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【摘要】本文分析雷电对供水无线调控系统破坏的原因，结合施工经验探讨三级防雷。
【Abstract 】This paper analyzes the lightning on the reasons for the destruction of water supply wireless control system, combined with construction experience to explore three lightning
【关键词】雷电波侵入 雷电感应 天馈避雷器地电阻等电位连接
【Key words】 lightning-invasive thunderbolt induction antenna lightning arrester ground resistance potential connection
中图分类号：TU991
某小区自来水厂采用无线和有线相结合的自动控制系统，将分布在各区域的水源井和管网测压点采用无线测控，水厂内部PLC变频控制自控系统采用有线控制，运行当初没有设计完善的避雷系统，每年强雷季节，控制系统都会遭遇雷击损坏，特别是避雷针附近的计算机系统，后经厂技术人员攻关，安装三级防雷，经过几年运行，防雷效果良好，结合施工经难探计如下：
一、雷击损坏原因分析
当雷电发生在距离水厂较近的地方（500——1500米），通过避雷针将可能击中于水厂建筑物本体的雷电吸引并通过避雷针泄放入大地时，所产生的感应电动势会对内部所有的金属线路产生破坏作用的感应电流，正是由于电源、通讯等线路出现感应雷电流，增加了水厂控制室内较为敏感的计算机等设备破坏的可能性，安装避雷针时没有做内部防护感应雷的措施，大大增加雷击损坏事故的机会，此时的避雷针就真正成为了引雷针。 针对于供水自控调度系统的防雷，从可能引雷的两条途径：电源线路和通讯线路。根据每一类设备的特性、需要的防雷等级程度，选用性价比合适的防雷产品，做到以合理的价格达到充分的防护，确保设备对直击雷和感应雷以及线路操作过电压的全面防护。
二、设计方案
（一）电源防雷
电源由电力线路输入室内前可能遭受直击雷和感应雷，虽然绝大部分的雷
电能量都可以在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以相对高、但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式经过变压器耦合到220/380伏低压，在220/380伏电源线上出现的雷电过电压平均可达10000伏，对计算机网络系统可造成毁灭性打击。因此电源防雷应设多级防护，防雷示意图如下：
在水厂变压器输出线上安装一级三相电源避雷器一组，Asafe-25浪涌保护器，冲击电流15KA，最大放电电流100KA，限制电压2000V，二级防雷AM1-40/3+NPE：ASP 每位最大放电电流为40KA，三相四模最大放电电流大于100KA，水厂、管网各测压点、及各水源井终端电源均设氧化锌避雷器。
（二） 通信线路入侵防雷措施
供水无线调度通信线路入侵分为两种情况。一是当地面突出物（如避雷针等）遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路。二是雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的微电子设备，并通过设备连线侵入到其他通信线路。
在电台与主机串口安装串口避雷器及电台与天馈线间安装天馈避雷器，馈线再用金属管屏蔽或更换成自带有铜网屏蔽的信号线。安装TNR-K型系列信号防雷器，同轴电缆信息线路保护器UGKF ，串口保护器USD。
（三）直击雷的外部防护措施
避雷针经过计算，在控系时附近安装避雷针，主体结构为DN150无缝钢管，上部安装成品避雷针。接地电阻做成环形带，保证接地电阻1——4欧姆。
各电源接地小于10欧姆，用镀锌钢管或镀锌50角铁打入地下1.5—2米, 测量对地电阻小于10欧姆方算合格。
控制机房及避雷针接地，因控制机房和避雷针距离近，为了防止地电位反击，必须做等电位连接，即控制室馈线、串口、电源、避雷针等实行共地连接。
施工注意事项
（一）地网形式，地网的形状直接影响接地达到的效果和达到设计要求所需要的地网站体积。首先应建立接地环（或接地面），提倡使用水平接地极（常用的是外部接地环）和水平垂直接地体配合使用。在很容易达到接地目的，要求低的接地中可以选用平面的接地方法（接地环接地），一般应用接地体和接地环配合使用，形成三维的结构。 三维的接地有三种不同类型：等长接地、非等长接地和法拉第笼式接地。等长接地用相同的接地体，这种方式接地体的埋设深度基本一致，施工方便同时可以取得较好的效果。 非等长接地是更科学的接地方式，采用不同的接地体相互配合，由于接地体长度和埋设深度不同，大大的加大了等效面积，突破地网面积局限。法拉第笼式接地是多层水平接地网，用垂直接地体相互连接形成笼式结构。由于施工量大，并不常用。
（二）施工工艺，好的施工工艺才能达到良好的设计效果，看起来不重要的实施细节常常导致严重的后果。因为接地工程是隐蔽工程，当施工完成后，错误不一定马上可以检测到，即使发现问题补救也是很麻烦的，尤其是防腐细节。使用接地块时，埋设应尽量选择适合的土层进行， 预先开挖80-100cm的土坑（平埋），底部尽量平整，使埋设的接地块受力均匀。接地块水平设置，用连接线使连接头与接地网连接，用螺栓连接后热焊接或热融接，焊接完成以后应去掉焊渣等，再用防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈处理，回填需要分层夯实，保证土壤的密实和接地块与土壤的接触紧密，底部回填40-50cm后，应适量加水，保证土壤的湿润，令接地块充分吸湿。使用降阻剂时，为了防腐，包裹厚度应在30mm以上。接地用的钢材一般有50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角钢；40mm×4mm或40mm×5mm的扁钢；垂直极灌降阻剂(物理降阻剂,它是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流流通面；另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范圍广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。
（三）降阻剂用量及施工降阻剂的经济用量应视不同的土壤而定，在接地体上的敷设厚度应在5—15CM之间，在现场按３：２的比例，把降阻剂加水搅拌均匀，成浆糊状。立即倒入放好接地体的坑中，再填满细土并夯实。施工图示如下：
结束语
随着工业自动化应用水平的普及，在强雷区域，雷击损坏不容忽视，特别是无线控制系统，有可能就成为召雷工具，某小区采用三级防雷设计施工，并做好屏蔽接地系统，防雷效果良好，保证了控制系统的人机安全。
【Abstract 】This paper analyzes the lightning on the reasons for the destruction of water supply wireless control system, combined with construction experience to explore three lightning
【关键词】雷电波侵入 雷电感应 天馈避雷器地电阻等电位连接
【Key words】 lightning-invasive thunderbolt induction antenna lightning arrester ground resistance potential connection
中图分类号：TU991
某小区自来水厂采用无线和有线相结合的自动控制系统，将分布在各区域的水源井和管网测压点采用无线测控，水厂内部PLC变频控制自控系统采用有线控制，运行当初没有设计完善的避雷系统，每年强雷季节，控制系统都会遭遇雷击损坏，特别是避雷针附近的计算机系统，后经厂技术人员攻关，安装三级防雷，经过几年运行，防雷效果良好，结合施工经难探计如下：
一、雷击损坏原因分析
当雷电发生在距离水厂较近的地方（500——1500米），通过避雷针将可能击中于水厂建筑物本体的雷电吸引并通过避雷针泄放入大地时，所产生的感应电动势会对内部所有的金属线路产生破坏作用的感应电流，正是由于电源、通讯等线路出现感应雷电流，增加了水厂控制室内较为敏感的计算机等设备破坏的可能性，安装避雷针时没有做内部防护感应雷的措施，大大增加雷击损坏事故的机会，此时的避雷针就真正成为了引雷针。 针对于供水自控调度系统的防雷，从可能引雷的两条途径：电源线路和通讯线路。根据每一类设备的特性、需要的防雷等级程度，选用性价比合适的防雷产品，做到以合理的价格达到充分的防护，确保设备对直击雷和感应雷以及线路操作过电压的全面防护。
二、设计方案
（一）电源防雷
电源由电力线路输入室内前可能遭受直击雷和感应雷，虽然绝大部分的雷
电能量都可以在到达设备之前得以消除，但雷电波仍可能以相对高、但作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式经过变压器耦合到220/380伏低压，在220/380伏电源线上出现的雷电过电压平均可达10000伏，对计算机网络系统可造成毁灭性打击。因此电源防雷应设多级防护，防雷示意图如下：
在水厂变压器输出线上安装一级三相电源避雷器一组，Asafe-25浪涌保护器，冲击电流15KA，最大放电电流100KA，限制电压2000V，二级防雷AM1-40/3+NPE：ASP 每位最大放电电流为40KA，三相四模最大放电电流大于100KA，水厂、管网各测压点、及各水源井终端电源均设氧化锌避雷器。
（二） 通信线路入侵防雷措施
供水无线调度通信线路入侵分为两种情况。一是当地面突出物（如避雷针等）遭直击雷打击时，强雷电压将邻近土壤击穿，雷电流直接入侵到电缆外皮，进而击穿外皮，使高压入侵线路。二是雷云对地面放电时，在线路上感应出上千伏的过电压，击坏与线路相连的微电子设备，并通过设备连线侵入到其他通信线路。
在电台与主机串口安装串口避雷器及电台与天馈线间安装天馈避雷器，馈线再用金属管屏蔽或更换成自带有铜网屏蔽的信号线。安装TNR-K型系列信号防雷器，同轴电缆信息线路保护器UGKF ，串口保护器USD。
（三）直击雷的外部防护措施
避雷针经过计算，在控系时附近安装避雷针，主体结构为DN150无缝钢管，上部安装成品避雷针。接地电阻做成环形带，保证接地电阻1——4欧姆。
各电源接地小于10欧姆，用镀锌钢管或镀锌50角铁打入地下1.5—2米, 测量对地电阻小于10欧姆方算合格。
控制机房及避雷针接地，因控制机房和避雷针距离近，为了防止地电位反击，必须做等电位连接，即控制室馈线、串口、电源、避雷针等实行共地连接。
施工注意事项
（一）地网形式，地网的形状直接影响接地达到的效果和达到设计要求所需要的地网站体积。首先应建立接地环（或接地面），提倡使用水平接地极（常用的是外部接地环）和水平垂直接地体配合使用。在很容易达到接地目的，要求低的接地中可以选用平面的接地方法（接地环接地），一般应用接地体和接地环配合使用，形成三维的结构。 三维的接地有三种不同类型：等长接地、非等长接地和法拉第笼式接地。等长接地用相同的接地体，这种方式接地体的埋设深度基本一致，施工方便同时可以取得较好的效果。 非等长接地是更科学的接地方式，采用不同的接地体相互配合，由于接地体长度和埋设深度不同，大大的加大了等效面积，突破地网面积局限。法拉第笼式接地是多层水平接地网，用垂直接地体相互连接形成笼式结构。由于施工量大，并不常用。
（二）施工工艺，好的施工工艺才能达到良好的设计效果，看起来不重要的实施细节常常导致严重的后果。因为接地工程是隐蔽工程，当施工完成后，错误不一定马上可以检测到，即使发现问题补救也是很麻烦的，尤其是防腐细节。使用接地块时，埋设应尽量选择适合的土层进行， 预先开挖80-100cm的土坑（平埋），底部尽量平整，使埋设的接地块受力均匀。接地块水平设置，用连接线使连接头与接地网连接，用螺栓连接后热焊接或热融接，焊接完成以后应去掉焊渣等，再用防腐沥青或防锈漆进行焊接表面的防锈处理，回填需要分层夯实，保证土壤的密实和接地块与土壤的接触紧密，底部回填40-50cm后，应适量加水，保证土壤的湿润，令接地块充分吸湿。使用降阻剂时，为了防腐，包裹厚度应在30mm以上。接地用的钢材一般有50mm×50mm×4mm或50mm×50mm×5mm角钢；40mm×4mm或40mm×5mm的扁钢；垂直极灌降阻剂(物理降阻剂,它是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流流通面；另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。是接地工程广泛接受的材料，属于材料学中的不定性复合材料，可以根据使用环境形成不同形状的包裹体，所以使用范圍广，可以和接地环或接地体同时运用，包裹在接地环和接地体周围，达到降低接触电阻的作用。并且，降阻剂有可扩散成分，可以改善周边土壤的导电属性。
（三）降阻剂用量及施工降阻剂的经济用量应视不同的土壤而定，在接地体上的敷设厚度应在5—15CM之间，在现场按３：２的比例，把降阻剂加水搅拌均匀，成浆糊状。立即倒入放好接地体的坑中，再填满细土并夯实。施工图示如下：
结束语
随着工业自动化应用水平的普及，在强雷区域，雷击损坏不容忽视，特别是无线控制系统，有可能就成为召雷工具，某小区采用三级防雷设计施工，并做好屏蔽接地系统，防雷效果良好，保证了控制系统的人机安全。