摘要：雷电是一种常见的自然现象，大致有15％的落地雷会落地而造成各种伤害。因此，有效防止雷击对仪表系统造成的损害，是保证仪表系统安全稳定运行的重要前提。本文从雷电穿透仪器的方式进行分析，并提供必要的保护措施。
关键词：仪器仪表 防雷措施 方法分析
工业自动化智能化的到来，仪器仪表业的飞速发展，现代电子技术的日新月异，大量复杂的电子设备不断被使用和联网。应用的大量微电器件的仪器仪表，存在绝缘强度低、耐电涌能力低等问题，因此智能仪器仪表的防雷，就显得十分重要了，尤其是在雷暴季节，要从外部系统与内部系统二方面进行防雷电，以免造成重大损失。
特别是安装在自动控制系统中的设备，受着各种浪涌和过电压侵蚀影响，例如直接雷击，感应雷电，雷电瞬态过电压，零电位漂移等，各种过电压和过电流都会危害侵蚀电子设备。由于某些电子设备工作仅几伏，因此传输信号的电流很小，并且对外部干扰非常敏感。闪电的高电压可以达到数十万伏特，瞬时电流可以达到数十万安培，这是极具破坏性的。这些过电压是破坏大量电子设备的主要危险源。为此，有效防止雷击对仪表系统造成的损害是确保仪表系统安全稳定运行的重要前提。
1、雷击对仪表系统的干扰
雷电是一种常见的自然现象。夏季的下午或傍晚，地面上的热空气带来大量的水蒸气并升到天空，形成大范围的积雨云。积雨云的不同部分聚集了大量的正电荷或负电荷，形成雷云。地面暴露于云的相反极性的电荷，并且它还携带与云相反极性的电荷。当云层中的电荷累积更多并达到一定强度时，空气将被破坏，并且将打开狭窄的通道以强制放电，这就是闪电。大约15％的地雷降落在地上并造成伤害。对于仪表系统，由于控制系统安装在受保护的建筑物中，现场仪表通常安装在设备或管道上，它们都是良导体。另一方面，设备区域采用了防雷设备，此外，仪表本身尺寸较小，因此仪表系统直接接收闪光灯的可能性极小。但是，连接现场仪表和控制仪表的电缆有可能传输雷电感应波。这主要是因为电缆敷设在设备的各个区域，连接距离很长，当雷击发生时，雷击点附近的电缆产生感应电压并导通到“地”以形成瞬时浪涌电压或电流。
2、雷电入侵路径分析
雷击损坏设备通常有四种方法：第一，直接雷击，即雷击直接撞击实际物体，如建筑物，地面或防雷设备。它的特点是高能量和强大的浪涌电流，炎热的高温，猛烈的冲击波等；第二，雷电感应，即在附近导体上产生雷电放电，静电感应和电磁感应时，形成的雷电电磁脉冲和雷电浪涌沿着与设备相连的信号线、动力线侵入设备并对其造成损害。雷电感应由于其传输方式多，损坏大，损坏不可预测，易被忽视，其后果远比直接雷击更加严重，对仪表系统的损害也最大；第三，是地电位反击，即雷电流通过接地点或接地系统（闪烁）时，强大的瞬时雷电流通过引下线流入接地装置。由于存在接地电阻，雷电不能迅速释放到地面，导致地面电位上升（可能是数百千伏）。如果仪器控制系统的接地体距离此点没有足够的安全距离，则它们之间会发生放电，导致逆流直接损坏电器的绝缘部分，造成干扰或仪表系统损坏。第四，设备安装方法包括线路的位置，布局和安装不规范，受空间雷电分布的电场和磁场的影响而损坏。
3、仪表系统防雷措施
防雷的基本方法是向地面放电提供合理的雷电流阻抗路径（包括雷电电磁脉冲辐射），并不能让它随机选择放电通道。简而言之，它是控制雷电能量的放电和转换。?防雷保护的三道防线是：外部保护，将大部分雷电流直接引入地球分散；内部保护，阻止雷电波危险设备沿电力线或数据线和信号线入侵；电压保护，限制受保护设备上的雷电过电压幅度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这三道防线共同发挥作用，仪表系统的防雷重点是内部保护，即感应雷电的保护和电压保护器的设置，感应式防雷是从整个系统和系统建立的三维保护系统，在由受保护设备组成的系统中可以采取以下措施：
3.1等电位连接。等电位是为了保持系统各部分的电位差，不足以造成损坏，即系统环境中所有金属导体的电位，位于并且系统本身在瞬态现象期间保持基本相位。在厂区的施工区域，安装区域，现场爆炸危险区域和控制室，所有金属设备，部件和结构金属导体必须通过导体相互连接，形成电连续的整体，即等电位体，雷电电位（电压）平衡并连接到防雷接地系统。等电位连接通常具有S和M 类型的组合以及两种形式。仪表系统属于低频小信号系统，采用S型结构实现单点接地。????
3.2连接地线。仪表系统防雷还要求电线在两个相邻建筑物之间通过电力线，通信电缆必须连接到建筑物接地系统（不能形成环路），以通过使用多个并行路径来减少电缆中的电流。仪表系统的接地应更加注重系统的安全性，防止其他系统的干扰。一般来说，仪表系统在工作条件下的接地不能直接连接到防雷接地线，否则会有杂散电流进入仪表系统，造成信号干扰。正确的连接方法应通过避雷器低压避雷器将两个不同的接地网连接到地下，以便在雷击状态下自动连接它们。?
3.3屏蔽系统。仪表系统使用大量半导体器件，集成电路和传输信号的电缆。当雷电电磁脉冲施加到这些物体上时，会在这些设备或连接到它们的设备上产生瞬时过电压，导致设备或设备故障或损坏。因此，合理必要的屏蔽措施将有效防止雷电灾害。仪表系统的屏蔽保护措施主要包括控制室屏蔽，现场仪表屏蔽和信号电缆屏蔽。控制室应使等电位体与接地装置之间可靠连接，同时屏蔽门窗，不留死角。现场仪表应尽可能安装在机柜或机柜中，其外壳应与接地装置等电位连接。信号线应使用双屏蔽线并穿入金属管或封闭的电缆桥架，然后将金属管或电缆桥架连接到保护接地网。
3.4布线的合理性。强电系统，弱电系统和信号系统对电磁干电阻的敏感性不同，各种电缆也会对每个信号产生电磁干扰。因此，仪器系统中的电源线和信号线电缆和本质安全电缆是分开放置的，进入控制室的所有信号电缆必须用金属管或封闭的电缆托架保护，以确保屏蔽。此外，由于钢筋混凝土柱中的钢筋用作整个建筑物的下导体和屏蔽网在外壁处，雷电流必须通过钢筋分流到接地装置，因此外壁的电流密度大，电磁场强，控制室中的电源线和信号线不应靠近外壁，优选地在建筑物的中心。
3.5提高仪表系统的抗扰度。新的工业自动化仪表和系统包含许多电子电路，这些电路用于恶劣的工业环境，如化学，冶金，精炼和发电，受各种工业设备引起的电磁干扰的影响。为确保敏感电子电路正常工作，必须考虑仪器和系统的电磁兼容性。仪器系统有7种类型的电源干扰：跌落，功率损耗，频率偏移，电噪声，浪涌，谐波失真，瞬态，仪表信号干扰类型有：共模干扰，串联模式干扰，浪涌等。其中，坠落，浪涌和瞬态干扰主要是雷击造成的。
3.6浪涌抑制。为电子信息设备供电的电路在雷击或接通、断开电感负载时常常会产生很高的瞬时过电压（或过电流），这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。电压的浪涌无处不在，电网、雷击、爆破，就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压。据统计，电子设备的故障有75%是由浪涌造成的。仪表系统抑制浪涌干扰的主要措施是应用浪涌保护器。
4、结语
由于仪表系统主要使用集成电路和分散控制单元，因此该线路可以扩展到现场的各种环境，并且瞬态过电压承受能力大大降低。任何单一的防雷方法和防雷装置都难以保证安全可靠，必须采取综合防护措施，尽量减少雷电灾害。
仪表系统防雷保护是一项系统工程，要从仪表系统设计制造、仪表工程设计与施工方面，全面地、整体地考虑、设计和实施多级防雷措施，从而实现仪表系统安全稳定运行。
参考文献：
[1]?GB50057―2010.建筑物防雷设计规范[S].?
[2]?GB50343-2004.建筑物电子信息系统的防雷技术规范[S].?
[3]?HGT20513-2000.仪表系统接地设计规定[S].
论文作者:穆德圣
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第25期
论文发表时间:2019/6/21
标签：雷电论文; 系统论文; 浪涌论文; 仪表论文; 防雷论文; 过电压论文; 设备论文; 《建筑细部》2018年第25期论文;