防雷技术

分散型控制系统的防雷

摘要：回顾防雷概念的转变，介绍直击雷、雷电电磁脉冲对DCS的危害，阐述了具体的防雷措施。

关键词：直击雷 雷电电磁脉冲 雷电波 屏蔽

1. 问题的提出　　

声、光、电现象同时迸发的直击雷，可以击毁其放电通道上的建筑物和生命财产,对此人们已很熟悉，也有较成熟可靠的防护技术。但伴随着雷电产生的雷电电磁脉冲，以电磁感应作用和电流波形式，对近十多年来迅速发展的电子、信息、控制设备的破坏和危害，是上个世纪九十年代以来雷电灾害最显著的特征。它的成灾率更高，损失更大，因而也就成了防雷技术中一个急需解决的重要课题。

　 凡是基于微电子器件的控制设备，都存在着耐压低、对电磁脉冲特别敏感的短处。雷电引起的各种过电压可达数百乃至数千、数万伏，而基于微电子器件系统的耐压值都很低，一般承受不了正负5V的电压波动。美国通用研究公司R·D·希尔用仿真试验建立的模型表明：对无屏蔽的计算机，当雷电电磁脉冲的磁场强度超过0.03×10－4T时，计算机会误动作；当超过2.4×10－4T时，计算机会永久性损坏。所以，如无一定的防护措施，即便是质量很高的信息控制系统，也很难保证在雷击情况下仍然可以安全地运行。

我们从调研中得知，进口的控制系统（如应用在某化学公司的美国GE系统和SMART现场总线等）都曾遭受过雷电的侵害。又根据资料报道，在中国气象部门，像国家气象中心的大型计算机网络、通信系统等要害部门也都曾多次遭遇雷击。

我国对于建筑物的防雷已有了比较成熟的认识和规范，国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94，2000年版）较1994年版，在参考了IEC标准后也专门增加了一章《防雷击电磁脉冲》，但对分散型控制系统（DCS）的防雷问题，在概念和系统的实施方面还都处于起步阶段，没有专业的规范和先例可循。为此有必要对这一问题做一探讨，以规范今后DCS工程的防雷设计。


2. 回顾防雷概念的转变

　 建筑物的防雷是一门古老的技术，但是防雷技术在近二十年发生了很大的变化，其中重要的是在防雷概念上有如下几点转变：

1）防雷的重点从人身和电气设备的安全转变为通讯和信息系统的安全。过去建筑物的防雷技术以防直击雷为主，侧重防机械性破坏和雷电反击；现在则以防感应雷击为主，侧重防雷电的电磁感应效应。

2）外部的防雷技术从以前的避雷针和避雷带转变为现在的避雷网和法拉第笼；内部的防雷技术从以前的以隔离方式为主转变为现在的以等电位联接方式为主。

3）以前检验接地系统是否合格以接地电阻值为准，现在侧重于接地结构兼接地电阻值，特别是从独立接地到等电位联接方式的转变。

　 如上所述，防雷技术和防雷概念虽然有了很大的变化，但直至现在，防雷的理论基础仍然还是安全地引雷入地，闪电是一个电流源（更确切地说是电流波），而不是电压源，防雷装置是给雷电流提供一条或几条低阻抗的接地通道，这些基本概念仍然没变。

3雷电对分散型控制系统危害的形式

雷电对分散型控制系统的危害主要是通过直击雷和雷电电磁脉冲干扰（也称雷电波）两种形式。

　 直击雷对分散型控制系统的危害指的是：

1）雷电直接击中建筑物或地面上，雷电流沿引下线、接地体流动过程中，在土壤中产生强大的感应电磁场，通过感应耦合到DCS等电子设备内，损坏DCS等电子设备；

2）控制室建筑物的防直击雷装置在接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，会使局部的地电位浮动并产生跨步电压，如果防雷的接地装置是独立的，它和控制系统的接地体没有足够的绝缘距离的话，则它们之间会产生放电，这种现象称为雷电反击，它会对控制室内的DCS系统产生干扰乃至破坏。