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分散型控制系统的防雷分析

1.问题的提出

 凡是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。美国通用研究公司R-D-希尔用仿真

试验建立的模型表明：对无屏蔽的计算机，当雷电电磁脉冲的磁场强度超过0.03乘以

10-4T时，计算机会误动作;当超过2.4乘以10-4T时，计算机会永久性损坏。所以，如

无一定的防护措施，即便是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。

 我们从调研中得知，进口的控制系统(如应用在某化学公司的美国GE系统和

SMART现场总线等)都曾遭受过雷电的侵害。又根据资料报道，在我国气象部门，像

国家气象中心的大型计算机网络、通信系统等要害部门也都曾多次遭遇雷击。

 2.回顾防雷概念的转变

 建筑物的防雷是一门古老的技术，但是防雷技术在近二十年发生了很大的变

化，其中重要的是在防雷概念上有如下几点转变：

 1)防雷的重点从人身和电气设备的安全转变为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。

 2)外部的防雷技术从以前的避雷针和避雷带转变为现在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在的以等电位联接方式为主。

 3)以前检验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接地

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电阻值，特别是从独立接地到等电位联接方式的转变。

 如上所述，防雷技术和防雷概念虽然有了很大的变化，但直至现在，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(更确切地说是电流波)，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，这些基本概念仍然没

变。

 3雷电对分散型控制系统危害的形式

 雷电对分散型控制系统的危害主要是通过直击雷和雷电电磁脉冲干扰(也称雷电

波)两种形式。

 直击雷对分散型控制系统的危害指的是：

 1)雷电直接击中建筑物或地面上，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，通过感应耦合到DCS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

称为雷电反击，它会对控制室内的DCS系统产生干扰乃至破坏。

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