仪器仪表控制系统装置防雷体系的构建分析

仪器仪表控制系统装置防雷体系的构建分析

1、薛俊芬2、黄达3、陈斌斌

1、大导电气股份有限公司     浙江省温州市   325000

2、浙江松夏仪表有限公司     浙江省温州市   325000

3、华夏输配电设备有限公司   浙江省温州市   325000

【摘要】雷电是一种常见的自然现象，对电子设备有着很大影响。为了使仪器仪表控制系统免受雷电影响，本文分析了雷电对电子设备造成的危害和原因，并提出了有效的防护措施。首先，对雷击风险进行评估，确定目标系统的雷电防护等级；其次，根据目标系统的特点和外部环境条件选择合适的防雷装置，并设计相应的接地系统以确保接地电阻在安全范围内；最后，根据实际情况建立完善的防雷体系，包括监测系统、预警系统、响应系统和恢复系统等。通过以上措施的实施，可以有效减少雷害造成的损失，保障仪器仪表控制系统的正常运行。同时，本文还介绍了一些常用的防雷保护方法，为相关领域的研究提供参考。

关键词：仪器仪表；控制系统装置；防雷体系；构建分析

仪器仪表控制系统作为一种重要的基础设施，在国家经济建设中发挥着至关重要的作用。随着科学技术的不断发展，仪器仪表技术也在不断进步，其功能越来越强大，精度和性能都有了很大的提高。但是，由于受到雷电的影响，仪器仪表控制系统的安全性无法得到保证。本文主要针对仪器仪表控制系统装置的防雷保护进行研究，通过分析雷电对设备造成的损害和产生的原因，提出相应的防护措施，构建完善的防雷体系。首先，我们需要对雷击风险进行评估，明确目标系统的雷电防护等级，然后根据系统的特点选择适合的防雷装置，设计合理的接地系统，确保接地电阻不超过安全范围。最后，建立完善的监测、预警、响应和恢复系统，确保防雷措施的有效实施。通过以上方法的实施，可以有效地减少雷害造成的损失，为仪器仪表控制系统的正常运行提供有力保障。

一、雷电危害分析

雷电产生的电磁脉冲会对电气设备、通信系统及人体造成危害，其破坏作用可分为以下几种情况：

（一）雷击感应，当雷电直接击中某一物体时，其沿导体流动的电流不会中断，但在导体上会形成电位差。若有两个相邻的金属物体接触，则这两个金属物体将被击穿，形成雷电感应，其破坏效应取决于雷电感应的电场强度与两个金属物体之间距离的平方成反比，也就是雷电感越大，放电的危险性越高【1】。

（二）过电压和反击，在强闪电放电过程中，电荷集中于地面附近，电场强度急剧增加，因此容易产生较高的瞬态电压或电压峰值，并且随着时间的延长，这种电压还会继续上升，这种现象称为过电压；另外，当雷电放电时，因为两极间存在着瞬时高压，所以常伴有雷电波的回击，其传播速度非常快，能达到30万~45万公里/秒，强度很高，一旦发生，将对周围电子设施造成严重损伤。

（三）共模干扰和差模干扰，由于雷电所产生的电磁波包含很多频率成分，其中一部分能量可以用来传导，这部分能量与接收机输出信号之间的耦合关系类似于“噪声”，叫做共模干扰，另一部分能量则与接收机输入信号之间的耦合关系类似于“有用”的信号，叫做差模干扰。两者相互叠加后，将影响接收到的信息质量【2】。

（四）浪涌电流，雷电产生的强大电流可能通过电线进入建筑物内，从而损坏室内电气设备，如家用电器、照明灯具等。此外，如果雷电直接击中建筑结构，它还会导致建筑物倒塌，造成人员伤亡。

二、防雷装置的选择与设计

由于仪器仪表控制系统的设备较为复杂，其运行环境也比较特殊。因此，在进行防雷装置的选择时要综合考虑多个因素，主要包括以下几点：

（一）首先要根据仪器仪表控制系统中的各个部分的特点来选择合适的防雷装置，如对电源、信号传输线路和数据通信线路等部位可以采取相应的防护措施。

（二）对于雷电可能引起的感应雷、静电放电、过电压等危害，应采用不同的防雷保护方式。

（三）对于容易受到雷击影响的电子设备，应选择具有较高防雷耐压等级的设备作为其防雷防护元件。例如，对于需要长时间运行的电子设备，应选用具有高耐压等级的保护器件；而对于一些具有易损部件的设备，则可以选用低耐压等级的保护器件【3】。

（四）为了保证整个系统的安全性和可靠性，必须保证接地系统设计合理，并确保接地电阻符合相关标准要求。一般来说，接地电阻越小，接地效果就越好。但是，接地电阻也不能太小，否则会造成不稳定的接地电位，从而给系统带来安全隐患。

总之，在进行仪器仪表控制系统装置的防雷装置的选择与设计时，要充分考虑到实际需求，并结合多种因素进行分析和评估。只有这样才能有效地提高控制系统的安全性和可靠性，避免因雷电事故造成的经济损失。

三、接地系统的设计

为了保证接地系统的安全，设计时应遵循以下原则：（一）接地应均匀、可靠，不应有明显的电位差和漏电。（二）接地电阻要满足安全要求。一般情况下，对于低压供电系统，其接地电阻应小于4Ω；而对于高压供电系统，其接地电阻应小于0.5Ω。（三）对设备进行静电放电试验时，应使用电阻值为1Ω的纯金属丝作为采样电阻。（四）接地方式有两种：第一种是直接接地方式，即将设备外壳直接与大地相连；第二种是接地线连接方式，即在设备周围设置接地网，然后通过接地线将设备与大地连接起来。（五）在选择接地方式时，应考虑设备的重要性、工作环境、安装位置等因素。一般来说，设备的重要性越高，其接地方式就应该越复杂，以防止因雷击造成故障。此外，在施工过程中，还应注意以下几点：1.选择符合标准的接地材料，并按照规定进行敷设；2.根据不同类型的设备选择合适的接地方式；最后，在安装时要确保连接正确、牢固。

四、建立科学的防雷体系

通过前面的分析，可以看出在仪器仪表控制系统中对雷电进行防护是非常重要的。为了保证系统能够有效地应对雷击事件并减轻损害，需要建立一个完整的防雷体系。

第一，监测系统。在仪器仪表控制系统中，雷电监测装置可以实时监测到雷电活动的发生和发展情况，包括闪电强度、时间、地点等信息。通过对这些数据的分析和处理，可以及时发现可能的雷电事件，从而采取相应的防护措施【4】。

第二，预警系统。预警系统主要由雷电预警设备组成，可以实时监控雷暴云层的变化情况，并向用户发出警报。用户可以根据预警系统提供的信息采取相应的防护措施，如关闭门窗、切断电源等。这样可以有效避免雷击造成不必要的损失。

第三，响应系统。当雷电即将或已经到达目标系统时，应启动响应系统来保护系统免受损害。该系统的核心是避雷器和浪涌保护器。避雷器可以在雷击时释放出巨大的电压，而浪涌保护器则可以吸收雷电产生的电流和电压，从而保护系统不受损害。

第四，恢复系统。一旦系统遭受了严重的雷击，应立即启动恢复系统以减少损害。恢复系统的关键是快速恢复被雷击损坏的设备，使其能够正常运行。此外，恢复系统还应该具备一定的自我修复功能，以便在未来避免类似事件的发生。

结束语：

雷电是自然界中一种广泛存在的自然现象，由于其强大的威力，给人类带来了巨大的损失。对于仪器仪表控制系统来说，雷电同样是危害其安全运行的重要因素之一。为了有效保护仪器仪表控制系统的安全稳定运行，本文对雷电对仪器仪表控制系统的影响进行了分析和探讨，提出了一系列有效的防雷措施。通过对雷击风险的评估，选择适宜的防雷装置，设计合理的接地系统以及建立完整的防雷体系，可以有效降低雷害带来的影响，保证系统正常稳定运行。

参考文献：

[1]于洋.石油化工自动化仪表控制技术设计应用[J].中国石油和化工标准与质量,2023,43(22):181-183.

[2]刘向铭,曹硕,荆少骏.电子技术仪器仪表系统中的智能化控制技术分析[J].现代制造技术与装备,2023,59(08):172-174.

[3]陈薇,刘妮,王沁竹.电子技术仪器仪表系统中的智能化控制技术分析[J].造纸装备及材料,2023,52(06):119-121.

[4]王璐瑶.电子技术仪器仪表系统中的智能化控制技术研究[J].中国设备工程,2023(08):37-39.