工业仪表控制系统的防雷策略

康瑞骁+石磊

仪表系统对于企业来说很重要，在仪表系统的防护中，抗雷击、静电预防工作显得尤为重要，本文就雷击的破坏分析及仪表的防雷策略进行分析。

一、雷击对仪表的破坏分析

1.雷击的分类

雷可分为三种，云内雷、云际雷和云地雷。而对仪表系统破坏起主要作用的是云地雷，云地雷的破坏方式可分为直击雷和感应雷。

2.直击雷和感应雷对仪表的破坏分析

（1） 直击雷。直击雷，指的是天上的雷云中的雷电荷，通过雷电的形式，直接击打在人、动物、树木和建筑物上。直击雷的特点是造成的能量巨大，通过产生的电效应、机械效应等左右，使人、动植物伤亡，将建筑物摧毁。如果电线、天线和信号传输线等遭受雷击，就可能会使相连的电路板等烧坏，使线路之间产生短路，迫使电力传输、信号传输中断。更坏的情况会使仪表系统受到破坏。

（2）感应雷。感应雷，指的是雷云与雷云之间或雷云对地面进行放电，从而使在其附近的导电物体产生应电压。产生的感应电压通过导体被传送到相关的仪表等设备，间接的对其或控制系统造成危害。对于一个控制系统来说，仪表是最主要的，而感应雷对仪表造成的危害是最大的，而仪表遭受的雷击损失，绝大多数是由感应雷引起的。

3.仪表自身分析

目前，常用的儀表基本上都是采用集成电路和微电子设备，仪表的精确度因此而得到提高。但是正式因为采用集成电路，所以其抗雷击能力就比较脆弱。一旦发生雷雨天气，仪表设备就会遭受到雷击，使相关设备遭受破坏。

二、仪表系统的防雷策略

1.对直击雷的防护

雷云对大地进行放电，其电压基本上都有几兆伏，而一次闪击放电的峰值电流平均可以达到30kA，雷击产生的能量很大，具有很大的破坏力。我们目前的防雷措施，都是依靠避雷针、避雷带、避雷网、避雷线作为接引装置，先将雷电来来的强大电流接下来，再通过相连的接地线路将其送回大地。

这些的避雷方法和装置只能降低雷击的概率和雷电的强度，但是却无法完全的避雷。当我们将避雷装置安装到建筑物的最高点或者是最容易遭受雷击的地方时，其接地电阻要小于4Ω，而且每个使用的避雷针其真正的避雷半径要真正符合相关的设计要求，这样才能真正避雷。

2.对感应雷的防护

如果说对直击雷的防护是个简单的安装要求，那么对于感应雷的防护来说，就会是个系统工程。因为仪表系统主要就是遭受感应雷的破坏，所以要对感应雷进行系统的防护。下面我们从三个方面来入手。

（1）仪表接地系统。①区域同地。所谓区域同地，就是通过一组接地装置将生产装置的防雷防静电接地，电气及其控制设备的工作和保护接地，仪表等控制系统的保护接地，以及一些必要的屏蔽接地等一起集中起来，总的接地电阻不超过4Ω。②环行闭合。所谓环行闭合，就是做一个环形的闭合接地装置，将环绕生产装置的建构筑物都环绕起来。两个彼此相邻的环形闭合接地装置可以连接起来，组成大的接地装置。相邻的环形闭合接地装置应用两根扁钢连接起来，使其形成一个大型接地装置。也可以将所有需要接地屏蔽保护的装置等统统接到接地装置上。③均压联接。在一些生产设备的企业厂房内，一些设备有金属外壳，导体与导体相邻，如果存在电位差，就可能会引发雷击火花的危险。所以要将彼此相邻的金属导体、设备金属外壳通过导线将它们都相互连接起来，目地就是让它们上面的雷电感应电势能够彼此均衡，防止产生电火花。也可以防止操作人员或维护人员同时与两相邻的设备接触而产生电击，保护员工的人身安全和设备的安全。④仪表接地。在工厂的检测设备中，仪表是最常用也是最重要的保护对象，在其防护工作中，要将仪表的接地端和电工的接地端相连接。这样可以防止由于存在感应雷电高压，或者是在接地端上由于雷电入地，将大地的电位抬高，与仪表之间产生电位差。这样就可能。

（2）线路布线及屏蔽。①开关信号。对于开关等信号，对传输电缆没有太多的特殊要求，可以用一般的电缆。如果传输信号比较远的化，就可以使用屏蔽电缆。②模拟信号。对于模拟信号和高速信号线等比较重要的信号，就要保护信号的强度，所以要选用屏蔽电缆。③弱电信号。弱点信号主要通过通讯线、信号线、控制线等专用线缆进行传输，弱电容易受强电影响，所以要远离强电，其间距不得少于20cm。而在220V以上、10A以上的电缆和信号电缆之间要大于60cm。④屏蔽措施。操作室因为要处理许多的信号，就会有各种电缆如电话线、网络电缆、电源电缆、信号电缆。为了保护这些电缆，就需要有金属保护管或金属电缆桥架。而且这些保护措施要保证多点都接地。

（3） 信号线路的防护。在线路传输中，雷电会产生雷电波，能够在线路上感应出比较高的瞬间冲击。因此对于仪表控制系统来说，要求其能够承受的住比较大、比较高能量的瞬间冲击。但是目前来说，大部分的仪表都是由集成电路板构成的，而其控制系统通常由于电子元器件的高度集成化而使耐压、耐过流水平下降。在仪表控制回路中，一些电子设备会遭受过多电压而致使电路损坏，所以在仪表经常可能遭受雷击的部分要加必要的SPD用以保护设备。①现状仪表设备SPD安装。在现场安装时，SPD要安装在防爆盒内，在安排进出线时要分别布线，对于仪表、保护装置以及防暴设备等都要进行等电位保护。现场各变送器安装的时候，要采用具有多级浪涌电压保护功能的管形SPD。②控制室设备SPD安装。在现场安装好相关的SPD以后，就要在控制室安装。在安装的时候，为了避免出现保护后的信号线路发生藕合高压的现象，对于进线与出现要分开。接地汇总端要安排在防雷设备附近。而在控制室内与现场相对应的设备，就需要采用具有多级浪涌电压保护功能的SPD设备。

三、结语

由于工业仪表对于工厂来说都是比较重要的，所以仪表控制系统需要进行保护。在平时，雷雨天气中的雷击对仪表会造成较大危害。本文先是分析了雷击的破坏原理，进而主要介绍了对直击雷和感应雷的防护方法，介绍了相关的防雷策略。endprint