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电厂DCS系统防雷接地
点击次数:2239 发布时间:2011-05-16
雷电是一种自然放电现象,它具有极大的破坏力,对人类的生命、财产安全造成巨大的危害。自从人类进入到电气化时代以后,雷电的破坏由以直击雷击毁人和物为主,发展到以通过金属线传输雷电波破坏电气设备为主。随着近年来电子技术的飞速发展,人类对电气设备尤其是计算机设备的依赖越来越严重,同时电子元器件的微型化、集成化程度越来越高,而这些高精度的微电子设备内置大量的CMOS半导体集成模块,导致过压、过流保护能力极其脆弱。(美国通用研究公司提供磁场脉冲超过0.07高斯,就可引起计算失效;磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路*性损坏。)结果是各类电子设备的耐过电压能力下降,遭雷电和过电压破坏的比例呈不断上升的趋势,对设备与网络的的安全运行造成严重威胁。据统计,全世界每年因雷害造成的损失高达十亿美元以上。
系统的过电压保护是一项重要的工作,在对现场勘查之后,设计了一套比较完整而且易于操作的防雷接地方案,从而达到使整个重要设备系统安全地运行的目的。
发电厂的通信系统、MIS系统、DCS系统是对雷电分敏感的弱电子设备,特别是DCS系统如果出现故障,会严重影响发电厂的正常生产。今年造成 300亿美元损失的美加大停电zui初的起因就是雷击。由于有了这样深刻的教训,我国电力系统对雷电防护更加关注了。电力系统相关部门也正在采取更完善防护措施。
发电厂为多层钢筋混凝土结构,一般有多个职能不同的分厂,这些厂房属*二类防雷建筑物。水电厂机房多层钢筋混凝土结构建筑物,属*二类防雷建筑物。由于通信机房(站),我公司技术人员根据现场的观察和水电厂技术人员的交流,建筑物在建筑房屋时,已经具备基本的直接雷防护措施,《建筑物防雷设计规范》GB50057-94。但发电厂带强电的特点使得从雷击角度来讲是低阻区,因此,发电厂易受雷击。
雷电对电气设备的影响,主要由以下四个方面造成:
1.直击雷  直击雷蕴含极大的能量,电压峰值可达5000KV,具有极大的破坏力。 如建筑物直接被雷电击中,巨大的雷电流沿引下线入地,会造成以下三种影响:
1.巨大的雷电流在数微秒时间内流下地,使地电位迅速抬高,造成反击事故, 危害人身和设备安全。
2.雷电流产生强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。
3.雷电流流经电气设备产生极高的热量,造成火灾或爆炸事故。
2.传导雷  远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压,由室外电源线路和通信线路传至建筑物内,损坏电气设备。
3.感应雷  云层之间的频繁放电产生强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压,峰值可达50KV。
4.开关过电压  供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等,都能在电源线路上产生高压脉冲,其脉冲电压可达到线电压的3.5倍,从而损坏设备。破坏效果与雷击类似。
那么概括的说,当今电子设备的防雷手段,主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种方法。
a.分流  利用避雷针、避雷带或避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地,防止雷电直接击在建筑物和设备上。
b.屏蔽  计算机系统所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽,在机房建设中,利用建筑物钢筋网和其他金属材料,使机房形成一个屏蔽笼。用以防止外来电磁波(含雷电的电磁波和静电感应)干扰机房内设备。
c.等电位连接  将机房内所有金属物体,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接。
d.接地  在计算机网络系统中,为保证其稳定可靠的工作、保护计算机网络设备和人身安全,解决环境电磁干扰及静电危害,需要一个良好的接地系统。接地和等电位连接方式。可参照下图:
e.过电压保护
在电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器,利用其非线性效应,将线路上过高的脉冲电压滤除,保护设备不被过电压破坏。主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速箝位二极管等,根据需要进行组合,形成完整的防雷保护器。
根据IEC1312-1雷电电磁脉冲的防护标准,计算机系统的防雷保护区分为四个区域,各区交界处应作相应的防雷处理。各区划分如下:
LPZ0A区:
直击雷作用区,处于建筑物避雷针系统保护区以外的区域,由于本区内所有物体均有可能遭受直接雷击,并可能导走全部雷电流;另外本区能所有物体均处于雷电电磁场zui强处,故对于雷电的感应zui强。
LPZ0B区:
感应雷主作用区,处于建筑物避雷针系统保护区内,但未经空间电磁屏蔽,雷电作用电磁场并不衰减,处于此空间的所用可导电物体均可感应较强雷电流的区域。
LPZ1区:
建筑物屏蔽区,本区内各物体不可能遭受直击雷,流往各导体的雷电流比0B区进一步减小,本区内电磁场也可能会衰减,取决于建筑物的屏蔽措施。
LPZ2区:
房间屏蔽区,对于机房所处空间,应采用屏蔽措施,以进一步减小空间电磁场的干扰。
    当金属导线(电源线、信号线等)穿越不同的保护分区时,因电磁感应的作用,会产生较高的过电压,影响室内设备的安全。因此,需安装相应的过电压保护器,对设备进行保护。在不同的保护分区,所采用的防雷器级别是不同的。同时,需要作相应的等电位处理。
防雷保护分区和防雷器的分级应用如下图所示:

 
 
进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处,以及终端设备的前端根据IEC1312——雷电电磁脉冲防护标准,安装上OBO之不同类别的电源类SPD,以及通讯网络类SPD。(SPD瞬态过电压保护器),SPD是用以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压的有效手段。
3.4 防雷方案设计依据
建筑物防雷规范       (GB50057-94)
计算机房防雷设计规范  (GB50174-93)
计算站场安全要求      (GB9361-88)
计算机信息系统防雷保安器   (GA173-1998)
通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范 (YD5098/T-2001)
雷电电磁脉冲的防护   (IEC1312)
过电压保护器   (VDE0675)
《电力系统通信管理规程》      (DL/T 544-94)
《电力系统通信站防雷运行管理规程》  (DL/T 548-94)
《电力系统载波通信运行管理规程》  (DL/T 546-94)