淺談污水處理廠的防雷措施

    盡管與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，存在著新的電子系統(tǒng)對(duì)電涌干擾更加靈敏、污水處理廠大范圍的露天的結(jié)構(gòu)狀況、測(cè)量設(shè)備和控制系統(tǒng)的分布領(lǐng)域廣泛等特點(diǎn)，雷電放電或電涌侵襲所帶來的風(fēng)險(xiǎn)影響更高。因此，如果沒有有效的防護(hù)措施，一個(gè)完整的過程控制系統(tǒng)或它的一部分遭受損壞的概率之高是完全可以被預(yù)見的。這種損壞后果的影響也是十分深遠(yuǎn)的，它們涉及從功能恢復(fù)的安裝成本，到為清除水體污染等不可預(yù)知的費(fèi)用。為了有效地防止這些災(zāi)害、提高系統(tǒng)的可利用率，須采取外部和內(nèi)部防雷措施1 污水處理廠的監(jiān)測(cè)/控制中心

    由于雷電放電而遭受的電涌損害的激增,必須修正對(duì)污水處理廠監(jiān)測(cè)/控制中心的保護(hù)的概念。從系統(tǒng)的擴(kuò)大和現(xiàn)代化的角度出發(fā)，不得不改進(jìn)、采取的相應(yīng)的保護(hù)措施。為制定此項(xiàng)技術(shù)性/經(jīng)濟(jì)性的概念，要先行評(píng)估雷電損害風(fēng)險(xiǎn)。

    首先，與運(yùn)營(yíng)商一起討論與監(jiān)測(cè)/控制中心的結(jié)構(gòu)和使用有關(guān)問題的一份問卷，并以書面形式記錄下來。這種操作方法確保所有的參與者能夠建立并領(lǐng)會(huì)防雷保護(hù)概念。這個(gè)概念代表了當(dāng)時(shí)的最低要求，它在任何時(shí)候仍然可以在技術(shù)上得到進(jìn)一步的改進(jìn)。

    一、安裝設(shè)備的描述

    完整的過程控制系統(tǒng)集中在污水處理廠的監(jiān)測(cè)/控制中心,蔓長(zhǎng)的電纜從中心連接到測(cè)量站和/或分測(cè)量站，當(dāng)受到雷擊時(shí)，有相當(dāng)部分的雷電流和電涌電流通過這些電纜。這往往導(dǎo)致系統(tǒng)的破壞和失效，類似的情況也發(fā)生在供電系統(tǒng)和通信線路中。該污水處理廠的監(jiān)測(cè)/控制中心本身必須受到保護(hù)，避免遭受火災(zāi)(直接雷擊)的損壞；電氣及電子系統(tǒng)(控制及自動(dòng)化系統(tǒng)，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng))要防御雷電電磁脈沖(LEMP)的影響。

    根據(jù)國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)62305-2 [2]中的公式，對(duì)實(shí)際狀態(tài)的計(jì)算結(jié)果是：對(duì)于損失類型為L(zhǎng)2和L4的情況，計(jì)算得到的雷電損害風(fēng)險(xiǎn)R仍是大大高于各自可接受的損害風(fēng)險(xiǎn)RT。

    為了對(duì)這兩種損失類型實(shí)現(xiàn)R

    A、雷電流保護(hù)系統(tǒng)，據(jù)IEC 62305第3部分，保護(hù)級(jí)別III。 

    B、1級(jí)SPD(電源系統(tǒng))及電涌保護(hù)器，用于IT線纜(測(cè)量、控制和通信線路)，損害類型為D1。

    C、2級(jí)C2類SPD(電源系統(tǒng))，用于IT線纜(測(cè)量、控制和通信線路)。

    二、污水處理廠監(jiān)測(cè)/控制中心的保護(hù)措施

    1、雷電流保護(hù)系統(tǒng)

    現(xiàn)有污水處理廠監(jiān)測(cè)/控制中心的防雷系統(tǒng)是根據(jù)三級(jí)保護(hù)水平的需要安裝的。所有在屋頂上安裝的部件均由一個(gè)帶絕緣裝置的接閃器來保護(hù)著。對(duì)直擊雷的防護(hù)是通過避雷針來實(shí)現(xiàn)的，并保持必要的隔離距離和保護(hù)角。這樣，阻止了在直接雷擊監(jiān)測(cè)/控制室時(shí)部分雷電流流入建筑物而造成的損害。安裝引下線(在這個(gè)應(yīng)用中共4個(gè)，因?yàn)榭刂剖业拇笮?5×12米)是用來保持接地棒到接地裝置之間的隔離距離。

    2、對(duì)外部引入的電纜線的電涌保護(hù)

    通常，所有的從外面進(jìn)入污水處理廠的導(dǎo)電系統(tǒng)都必須連接到等電位連接裝置中。 等電位連接的要求，是通過所有金屬系統(tǒng)的直接連接，及在組成系統(tǒng)的工作電壓下所有系統(tǒng)的間接連接來實(shí)現(xiàn)。這些SPD必須具有雷電電流泄放的能力(1級(jí)SPD：測(cè)試波形為10/350μs)。防止雷電流進(jìn)入建筑物的內(nèi)部，等電位聯(lián)接應(yīng)盡可能地靠近入口。

    3、IT系統(tǒng)的電涌保護(hù)

    為安全起見，進(jìn)戶線入口是所有到污水處理廠的IT電纜的傳輸接口。在該處使用了具有雷電流承載能力的SPD(損害類型為D1)。氣體放電管常安裝于此。從傳輸接口處，線纜被直接引向開關(guān)柜并在那里接觸連接。根據(jù)所做的風(fēng)險(xiǎn)分析，在線纜的入口處必須引入SPD，它應(yīng)適合該環(huán)境條件下的應(yīng)用(C2類)并能與該系統(tǒng)兼容。 這就是一個(gè)完整的、用于IT布線系統(tǒng)的防止電涌的保護(hù)概念。 

    4、低壓供電系統(tǒng)的電涌保護(hù)

    在上述的應(yīng)用中，1級(jí)SPD被安裝在建筑物的入口。另外，為保護(hù)控制和系統(tǒng)中的電源，又額外地安裝了一個(gè)2級(jí)SPD。在現(xiàn)有所描述的應(yīng)用中，為保護(hù)終端設(shè)備再安裝一個(gè)SPD，它們之間以及與被保護(hù)的終端設(shè)備必須做到相互協(xié)調(diào)，此外還要遵守廠家相應(yīng)的說明和指示。相對(duì)于其他應(yīng)用，在低電壓用戶裝置中使用的SPD沒有什么特殊性，并常常都給予了說明。

    5、等電位連接

     完整的污水處理廠的監(jiān)測(cè)/控制包括了符合IEC 60364-4第41部分的等電位連接。為避免不同部分及外部導(dǎo)體的電勢(shì)差，要對(duì)業(yè)已存在的等電位連接進(jìn)行測(cè)試。建筑物的支撐及建筑部件，如管道、容器等也要被整合到了等電位連接中，這樣，即使在發(fā)生故障時(shí)也不會(huì)造成電勢(shì)差。在使用SPD時(shí)，每個(gè)連接到等電位連接處的接地導(dǎo)線的橫截面積必須按照制造商的SPD指示說明來設(shè)計(jì)。

    三、總結(jié)

    新的關(guān)于雷電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的草案，要求人們采用以未來為導(dǎo)向的、靈活和可靠的方法，也使建筑物中的高可用性的電子系統(tǒng)獲得全面的防雷保護(hù)成為可能。風(fēng)險(xiǎn)分析為可靠地?cái)M訂技術(shù)/經(jīng)濟(jì)保護(hù)概念提供了一個(gè)額外的規(guī)劃途徑。計(jì)劃保護(hù)措施的執(zhí)行要根據(jù)IEC 62305中1-4部分的保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。總之，新的標(biāo)準(zhǔn)草案基本滿足了在受雷電影響時(shí)，電力系統(tǒng)及IT系統(tǒng)的高可用性的要求。