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水泥厂电气自动化系统的接地技术和防雷技术研究

发表时间：2021/7/2 来源：《城市建设》2021年7月作者：徐孟涵

[导读] 随着我国社会经济的快速发展，信息科技水平不断提高，电气自动化系统在各领域得到了广泛的应用，为解决水泥厂电气自动化系统接地与防雷问题，本文先分析水泥厂电气自动化系统接地系统，然后就雷电流（直击雷、感应雷）可能对自动化系统造成的影响，提出有效的解决措施，包括配电回路防雷与其他防雷措施，以期为相关人员提供参考。

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摘要：随着我国社会经济的快速发展，信息科技水平不断提高，电气自动化系统在各领域得到了广泛的应用，为解决水泥厂电气自动化系统接地与防雷问题，本文先分析水泥厂电气自动化系统接地系统，然后就雷电流（直击雷、感应雷）可能对自动化系统造成的影响，提出有效的解决措施，包括配电回路防雷与其他防雷措施，以期为相关人员提供参考。
关键词：水泥厂；电气自动化系统；接地技术；防雷技术
        引言
        当前，我国建筑行业发展迅速，使得我国的水泥需求量越来越大。在这种形势下，要不断提升水泥厂生产效率，实现水泥厂的自动化生产，在水泥厂的运行过程中保证其正常运行，提升生产效率。在水泥厂的电气自动化系统设计中，要重视防雷技术接地技术系统安全设计。
        1接地系统概述
        接地装置主要由接地极和接地线两个部分组成。其中，接地极是埋设到地下且和大地直接基础的一个金属导体；接地线是指接地端子和接地极与接地极之间相连所用的金属导体。对水泥厂而言，需对下列几种系统进行接地处理：①建筑防雷系统接地；②6kV与以上的供配电安全系统接地；③低压供配电系统接地；④自动化系统接地。在实际工作中可采用将自然与人工两个接地体充分结合的方法。其中，人工接地体通常设于中央控制室的周围或电气室与变电站当中，而人工接地体则在建筑形成环网，利用接地线对各点进行连接，以此形成联合系统。应注意，如果人工接地体间有一个接地线断开，则并不会导致整个系统断开。如果用途所有不同的多个接地系统同时使用一个接地装置，则接地电阻必须达到最小值方面的要求，对干法水泥厂而言，其工频电阻不超过1Ω。因以上各系统都采用等电位接地端子板和接地网之间相连，所以在正常运行情况中，对自动化系统而言，它要求接地端子板不能有电位偏移。考虑到对接地网进行的设计通常由强电专业负责完成，故对自动化专业相关设计人员而言，应充分考虑这样的要求，即在配电方面优先选择TN-S系统。在分开N线和PE线之后，在N线上传输的电流不会从总接地端子中通过，从母排经过后，返回变压器的中性点，这样能有效防止电位发生偏移对系统的正常运行造成不利影响。
        2自动化系统受雷电流的影响与解决措施
        （1）雷电流对仪表及自动化系统造成的破坏，主要表现为：①直击雷；②感应雷。其中，直击雷是指雷电直接作用于建筑或其他物体，由此产生大量的机械力效应、电效应及热效应；而感应雷是指雷电在放电过程中，会在周围导体上出现静电感应现象或电磁感应现象。在水泥厂中，高度超过15m的建筑都会安装用于防止直击雷侵害的装置，该装置主要由接闪器与引下线两个主要部分构成。因仪表与供配电系统装置大部分都安装于中央控制室及电气室中，所以建筑一般都会配置防止直击雷亲好的设施与装置。

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通常，仪表与供配电设备在防雷装置及设施的保护下，基本不会遭受直击雷的侵害和影响，但无法预防感应雷侵害，因此遭受感应雷侵害而发生故障的概率相对较高。对仪表与供配电系统而言，必须高度重视感应雷的预防，探究行之有效的防护措施。
        （2）当雷电波进入供配电系统后，一般会经过以下几个部分：①电源线；②仪表的电源与信号线；③非光纤通信线。在我国，很多水泥厂都曾发生过雷电波导致仪表或供配电设备层产生事故的情况。为了有效防止或避免这一情况的发生，更好地保护仪表与供配电系统，在设计过程中应先将仪表与供配电系统的电源线及信号电缆都布置在与避雷引下线相距较远的地方。对于避雷引下线和接地体之间的连接点，必须和总接地端子之间保持2m以上的间隔距离。减小入地泄放雷电流导致接地网点位升高对供配电系统设备的地电位反击。除此之外，对于布置在室内的通信电缆，应有效考虑选择光纤通信线，而对于仪表和供配电设备的电源进线，以及特殊部位的仪表与电源信号线，都应设置浪涌吸收器。
        3配电回路的防雷措施
        一般而言，雷电从电源进线进入侵害自动化系统与装置的发生率要比直接受到直击雷的侵害概率高很多。在水泥厂中，供配电系统主要由以下三个电压组成：第一级为110kV（35kV）；第二级为10kV（6kV）；第三级为0.4kV（0.23kV）。其中，第一级线路主要采用架空线的形式，而第二级与第三级均采用敷设电缆的方法，基本不会受到直击雷的影响。但对架空线路而言，一旦受到直击雷，则雷电流将通过线路直接入侵到系统，在变压器中进行耦合之后进入低压线路，并从电源线路和设备中通过，对仪表及整个系统都造成很大的破坏。在供配电系统中，对电压等级为10kV的架空线而言，由于其雷电防护本身就一级，在防雷设计过程中必须采取有效措施。因雷电的入侵会产生极大的电流与电压，很难一次性完成泄放，所以从电源系统角度讲，应优先考虑多级防雷保护策略，以保证泄流与限压。根据我国现阶段实行的相关规定和要求，对于电源系统，应按照三级进行雷电防护，其具体内容为：在建筑总配电装置的高压端每相都安装通容量相对较高的防雷装置，以此提供第一级防雷保护；在低压配电进线进行阀型防雷器的安装，以此提供第二级防雷保护；在分配电箱配出回路进行防浪涌装置的安装，以此提供第三级防护保护。另外，在重要场合中，应采用级数更多的防雷保护措施，比如在电源输出端进行防雷器的安装设置，为重要设备对应的电源输入端进行防雷设备的安装，以此提高电源终端的防雷水平。通过对多级防雷措施的合理应用，能有效泄放由于雷电侵入产生的过电流，并对过电压进行有效限制，防止雷电从电力线路中进入，对自动化设备与系统造成影响和损坏。根据以往的经验，虽然雷电流还能通过网路线进入，然而，现有水泥厂和外部网络之间的连续并不多，并且外部网络大多采用光缆，能有效阻隔雷电流进入和侵害。
        结束语
        综上所述，电气自动化系统作为水泥厂重要组成部分，其接地与防雷设计至关重要，影响整个系统的安全，如在设计中存在缺陷，将有可能产生灾难性后果。因此，在实际的系统设计过程中，应对供配电及自动化系统运行安全予以充分考虑，根据水泥厂运行实际情况，设计能有效保证生产安全性的接地与防雷系统。
参考文献
[1]张晶晶.《水泥厂电气自动化系统的接地与防雷技术应用》[J].中国科技纵横，2016（19）：146.