷的避雷引入了强大的雷电流通过引下线入地，在附近空间产生强大的电磁场变化，会在相邻的导线(包括电源线和信号线)上感应出雷电过电压（在220伏电源线上出现的瞬间雷电过电压平均可达10KV），形成瞬间很大的雷电流，对设备造成破坏，还可能影响到对人身安全。因此，本工程各建筑物内均设有等电位联结箱，设备金属外壳、线缆的金属护套和屏蔽层做好等电位联结，避免产生电势差，防止自控设备遭到破坏。
　　鹤市污水厂的电气工作接地、安全接地、建筑物防雷接地、计算机系统接地、等电位联结箱接地，共用一套接地系统。建筑物基础钢筋相联通作自然接地极，接地电阻不大于1欧。如接地电阻值达不到要求，则加装人工接地极。
　　3结束语
　　自控系统是比较精密的电子系统，更多的是依靠防雷器进行保护，因此在进行自控系统防雷工程设计时，应该重点考虑防雷器的安装分布以及性能的选择，应充分跟建设单位、设备供应商进行沟通，更加全面、合理地解决系统的防雷问题。
　　参考文献
　　1《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
　　2《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2004
　　3《低压电气装置第4-44部分：安全防护电压骚扰和电磁骚扰防护》GB16895.102010
　　4《OBO防雷选型设计原则》OBO技术手册