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水廠自動化控制系統的綜合防雷措施

    隨著計算機技術(Computer)、控制技術(Control)、通訊技術(Communication)、顯示技術(CRT)的發展和廣泛應用,目前水廠的自動化控制普遍采用由工業計算機IPC或可編程控器PLC組成的集數據采集、過程控制和信息傳送于一體的監控網絡。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秒至毫秒之內所產生的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂電壓(一般電源過壓可能維持數秒及以上),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只能保護其本身受直擊雷損害,雷擊會通過以下兩種方式破壞電子工設備:
(1) 直擊到電源輸入線,經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、信號源上、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據的傳輸與存儲都受到干擾甚至丟失,致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的控制站都置于構筑物之中,網絡一、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計占水廠自動化系統雷擊事故原因的100%。雷電波侵入(感應偶合)對自動化系統的破壞,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塊、通訊模塊、I/O模塊;也可能因感應從信號采集線和接地網引入有害的信號電流和接地電流,損壞自動化系統或影響其運行。
    根據瞬間過電壓產生、危害途徑和自控系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監測為一體且分散面廣的特點,我們認為對自控系統要盡可能降低雷電帶來的損失,就必須采取系統的、綜合的防雷措施。特別應從配電系統防雷、自控系統網絡線路防雷、構筑物防雷和合理接地等四方面著手。

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