儀表及控制系統(tǒng)防雷接地淺析，電氣工程師必看！

一、電涌保護(hù)器接地概述

1、電涌保護(hù)器(SPD--surge protective device)名稱

電涌保護(hù)器也稱為浪涌保護(hù)器或電涌防護(hù)器。它是至少包含一個(gè)非線性電壓限制元件，用于限制瞬態(tài)過電壓和分流浪涌電流的裝置。正常使用時(shí)，供電和信號可以基本不受阻礙通過，當(dāng)異常過電流、過電壓的浪涌出現(xiàn)在回路中時(shí)，浪涌保護(hù)器會(huì)自動(dòng)迅速啟動(dòng)，將浪涌電流泄放，防止其進(jìn)入設(shè)備，達(dá)到保護(hù)的目的。

電涌保護(hù)器或浪涌保護(hù)器名稱的由來,因國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制單位和個(gè)人對翻譯的理解不同,對應(yīng)用場合不同而異。

2、雷電防護(hù)的發(fā)展

近10年來，石油化工行業(yè)對雷電防護(hù)的重視和應(yīng)用如雨后春筍般發(fā)展起來，形成了豐富的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，目的是用于指導(dǎo)防雷工程,但是,一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之間關(guān)于接地問題方法存在差異和不同,這將造成沒有統(tǒng)一接地方法的混淆。

3、電涌保護(hù)器的設(shè)置

防雷工程主要包括：

1) 滿足雷電防護(hù)分區(qū)、分級確定的防雷等級要求。

2) 應(yīng)采用等電位連接與接地保護(hù)措施。

3) 采用針對儀表及控制系統(tǒng)和電纜采取屏蔽及合理布線措施。

4) 應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，確定采用合適的電涌保護(hù)器。電涌保護(hù)器的設(shè)置僅僅是防雷工程的一部分。

4、防雷工程主要采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

GB 15599 石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范

GB 18802.1 低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器(SPD) 第1部分:性能要求和試驗(yàn)方法

GB 18802.21 低壓電涌保護(hù)器 第21部分:電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器(SPD)---- 性能要求和試驗(yàn)方法

GB 18802.22 低壓電涌保護(hù)器 第22部分:電信和信號網(wǎng)絡(luò)的電涌保護(hù)器(SPD) 選擇和使用導(dǎo)則

GB/T 19271.3 雷電電磁脈沖的防護(hù) 第3部分：對浪涌保護(hù)器的要求

GB/T 21714.1 雷電防護(hù) 第1部分:總則

GB/T 21714.4 雷電防護(hù) 第4部分: 建筑物內(nèi)電氣和電子系統(tǒng)

GB 50057 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范

GB 50343 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范

SH/T 3164 石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)規(guī)范

HG 20513 儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)范

IEC 61312 國際電工委員會(huì)(IEC--International Electro-technical Commission)，雷電電磁脈沖防護(hù)(Protection against lightning electromagnetic impulse)

IEC 62305 國際電工委員會(huì)(IEC--International Electro-technical Commission)，雷電防護(hù)(Protection against lightning)

UL1449 美國保險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)室協(xié)會(huì)防雷標(biāo)準(zhǔn)(UL--Underwriter Laboratories Inc.)，浪涌保護(hù)器(Surge protective devices)

IEEE(C62.41) 電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE--Institute of Electrical and Electronics Engineers)，低壓交流電源電路浪涌保護(hù)器推薦規(guī)程(Recommended practice on surges in low-voltage ac power circuits)。

二、控制系統(tǒng)的防雷接地

1、電源線路防雷措施

1)進(jìn)出電子信息系統(tǒng)機(jī)房的電源線路不宜采用架空線路。

2)電子信息系統(tǒng)設(shè)備由TN交流配電系統(tǒng)供電時(shí)，從建筑物內(nèi)總配電柜(箱)開始引出的配電線路必須采用TN-S系統(tǒng)的接地形式。

3)配電系統(tǒng)中設(shè)備的耐沖擊電壓額定值Uw參考表1規(guī)定選用。

表1 220V/380V三相配電系統(tǒng)中各種設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw

4)電子信息系統(tǒng)設(shè)備配電線路電涌保護(hù)器安裝一般分三級，第一級安裝在低壓總配電盤(LPZ0A或LPZ0B與LPZ1交界處)，第二級安裝在UPS前端和信息系統(tǒng)動(dòng)力配電箱，第三級安裝在信息設(shè)備電源進(jìn)線處。

5)第一級電涌保護(hù)器，應(yīng)設(shè)置為電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器或限壓型電涌保護(hù)器;第二級和第三級的電涌保護(hù)器，應(yīng)設(shè)置為限壓型電涌保護(hù)器。

6)電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平Up值應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐受電壓Uw。

7)最大放電電流Imax應(yīng)不小于標(biāo)稱放電電流In的2倍。

8)電源線路的電涌保護(hù)器的沖擊電流Iimp或標(biāo)稱放電電流In的參數(shù)推薦值宜符合表2的規(guī)定。

表2 電源線路電涌保護(hù)器的沖擊電流Iimp或標(biāo)稱放電電流In的參數(shù)推薦值

9)對露天安裝的電子信息設(shè)備提供電源時(shí)，現(xiàn)場電源入口應(yīng)安裝電涌保護(hù)器，并進(jìn)行等電位連接。交流電源電涌保護(hù)器執(zhí)行表2第三級SPD保護(hù)參數(shù)，直流電源電涌保護(hù)器執(zhí)行表2直流電源SPD保護(hù)參數(shù)。

10)電涌保護(hù)器與電源線的連接導(dǎo)線應(yīng)平直，其長度不宜大于0.5m。當(dāng)電壓開關(guān)型電涌保護(hù)器至限壓型電涌保護(hù)器之間的線路長度小于10m、限壓型電涌保護(hù)器之間的線路長度小于5m時(shí)，在兩級電涌保護(hù)器之間應(yīng)加裝退耦裝置。

2、過程控制系統(tǒng)防雷措施

1)不同建筑物間及戶外場所的模擬信號、脈沖信號、通信信號回路兩端應(yīng)加裝電涌保護(hù)器。

信號線路浪涌保護(hù)器SPD 應(yīng)連接在被保護(hù)設(shè)備的信號端口上。浪涌保護(hù)器SPD 輸出端與被保護(hù)設(shè)備的端口相連。浪涌保護(hù)器SPD 也可以安裝在機(jī)柜內(nèi)，固定在設(shè)備機(jī)架上或附近支撐物上。

2)信號線路浪涌保護(hù)器SPD 接地端宜采用截面積不小于1.5mm2的銅芯導(dǎo)線與設(shè)備機(jī)房內(nèi)局部等電位接地端子板連接，接地線應(yīng)平直。

3)過程控制單元(PLC或RTU)的信號浪涌保護(hù)器性能參數(shù)應(yīng)符合表3的要求。

表3 信號浪涌保護(hù)器性能參數(shù)要求

注：

1) Uoc為開路電壓、isc為短路電流

2) LPZ0B區(qū)域內(nèi)，可用波形為8/20μs的浪涌電流試驗(yàn)(II類測試)或適當(dāng)組合波試驗(yàn)(III類測試)來模擬感應(yīng) 效應(yīng)。

3) LPZ1、LPZ2區(qū)域內(nèi)，可用波形為8/20μs的浪涌電流試驗(yàn)(II類測試)或適當(dāng)組合波試驗(yàn)(III類測試)來模擬感應(yīng)效應(yīng)。對于開關(guān)型SPD，則需要考慮前級SPD觸發(fā)施加于后綴SPD上的10/350μs浪涌。

3、電涌保護(hù)器接地

電涌保護(hù)器串接在被保護(hù)設(shè)備與信號傳輸線路之間，且應(yīng)靠近被保護(hù)設(shè)備端安裝，被保護(hù)設(shè)備接地應(yīng)通過電涌保護(hù)器接地導(dǎo)軌連接至站場主接地網(wǎng)。電涌保護(hù)器接地原理參見圖1。

圖1 電涌保護(hù)器接地原理圖

控制室的信號SPD安裝導(dǎo)軌接地，導(dǎo)軌與機(jī)柜內(nèi)工作地匯流排通過16mm2多股銅線可靠連接。

對于控制室側(cè)未通過導(dǎo)軌安裝的信號SPD，其接地線應(yīng)與機(jī)柜內(nèi)工作接地匯流排可靠連接，且接地線長度不宜大于0.5米。

機(jī)柜內(nèi)電涌保護(hù)器的接地連接參見圖2：

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