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本文由米尔自动化网/整理推荐 过程控制系统的浪涌防护设计 一．过程控制防浪涌的必要性 近年来，随着经济发展和技术进步，过程工业的自动化程度迅速提高，精密的电子信息 设备在过程控制领域广泛地应用。然而，随着集成度的提高，现代电子设备的耐电压冲击能 力却显著降低，雷电产生的瞬间浪涌（及其产生的电磁脉冲）对电子设备的损害成逐年上升 趋势。 过程工业本身的特点决定了对控制系统及仪表装置对浪涌防护的需求： ? *设备分布广泛，仪表与控制系统分布在数百米甚至更大的空间许多工艺装置 高耸于地面，容易遭受雷击。 ? *工况环境恶劣，相当多的现场仪表工作在露天的无防护环境。 ? *控制系统设备价值昂贵，一旦损毁，经济损失大。 ? *工艺停车事故造成的间接经济损失巨大，修复再开车时间长。 虽然，浪涌危害直接体现在硬件方面的损失，然而更大的危害是设备停机所造成的潜在经济 损失。因此，对浪涌采取有效的防护是保证过程控制系统可靠运行不可缺少的环节。 下面仅仅是深圳万讯公司直接获知的几个浪涌危害的案例 ? *上海某化工厂05 年遭受雷击，导致DCS 停机，板卡损坏 ? *湖南娄底某电厂，06 年多次遭受雷暴，液位测量仪表损坏，DCS 的I/O 系统损坏。 ? *江汉油田某采油厂，06 年遭受雷击，导致现场仪表与控制室仪表损坏多处。 到目前为止，邮电、电力、建筑等行业均出台了成套的防雷技术规范标准，而工业自动化还 缺乏一套完整的防雷技术规范，设计院的电气、仪表设计人员在考虑防雷问题时只能参考其 他行业的标准，这也是推广过程控制系统防雷需要解决的问题。 二．浪涌保护器的设计 过程自动化系统有它本身的特点，它的设备众多，涉及到现场的变送器（温度、压力、 液位）、电动/气动执行器、集散控制系统、PLC 和常规控制仪表。现代的过程控制还引入了 多种通讯技术。可以说过程控制是信号错综复杂，设备分布广泛，因此需要一套完整的保护 体系。可见过程控制系统的防雷是一个系统工程，从电源线路开始，到信息系统入口端，除 考虑系统自身的防雷措施外，还应与建筑物防雷、接地设计等相互配合，同时还要兼顾信号 系统的电磁兼容的要求。 浪涌防护基本原理—为浪涌电流提供一条对地泄放的合理的阻抗路径。可见，浪用保护器的 可靠接地是至关重要的。 浪涌保护器（SPD surge protect device ）又称为避雷器、防雷栅、浪涌抑制器，其的核心 功能是泄流与限压。目前，浪涌保护器采用的浪涌抑制器件有气体放电管、氧化锌压敏电阻、 齐纳二极管等。 （1）气体放电管：管内充有惰性气体，没有浪涌电压时，放电管的阻抗非常大。当浪涌 电压侵入时，放电管里的两极间气体发生电离，此时两极间阻抗降低，给浪涌提供泄放通道。 它的浪涌吸收能力大，泄放电流可大于数十千安，但它对浪涌电压响应速度较慢，有较高的 残压。 （2 ）氧化锌压敏电阻：压敏电阻通流能力较气体放电管小,但反应速度更快,在毫秒到微 秒之间。它的一个显著缺点是电容较大，不适合在通讯线路中使用。 （3 ）瞬变电压抑制二极管：基本原理是利用PN 结的齐纳效应，来达到电压箝位目的。 米尔自动化网/ 本文由米尔自动化网/整理推荐 此器件优点是灵敏度极高，缺点是通流能力小，适合做末端保护元件。 实用的浪涌保护器还往往是采用两类保护器件的组合，粗保护实现较大的泻流能力，细保护 实现较低的电压保护水平。 浪涌保护器结构与接地的考虑：过程控制系统的浪涌保护器按安装地点分为现场型和控制室， 设计时重点需要考虑安装牢固、接地可靠。 现场型浪涌保护器需要能够方便的固定，因此采用螺纹旋接在现场仪表的进线接口上， 内部泻放电路的地通过不锈钢壳与现场仪表的外壳地连接，另外还有专门的接地线拧在现场 仪表内部接地点上，实现双重冗余接地。 控制室浪涌保护器以导轨安装形式固定于控制柜的进线处。每个浪涌保护器如果通过端子逐 个接地线，实际上加大了连线工作量。深圳万讯公司采用导轨自然接地，将接地点通过金属 弹片引到DIN 导轨上，整个导轨一次性接到接地母线上，实现“安装即接地”，对快速安装非 常有利。 当然，作为过程控制系统的专用浪涌保护器，必须要符合浪涌保护器的通用要求，需要通过 相应项目的测试。万讯公司MSU 全系列的浪涌保护器经过信息产业部广州防护性能检验中 心的测试，符合《YD/T1542-2006 信号网络的浪涌保护器基本要求和测试方法》标准的要 求。 三 工程应用示例 江汉油田采油厂压气站位于湖北省潜江市