控制系统的防雷

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1、分散型控制系统的防雷 Protection of DCS against lightningProtection of DCS against lightning（控制系统抗干扰系列讲座之一）（控制系统抗干扰系列讲座之一）徐义亨 编徐义亨 编 浙江中控技术股份有限公司浙江中控技术股份有限公司控制系统抗干扰系列讲座控制系统抗干扰系列讲座包括包括 之一：分散型控制系统的防雷；之一：分散型控制系统的防雷； 之二：分散型控制系统的和；CMRRSMRR 之三：分散型控制系统的电磁兼容性（） ；EMC 之四：信号的处理和隔离；I/O 之五：控制系统的接地设计； 之六：控制系统的供电设计； 之七：控制系统外

2、部管线的敷设； 之八：控制室的设计。之二：分散型控制系统的和；CMRRSMRR 之三：分散型控制系统的电磁兼容性（） ；EMC 之四：信号的处理和隔离；I/O 之五：控制系统的接地设计； 之六：控制系统的供电设计； 之七：控制系统外部管线的敷设； 之八：控制室的设计。气流翻滚，云层急聚，一场风暴正在形成 -气流翻滚，云层急聚，一场风暴正在形成 -本讲座共四个部分： ）雷电的基本知识；1 ）雷电电磁幅射；2 ）的防雷；3DCS ）遭雷击的案例分析。4DCS本讲座共四个部分： ）雷电的基本知识；1 ）雷电电磁幅射；2 ）的防雷；3DCS ）遭雷击的案例分析。4DCS第一部分雷电的 基本知识雷电的

3、基本知识前言前言闪电是自然界强大的闪电是自然界强大的脉冲放电脉冲放电现象，地球上平均每秒钟有 100 次，已成为现象，地球上平均每秒钟有 100 次，已成为十大自然灾害十大自然灾害（地震、水涝、旱灾、雷电、瘟疫、泥石流、台风、冰 雹、霜冻、病虫害等）之一，给人类带来巨大的损失。之一，给人类带来巨大的损失。直击雷直击雷的高电压、强电流侵入各处，袭击人，破坏建筑物、输 电网，引发森林火灾的高电压、强电流侵入各处，袭击人，破坏建筑物、输 电网，引发森林火灾（半数是雷击引起的）是很常见的事。伴随着雷电产生的 是很常见的事。伴随着雷电产生的 雷电电磁脉冲雷电电磁脉冲，以，以电磁感应电磁感应和和静电感应静

4、电感应的作用的作用 （俗称感应雷） ，通过金属管道和电缆将雷电波（即高电位）引 入，由于微电子的浪涌抗扰度很低，所以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。，通过金属管道和电缆将雷电波（即高电位）引 入，由于微电子的浪涌抗扰度很低，所以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。（案例：年月日，深圳国际机场，套通信导航设备11

5、99292725 有套被雷击；5案例：年月日，国家气象中心大型计算机网络遭雷21992622 击，通信中断，网络瘫痪，经济损失巨大。 ）不同符号的电荷通 过一定的电离通道互相 中和，产生强烈的光和 热。放电通道所发出的 这种强光称之谓“不同符号的电荷通 过一定的电离通道互相 中和，产生强烈的光和 热。放电通道所发出的 这种强光称之谓“闪闪 ” 。而通道所发出的 热，使附近的空气突然 膨胀，发出霹雳的轰 鸣，人们称之谓“” 。而通道所发出的 热，使附近的空气突然 膨胀，发出霹雳的轰 鸣，人们称之谓“雷雷 ” 。” 。雷电有雷电有：）1线状雷线状雷云对地放电，占对(5%, 建筑物和信息系统均构成威

6、胁） ； ） 2） 2球雷球雷（尚未定论，占云对地放电 中的，年月日，北京8%1983815 焦化厂被球雷烧毁两个立方米100 的酒精罐）； ） 3） 3片状雷片状雷（云间放电，占，仅95% 对信息系统构成威胁） 。雷云结构和云间放电机理（片状1 雷）雷云结构和云间放电机理（片状1 雷） 在大气中有带正电的冰晶 和带负电的水粒，由于它们 的比重不一，于是形成了一 种气流，使得在大气中有带正电的冰晶 和带负电的水粒，由于它们 的比重不一，于是形成了一 种气流，使得带正电的冰晶带正电的冰晶 和和带负电的水粒带负电的水粒分离，形成 一部分带正电和一部分带负 电的雷云。由于异性电荷的 不断积累，不同极

7、性的云块 之间的电场强度不断增大；分离，形成 一部分带正电和一部分带负 电的雷云。由于异性电荷的 不断积累，不同极性的云块 之间的电场强度不断增大； 当某处的电场强度超过了空 气可能承受的击穿强度时当某处的电场强度超过了空 气可能承受的击穿强度时， 就形成了云间放电。， 就形成了云间放电。雷云的对地放电（线状2 雷）雷云的对地放电（线状2 雷）通常下部的雷云带负电， 上部的雷云带正电，由于通常下部的雷云带负电， 上部的雷云带正电，由于静电 感应静电 感应使地面积聚正电荷，从而 使地面与雷云之间形成强大的使地面积聚正电荷，从而 使地面与雷云之间形成强大的 电场。电场。和云间放电一样，和云间放电一

8、样，当某 处积聚的电荷密度很大，造成 电场强度达到空气游离的临界 值当某 处积聚的电荷密度很大，造成 电场强度达到空气游离的临界 值，就为线状闪电落雷的发展 创造了条件。，就为线状闪电落雷的发展 创造了条件。雷击的选择性3 雷击的选择性3 放电即位能的释放，总是沿着易导电路程（阻抗小）的地方。放电即位能的释放，总是沿着易导电路程（阻抗小）的地方。 例如：）高大建筑物的1）高大建筑物的1尖顶尖顶（因为该处的静电感应的电场强度最大） ； ）旷野中的突出物，即便不高，因为孤立、突出； 2 ）潮湿的土壤（因为电阻率低） ； 3 ）金属结构的建筑物，包括金属线缆等（因为具有良好的导电性能） ； 4 ）

9、5高层建筑物有遭侧击雷的可能，即天面以下，地面以上。例如外挂空 调机。（因为该处的静电感应的电场强度最大） ； ）旷野中的突出物，即便不高，因为孤立、突出； 2 ）潮湿的土壤（因为电阻率低） ； 3 ）金属结构的建筑物，包括金属线缆等（因为具有良好的导电性能） ； 4 ） 5高层建筑物有遭侧击雷的可能，即天面以下，地面以上。例如外挂空 调机。 （案例 ：年月日，浙江临海市杜桥镇，在棵大树底下的简易 120046265 塑料棚，死人，伤人；1713 案例 ：年月日，北京和平里，高压输电线附近有棵大树，树 21967624 上引一晒衣铁丝至屋墙，内墙有一金属毛巾架，雷击时，将毛巾架下的一女 孩击毙

10、。 ）所以在作雷击案例分析时，首先要观察现场的周边环境。所以在作雷击案例分析时，首先要观察现场的周边环境。避雷装置（外部防雷措施）的基本原理4 避雷装置（外部防雷措施）的基本原理4 （ ）避雷装置的基本原理是（ ）避雷装置的基本原理是1引 雷入地引 雷入地。 （ ）它包括三个部分：。 （ ）它包括三个部分： 2 ）接闪器；）接闪器； 1 ）引下线；）引下线； 2 ）接地体。）接地体。 3 （ ）接闪器的四种形式：（ ）接闪器的四种形式： 3 ）避雷针；）避雷针； 1 ）避雷线）避雷线 2（用在高压线路上）（用在高压线路上）；）避雷带3）避雷带3（沿屋顶四周）（沿屋顶四周）； ）避雷网 4； ）

11、避雷网 4（利用屋顶上的金属配筋，效果最 好）（利用屋顶上的金属配筋，效果最 好）。（现还有“绝缘防雷”之说，依 据是山西应县的米高的木（现还有“绝缘防雷”之说，依 据是山西应县的米高的木67.13 塔已多年安然无恙）塔已多年安然无恙）900引下线接地体接闪器引下线接地体接闪器避雷针的保护范围5 避雷针的保护范围5 对于单支避雷针的 保护范围可以近似认 为：对于单支避雷针的 保护范围可以近似认 为：以尖顶为中心的 45o 锥体内的空间以尖顶为中心的 45o 锥体内的空间（英、日标 准）。最新的确定方法：滚球法，可参( 见建筑物防雷设计规GB 50057-94 范）最新的确定方法：滚球法，可参(

12、 见建筑物防雷设计规GB 50057-94 范）45o 45 ?受保护建筑物避雷针受保护建筑物避雷针第二部分第二部分雷电电磁辐射雷电电磁辐射前言前言除了 除了直接雷击直接雷击外，闪电 的脉冲电流还会产生外，闪电 的脉冲电流还会产生剧烈变 化的电磁场剧烈变 化的电磁场，在闪电通道的 四周空间产生强大的电磁辐 射，并通过金属线缆和金属 管道，将高电位（雷电波） 带入电子信息（控制）系 统。 伴随闪电发生的雷电电 磁脉冲虽然不及直击雷猛 烈，但直击雷的放电区域 小，而电磁脉冲可以影响，在闪电通道的 四周空间产生强大的电磁辐 射，并通过金属线缆和金属 管道，将高电位（雷电波） 带入电子信息（控制）系

13、统。 伴随闪电发生的雷电电 磁脉冲虽然不及直击雷猛 烈，但直击雷的放电区域 小，而电磁脉冲可以影响几 公里几 公里范围内的电子设备。范围内的电子设备。雷电电磁辐射分：雷电电磁辐射分：）静电感应；1）电磁感应。2）静电感应；1）电磁感应。静电感应1 静电感应1 雷云当空，在闪电通道周围的雷云当空，在闪电通道周围的 金属导体表面金属导体表面会感应出与雷云下 端电荷异号的电荷。雷云放电 （云间） ，其下端电荷迅速消失， 而金属导体上的感应电荷不能立 即消失，就对地构成几百千伏的 高电位。静电感应的过电压波就 可能通过金属线缆和金属导体经 过信息、控制系统等设备入地。 雷电流可高达几千安，甚至几百 千

14、安。会感应出与雷云下 端电荷异号的电荷。雷云放电 （云间） ，其下端电荷迅速消失， 而金属导体上的感应电荷不能立 即消失，就对地构成几百千伏的 高电位。静电感应的过电压波就 可能通过金属线缆和金属导体经 过信息、控制系统等设备入地。 雷电流可高达几千安，甚至几百 千安。（例：年月日山1989812 东黄岛特大油罐起火，就是非金 属油罐里面的钢筋未作屏蔽接 地，外露钢筋间隙放电所至，死 人，伤害人，烧了天，损19284 失几千万。 ）雷云雷云- - - - - - - - - - 金属贮槽金属贮槽+ + + + + + +电磁感应2 电磁感应2 雷云放电时，空间存在着 强大的电磁场，处在该电磁

15、场作用下的金属线缆因切割 磁力线会感应出的数以千伏 的浪涌电压。如果金属线缆 之间形成了一个回路，该回 路内又有一定的空气间隙 （如几厘米长） ，则浪涌电压 会在间隙处发生火花放电并 将设备击穿。如果金属线缆 之间形成了一个流通的闭合 回路，则感应电压会在回路 内形成闭合电流，该电流流 经接触不良的接点或阻抗会 产生局部过热，也能将设备 烧坏。雷云放电时，空间存在着 强大的电磁场，处在该电磁 场作用下的金属线缆因切割 磁力线会感应出的数以千伏 的浪涌电压。如果金属线缆 之间形成了一个回路，该回 路内又有一定的空气间隙 （如几厘米长） ，则浪涌电压 会在间隙处发生火花放电并 将设备击穿。如果金属线缆 之间形成了一个流通的闭合 回路，则感应电压会在回路 内形成闭合电流，该电流流 经接触不良的接点或阻抗会 产生局部过热，也能将设备 烧坏。 （频谱很宽，可达 100HZ-100MHZ会产, 生强大的过电压和脉冲电流 )