儀表及控制系統(tǒng)防雷接地淺析，電氣工程師必看！

一、電涌保護器接地概述

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

電涌保護器也稱為浪涌保護器或電涌防護器。它是至少包含一個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，供電和信號可以基本不受阻礙通過，當異常過電流、過電壓的浪涌出現(xiàn)在回路中時，浪涌保護器會自動迅速啟動，將浪涌電流泄放，防止其進入設備，達到保護的目的。

電涌保護器或浪涌保護器名稱的由來,因國內的標準規(guī)范編制單位和個人對翻譯的理解不同,對應用場合不同而異。

2、雷電防護的發(fā)展

近10年來，石油化工行業(yè)對雷電防護的重視和應用如雨后春筍般發(fā)展起來，形成了豐富的標準和規(guī)范，目的是用于指導防雷工程,但是,一些標準規(guī)范之間關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、電涌保護器的設置

防雷工程主要包括：

1) 滿足雷電防護分區(qū)、分級確定的防雷等級要求。

2) 應采用等電位連接與接地保護措施。

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) 應根據(jù)實際應用情況，確定采用合適的電涌保護器。電涌保護器的設置僅僅是防雷工程的一部分。

4、防雷工程主要采用的標準規(guī)范

GB 15599 石油與石油設施雷電安全規(guī)范

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

GB 18802.21 低壓電涌保護器 第21部分:電信和信號網絡的電涌保護器(SPD)---- 性能要求和試驗方法

GB 18802.22 低壓電涌保護器 第22部分:電信和信號網絡的電涌保護器(SPD) 選擇和使用導則

GB/T 19271.3 雷電電磁脈沖的防護 第3部分：對浪涌保護器的要求

GB/T 21714.1 雷電防護 第1部分:總則

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

GB 50057 建筑物防雷設計規(guī)范

GB 50343 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范

SH/T 3164 石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設計規(guī)范

HG 20513 儀表系統(tǒng)接地設計規(guī)范

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

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

UL1449 美國保險實驗室協(xié)會防雷標準(UL--Underwriter Laboratories Inc.)，浪涌保護器(Surge protective devices)

IEEE(C62.41) 電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE--Institute of Electrical and Electronics Engineers)，低壓交流電源電路浪涌保護器推薦規(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)進出電子信息系統(tǒng)機房的電源線路不宜采用架空線路。

2)電子信息系統(tǒng)設備由TN交流配電系統(tǒng)供電時，從建筑物內總配電柜(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)中各種設備耐沖擊電壓額定值Uw

4)電子信息系統(tǒng)設備配電線路電涌保護器安裝一般分三級，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)動力配電箱，第三級安裝在信息設備電源進線處。

5)第一級電涌保護器，應設置為電壓開關型電涌保護器或限壓型電涌保護器;第二級和第三級的電涌保護器，應設置為限壓型電涌保護器。

6)電涌保護器的電壓保護水平Up值應小于被保護設備的沖擊耐受電壓Uw。

7)最大放電電流Imax應不小于標稱放電電流In的2倍。

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

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

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

10)電涌保護器與電源線的連接導線應平直，其長度不宜大于0.5m。當電壓開關型電涌保護器至限壓型電涌保護器之間的線路長度小于10m、限壓型電涌保護器之間的線路長度小于5m時，在兩級電涌保護器之間應加裝退耦裝置。

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加裝電涌保護器。

信號線路浪涌保護器SPD 應連接在被保護設備的信號端口上。浪涌保護器SPD 輸出端與被保護設備的端口相連。浪涌保護器SPD 也可以安裝在機柜內，固定在設備機架上或附近支撐物上。

2)信號線路浪涌保護器SPD 接地端宜采用截面積不小于1.5mm2的銅芯導線與設備機房內局部等電位接地端子板連接，接地線應平直。

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

表3 信號浪涌保護器性能參數(shù)要求

注：

1) Uoc為開路電壓、isc為短路電流

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

3) LPZ1、LPZ2區(qū)域內，可用波形為8/20μs的浪涌電流試驗(II類測試)或適當組合波試驗(III類測試)來模擬感應效應。對于開關型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、電涌保護器接地

電涌保護器串接在被保護設備與信號傳輸線路之間，且應靠近被保護設備端安裝，被保護設備接地應通過電涌保護器接地導軌連接至站場主接地網。電涌保護器接地原理參見圖1。

圖1 電涌保護器接地原理圖

控制室的信號SPD安裝導軌接地，導軌與機柜內工作地匯流排通過16mm2多股銅線可靠連接。

對于控制室側未通過導軌安裝的信號SPD，其接地線應與機柜內工作接地匯流排可靠連接，且接地線長度不宜大于0.5米。

機柜內電涌保護器的接地連接參見圖2：

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