控制系统的防雷
但伴随着雷电产生的雷电电磁脉冲，以电磁感应作用，通过金属管道和 电缆将雷电波即高电位引入，对电子、信息、控制设备的破坏和危害，是上个世纪90年代以来雷电灾害最 显著的特征。
它的成灾率更高，损失更大，因而也就成了防雷技术中一个急需解决的重要课题。
大凡基于微电子器件的控制设备，都存在着耐压低，对电磁脉冲特别敏感的短处。
雷电引起的各种过 电压可达数百乃至数千数万伏，而基于微电子器件系统的耐压值都很低，一般承受不了正负5V的电压波动。
因此如无一定的防护措施，即便是性能质量很高的信息、控制系统、也很难保证在雷击情况下仍然可以安全地运行。
进口的控制系统(如应用在某化学公司的美国CE系统，和Smart现场总线等)都曾遭受过雷电的侵害。
又根据国内资料报导，在中国气象部门，象国家气象中心的大型计算机网络、通讯系统等要害部门也都多次遭到雷击。
国内对于建筑物的防雷已有了比较成熟的认识和规范，国家标准《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94， 较1994年版，引用了IEC标准也专门增加了一章:"防雷击电磁脉冲"虽然国内的防雷界对其中的部分规定颇有微词，但其总体上的正确性和权威性是不应怀疑的。
然而，对分散型控制系统(DCS)的防雷问题，在概念和系统的实施方面还都处于起步，无专业的规范和先例可循。
为此有必要对这一问题作一探讨，以规范今后DCS工程的防雷设计。
2回顾防雷概念和防雷技术的转变 建筑物的防雷是一门古老的技术。
但是防雷技术在近20年发生了很大的变化，其中重要的是在防雷概念和防雷技术上有如下几点转变。
1)防雷的重点从侧重人身和电气设备的安全转变到着重通讯和信息系统的安全;过去建筑物的防雷 技术以防直击雷为主，侧重防机械性的破坏和雷电反击;现在则以防感应雷击为主，侧重防雷电的电磁感应效应和雷电波的引入。
2)外部的防雷技术从以前的避雷针和避雷带转变为现今的避雷网和法拉第笼;内部的防雷技术从以前的以隔离方式为主转变为现今的以等电位联结方式为主。
3)以前的接地系统是否合格以接地电阻值为准，现在侧重于接地结构兼顾接地电阻值，特别是从独立接地到等电位联结方式的转变。
4)电涌保护器(SPD)的应用也是防雷技术中的一个新的领域。
但直至现今，防雷的理论基础仍然还是安全地引雷入地。
闪电是一个电流源(上述规范对典型的雷电流波形都有所规定)，而不是电压源，防雷装置是给雷电流提供一条或几条低阻抗的接地通道。
这些基本的技术概念仍然没变。
151 安全与保护 3雷电对DCS危害的形式 雷电对DCS的危害主要是通过直击雷和雷电电磁脉冲干扰两种形式。
3.I直击雷对DCS的危害 1)雷电直接击中建筑物或地面，雷电流沿引下线、接地体流动过程中，在土壤中产生强大的感应电磁场，通过感应耦合至UDCS等电子设备内，损坏DCS等电子设备。
2)控制室建筑物的防直击雷装置在接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，会使局部的地电位浮动并产生跨步电压，如果防雷的接地装置是独立的，它和控制系统的接地体没有足够的绝缘距离的话，则它们之间会产生放电，这种现象称之为雷电反击，它会对控制室内的DCS产生干扰乃至破坏。
1)当控制室建筑物的防直击雷装置在接闪时，在引下线内会通过强大的瞬间雷电流，如果在引下线 周围的一定距离内设有连接DCS的电缆(包括电源、通讯以及I/O电缆)则引下线内的雷电流会对DCS的电缆产生电磁感应，将雷电波引入DCS干扰或损坏DCS。
2)当控制室周围发生雷击放电时，会在各种金属管道、电缆线路上产生感应电压。
通过这些管道和 线路就可能把高电位引进到控制室传至UDCS上，从而对DCS产生干扰或损坏。
此外，当空中携带大量电荷的雷云从控制室上空经过时，由于静电感应使地面某一范围带上异种电荷， 当直击雷发生后，云层带电迅速消失，而地面受感应的范围由于散流电阻大，以至出现局部的高电位，它会对岗围的导线或金属物产生影响，这种静电感应电压也会对DCS产生干扰或损坏。
4DCS及控制室防雷的主要措施 根据《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94，的规定，建筑物应根据其重要性、使用性、 发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑 物。
DCS控制室如果和生产装置在同一建筑物内，其防直击雷设施应连同生产装置的特点综合确定和设计。
如果DCS控制室是独立的建筑物，按第三类防雷建筑物的标准设计。
将控制室的墙和尾面内的钢筋、金属门窗等进行等电位联接，并与防直击雷的接地装置相联接，使控制室形成一个法拉第笼，可以减少受电磁脉冲的影响。
航空飞行器虽然没有接地，但由于它内部的电子设备和飞行器的金属外壳作了等电位联接，形成了一个良好的等电位体，因此免受了雷电的影响。
然而控制 室毕竟不同于飞行器，因为它有许多电缆和控制室的外部设备相连。
为此，要对从室外进入控制室的各种 电缆采取屏蔽措施，特别是在那些容易被雷电波侵入的地方。
将DCS的接地系统和防雷系统的接地系统进行等电位联接后，即使受到雷电反击，由于它们之间不存在电位差，因此不可能通过雷电反击构成对电子元件的威胁。
等电位联接是DCS免遭雷击的重要措施。
如果DCS无法和防雷系统的接地系统进行等电位联接时，根据《民用建筑电气设计规范》 (JGJ/T16-92)的规定，两接地系统的距离不宜小于20m。
152 第十届全国石油和化学工业电气技术年会论文集 在进行工程设计时，当有电缆靠近引下线敷设时，必须要考虑电缆和引下线间保持2m以上的距离，在 利用建筑钢筋作引下线时特别要注意到这一点。
《建筑物防雷设计规范》对此规定了该距离的计算公式。
电涌保护器(SPD)是一种限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件。
因此，必须经济有效地在DCS中选用SPD。
5结束语 一个装置的防雷设计必须因地制宜地考虑所处的地理位置和环境、年雷暴日的多少以及系统规模的大小。
采取一定的防雷措施，防止或减少因雷击导致系统和设备的故障和损坏，做到安全可靠、技术先进、 经济合理。
刘继.张纬钹.孙嘉平等。
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