南宁给水所防雷技术.pdf

第 1 6 卷第 1 期 2 0 1 0年1月 铁 道 运 营技 术 Ra i l wa y Ope r a t i on Te c hn o l o g y VO1 1 6 N O 1 J a n u a r y 2 0 1 o 南 宁给水 所 防雷技 术 莫 小 强 ( 南宁铁路局建设管理 处，工程师，广西南宁5 3 0 0 0 3 ) 摘要 ：分析了南宁给水所 自动化系统精密仪器 、通信接 口被雷击的原因 ，介绍 了南宁给水所 自动化系统安 装低压配电系统 电涌保护器的防雷技术。运行表明 ，该防雷 系统的安装 ，保证了南宁给水所在雷雨 天气时的供水安全。 关键词 ：防雷技术 ；南宁给水所 ；自动化控制系统；电涌保护器；接地 中 图分 类 号 ：T U8 9 5 ；U2 6 8 5 2 文献 标 识码 ：B 文 章 编号 ： 1 0 0 6 8 6 8 6 ( 2 0 1 0 )O l 一 0 0 0 5 0 3 南 宁供 电段 南宁 给水 所位 于 邕江 边 ， 日供水 量 约 2 5 万 t ， 担 负南 宁铁路 地 区的运输 生产 、 生活 和消 防 给水 。2 0 0 3 年 以来 ， 该 给水 所先后 采 用 了变频 恒 压供 水 系统 、 自动化 控制 系 统 。系统 设 备所 采用 的 高 度集 成 化 C MO S电路 和 C P U单 元 ， 都 由精 密 的仪 器等设 备构成 ， 对瞬 间过 电压的 承受能力 很低 ， 在 雷 雨 天气 时常 被雷 击坏 。据 分 析 ， 自动 化 系统设 备 损 坏 的主要原 因是雷 电感 应浪 涌电压 造成 。雷 电波感 应对 自动化 系统 的破 坏 ， 主要是通 过侵入 电源线 、 通 信线 和信号线 而损坏 电源 、 通信 和信 号 系统 。可 见 ， 要有 效地 做好 供 水 自动 化系 统 的雷 电防 护 ， 应 从 整 个配 电 电源 、 通信 、 信 号 系统 等 几个 方 面 人手 ， 采 取 先进 的防雷技 术 ， 进行 全方位 的 防雷 保护 。 1 电源 防雷 1 1 雷害 的产 生 南 宁 给水 所避 雷 针 在拦 击 大 电 流( 一般 超 过 4 0 k A) 并经 引下 线 入地 的过 程 中 ， 在 附近输 电线 路 上形 成 雷 电冲击 波 ， 其能 量 容易 与T 频 回路耦 合。雷 电冲击 波从配 电线路进 入 自控 设 备 的电源模块 。虽 然配 电系统在 高低压进 线处都 已安 装 氧化 锌避 雷装 置 ， 但 是这 些避 雷器 启 动 电压 高并 有较大的分散电容 ， 与设备负载之问成为分流的关 系 ， 加 在 自控 设备上 的残 压很高 ， 至少高 于避雷 装置 的启 动电压 一般 为峰值 的 2 2 5 倍 ( 单 相残压 不低 于 0 8 k V) ， 极 易造 成 自控 设 备损 坏 。因此 ， 必 须 通 过配 电 柜 的电源 防 雷器 ， 对通 过 电源 初级 防 雷器 的 雷电能量进一步泄放， 将几千伏的过 电压进一步限 制 在 1 k V左 右。 1 2 电涌保 护 器 的选 择 电 源避 雷 器应 根据 电源 线前 端所 处防雷 区 的不 同进 行选择 。若 处 L P Z 0 区 ， 则 应选择 开关型 电涌保护 器 。是 否加装 下一级 电涌 保 护器 ， 需 根据 防 雷 区的分 布 即上一 级保 护 器 的残 压 确定 。对 电源 电涌保 护器 的选 择 ， 还 应考 虑 以下 技术 参数 ： 1 ) 反应 时间 。避雷器 的反应必 须 比电涌 的速 度 快 ， 一般在 纳秒级 ， 且均符 合技术要 求 。 2 ) 一 次处理 的最大 电流 。最 大电流 ( 即峰流 ) 是 指避 雷器 的处理最 大 电流 的能力 。 3 ) 吸 收能量的 能力 。避雷器 吸收能量 的能力越 高 ， 避 雷器 的使 用 寿命越长 。 4 ) 钳制 电压的 能力 。将 过 电压 钳制在 电器设备 所能 承受 的安全范 隔之 内的能力 。 5 ) 体积 的大小 。避雷器体 积越 小 ， 电感 也越小 ， 防护效 果也就 越好 。 1 3 电涌保护 器的安装 1 3 1 安 装位置 电源电涌保 护器宜 安装在各 防雷 分 区的交 界处 。具体安装 位置要 求如 下 ： 1 ) 在 L P Z O A区和 L P Z O B区 与 L P Z l 区交 界 面处 连 续穿 越 的 电源线 路 上 ， 应 安 装符 合一 级分 类试 验 的电涌 保 护器 。如 一级 、 二 级 泵房 总 电源进 线 配电 柜 内 ， 配 电变压器 的低压 侧主配 电柜 内。 2 ) 在 L P Z O B区 与 L P Z l 区交 界 面处 穿 越 的 电源 线路 上应 安装符 合二级分 类试验 的 电涌保 护器 。如 第 1 6 卷第 1 期 2 0 1 0年1月 铁 道 运 营技 术 Ra i l wa y Ope r a t i on Te c hn o l og y Vo l _ 1 6 NO 1 J a n u a r y 2 0 1 0 沉淀池 、 过滤 池的 电源配 电柜 内。 3 ) 当 电源进线 处安装 的 电涌保 护器 的电压 保护 水平 ， 加 上其 两 端 引线 的感 应 电压 保 护不 了该 配 电 箱供 电 的设 备时 ， 应 在 该级 配 电柜 安 装符 合 二级 分 类试 验 的 电涌 保护 器 。 其位 置 一 般设 在 L P Z 1 区和 L P Z 2 区交 界 面处 。如 中控室 、 软 启 动器 、 变频 器 控 制室 的配 电柜 内 。 1 3 2 接 线要 求 电源 电涌保 护器应 并联 安装 在各 系统设备 所在 的配 电柜 电源进线 处 。 当安装 在 装置 的 电源 进线端 或其 附近 时 ， 接线 要求 如下 ： 1 ) 当在 电源进 线 端 ， 中性线 与 P E ( 保 护 线 ) 直接 相连 或没 有 中性 线 时 ， 接在 每一 线 与 总接 地 端子 或 总保护线 之 间 ， 取其 路径最 短者 。 2 ) 当在 电源进 线 端 ， 中性 线与 P E ( 保 护 线 ) 不直 接相连 时 ， 有 2 种 接线 方式 。 方 式 1 ： 接 在 每 一 相 线 与 总 接地 端 子 或 总保 护 线 之 间 和接 在 中性 线 与 总 接地 端 子 或 总 保 护 线 之 间 ， 取其路 径 最短 者 。方 式 2 ： 接 在 每一 相线 与 中性 线 之 间 和接 在 中性 线 与 总 接 地 端 子或 总 保 护 线 之 间 ， 取 其路径 最短 者 。 l - 3 3 具 体实 施 在 一 级 、 二级 泵 站 的 相 动力 电 源 处 安 装 A M1 8 0 3 + N P E低 压 配 电 系 统 电涌 保 护 器 ， 作 为一级 、 二级 泵站 电源 的总体 保护 。此 电涌保 护 器具 备 8 0 k A的 雷 电流 泄 放 能 力 ， 适 用 于 三 相 电 源 系统 的第 一级 防雷 ( 如 图 1 ) 。 图 1 一级、 二级泵 站电源 电涌保护器安装示意图 在 一级 、 二级 泵 站 软启 动器 、 变频 器 ， 投 矾 系统 的变 频器 电 源进线 处 ， 分别 安装 A M2 4 0 3 + P E低压 配 电系统 电涌保护 器 ， 作 为软 启动器 、 变频 器 的 电源 防雷保护 。此电涌保护器具备 4 0 k A的雷电流泄放 能力 ， 适用 于三相 电源 系统 的第二级 防雷 ( 如 图 2 ) 。 在一级 、 二级泵站 ， 沉淀池 、 过滤池 的P L C电源 进线 处安装 A M2 4 0 1 + N P E低 压配 电系统 电涌 保护 器 ， 作 为 P L C的电源 防雷保 护 。此 电涌保 护 器 具备 6 4 0 k A的雷 电流 泄 放 能 力 ， 适 用 于 单 相 电源 系 统 的 第 二级 防雷 ( 如 图 3 ) 。 图 2 软启动器、 变频器 电涌保护器安装示意图 AM 2 电 图3投矾 、 加氯 系统 P L G电涌保护器安装示意图 2通信 信 号 防 雷 2 1 雷 害的产 生在雷击 发 生时 ， 产 生 巨大瞬变 电 磁场 ， 在 1 k m范围 内的 金属 环路 ， 如 网络 线 、 电话 通 信线路 、 视 频监 控线路 等都 会感 应 到雷 电， 将会影 响 各 系统 的 正常 运行 ， 甚 至彻 底 破坏 各 系统 的重 要 电 子设 备 。南宁 给水所 自控 系统 通信线 采用 特制屏 蔽 双绞 线 ， 在安装 时都 是穿 管直埋 ( 或 电缆沟 ) 铺设 ， 雷 电在此 处 的感 应 电 压不 高 ， 一 般 为 l 2 k V， 但 由于 其 直接 进 入 P L C或 计 算 机通 信 口这一 薄 弱环 节 ( 正 常 电压 一般 为正 负 5 v， l 2 v， 2 4 V， 4 8 V等 ) ， 足以一 次 性破 坏 网络 。即 使不 能 一次 性 破坏 设 备 ， 但 每一 次 的 过 电压 冲击 都 会加 速 网络 设 备 的老 化 ， 影 响数 据 的传 输和存 储 ， 直至 网络设 备彻 底损 坏。 2 2 电 涌保 护 器 的选 择 计 算 机 数 据交 换 或 通信 频率在 0 5 0 NH 之 间， 在选用信号 电涌保护器时 ， 主要根据工作电压 、 工作频率和允许最大信号衰减 值等技 术参 数确 定 。 2 3电涌保 护器 的安 装 2 3 1 安装 要求 电涌保 护器应 并联 安装 在各 系统 重要电子设备所在的配电柜通信 、 信号进线处 ， 同时 应靠 近通 信 、 信 号接 口处安 装 ， 以减 小反射 损耗 。对 于需 要将 瞬态过 电压 限制 在特定 水 平 的信 息 系统设 南 宁给水 所 防雷 技术 备 ， 应考 虑在 该设 备前 安 装符 合i 级分 类试 验 的 电 涌保 护器 ， 安 装位置 一般设 在 L P Z 2区和其后 续防雷 交 界面处 。 2 3 2 具体 实施 在 一级 、 二 级泵站 ， 投矾 、 加 氯 间 ， 沉 淀 池 、 滤 池 、 中控 室 工控 机 相 应 的模 拟 信 号输 入 端 ， 各安 装 l 套 S R E 0 6 V 2 S 模块 化 通信信 号 电涌保 护 器 ( 如 图 4 ) ， 作 为通 信 信 号 的 防雷 保护 。此 电 涌 保 护 器 额定 电 压 6 V， 最 大 通 流 容量 1 0 k A， 最 大传 输速率 2 m s 。 S R E 0 6 V 2 S 信号 电涌保护器 l L l P E l L 图 4通 信 信 号 电涌 保 护 器安 装 示 意 图 3 接 地 装 置 防雷系统 必须有 可靠的接地 装置 。防雷 的最终 措施 是“ 泄放 ” ， 刚 等 电位 连接 导体 或 电涌保 护 器将 分开 的电器装 置 、 诸导 电物体连 接起来 ， 以减 少雷 电 流在它们 之 间产生的 电位差 。 3 1 一般 要 求 接 地 系统 的 关键 是 地下 的 接地 装 置 ， 这 经 常成 为建 立有 效接 地 系统 的最 大难 题 。要 提 供最 小 而又 能长 期保 持 的低 阻抗 对地 泄 流 ， 应 考 虑诸如土壤 条件 、 接 地装 置与土壤 的接触 面 、 接 地装 置 的 长期效 果( 寿命 ) 等 因素 。 自控 系统 的防雷 接地 装 置必 须 与强 电 系统及 构筑 物 的接地 装 置分 开 ， 间 距 不 小 于 2 0 m， 以 减 少 电磁 干 扰 对 自控 设 备 的 影 响。接地 电阻 不得大于 2 n。 3 2具体 实 施 根据 现场 实际情 况并 经电阻测 量 ， 南 宁给水 所一 级和二级 泵站配 电柜 、 投 矾和加 氯问 、 中控室 建筑物 既有接地 极都能 满足 防雷 系统接 地装 置 的要 求 。因此 ， 一级 和 二级 泵站 防雷 接地 均 利用 配电柜 既有接 地极作 为防雷接 地极 ， 投 矾和 加氯 间 、 中控室 防雷接 地均利用 建筑物 既有接 地极作 为防雷 接 地 极 ， 沉淀 池 和过 滤池 防雷 接地 均 利用 池体 的钢 筋主体 作为防 雷接地极 。连接 导线采用 铜芯 导线或 电缆 ， 截 面积不 小于 电源的相线 ， 一般 为 l 6 m m 。 3 3 运行 维 护 每年 雷 雨季 节前 应 对 接地 系统 进 行检查 和维护 。主要 检查 连接 处 是否 紧 固 ， 接 触是 否 良好 ， 接地 引下线有 无锈蚀 ， 接地体 附近地 面有无 异常 。必 要时 ， 应 挖 开地 面抽 查地 下 隐蔽部 分锈 蚀 情 况 ， 如果 发 现 问题应 及 时处 理 。接地 极 的接地 电 阻每年应 测量 1 次 ， 若大 于 2 Q要进行 处理 。 4 结 束 语 南 宁给 水所 在安 装 防雷 系统 之 前 ， 雷暴 天气 时 配 电柜经 常跳 闸 ， 导致 出水泵房 突然失 电 ， 给水 所 自 动 化 系统 的通信 接 口也 屡遭 击 坏 ， 致 使 自动 化 系统 瘫痪 ， 严重 影 响给 水所 安全 供水 。 自从 安装 防雷 系 统 后 ， 其 在 雷 暴 天气 经 受 了考验 ， 取 得 了理 想 的 效 果 。近 2 年 来 ， 整 个 系统 未再 发 生 因雷 击 而造 成 自 动化 系统瘫痪 和停水 事故 。 保证 了安全供 水 。同时 ， 南 宁给 水所 防雷 系 统 的成 功 安装 ， 为 南 宁供 电段 其 他 自动化给水 所 的防雷 l丁作 提供 了经验 。 一 如 鲥 朋 广 户 开 一 ， 户 一