仪表及控制系统防雷接地浅析，电气工程师必看！

一、电涌保护器接地概述

1、电涌保护器(SPD--surge protective device)名称

电涌保护器也称为浪涌保护器或电涌防护器。它是至少包含一个非线性电压限制元件，用于限制瞬态过电压和分流浪涌电流的装置。正常使用时，供电和信号可以基本不受阻碍通过，当异常过电流、过电压的浪涌出现在回路中时，浪涌保护器会自动迅速启动，将浪涌电流泄放，防止其进入设备，达到保护的目的。

电涌保护器或浪涌保护器名称的由来,因国内的标准规范编制单位和个人对翻译的理解不同,对应用场合不同而异。

2、雷电防护的发展

近10年来，石油化工行业对雷电防护的重视和应用如雨后春笋般发展起来，形成了丰富的标准和规范，目的是用于指导防雷工程,但是,一些标准规范之间关于接地问题方法存在差异和不同,这将造成没有统一接地方法的混淆。

3、电涌保护器的设置

防雷工程主要包括：

1) 满足雷电防护分区、分级确定的防雷等级要求。

2) 应采用等电位连接与接地保护措施。

3) 采用针对仪表及控制系统和电缆采取屏蔽及合理布线措施。

4) 应根据实际应用情况，确定采用合适的电涌保护器。电涌保护器的设置仅仅是防雷工程的一部分。

4、防雷工程主要采用的标准规范

GB 15599 石油与石油设施雷电安全规范

GB 18802.1 低压配电系统的电涌保护器(SPD) 第1部分:性能要求和试验方法

GB 18802.21 低压电涌保护器 第21部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD)---- 性能要求和试验方法

GB 18802.22 低压电涌保护器 第22部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD) 选择和使用导则

GB/T 19271.3 雷电电磁脉冲的防护 第3部分：对浪涌保护器的要求

GB/T 21714.1 雷电防护 第1部分:总则

GB/T 21714.4 雷电防护 第4部分: 建筑物内电气和电子系统

GB 50057 建筑物防雷设计规范

GB 50343 建筑物电子信息系统防雷技术规范

SH/T 3164 石油化工仪表系统防雷工程设计规范

HG 20513 仪表系统接地设计规范

IEC 61312 国际电工委员会(IEC--International Electro-technical Commission)，雷电电磁脉冲防护(Protection against lightning electromagnetic impulse)

IEC 62305 国际电工委员会(IEC--International Electro-technical Commission)，雷电防护(Protection against lightning)

UL1449 美国保险实验室协会防雷标准(UL--Underwriter Laboratories Inc.)，浪涌保护器(Surge protective devices)

IEEE(C62.41) 电气和电子工程师协会(IEEE--Institute of Electrical and Electronics Engineers)，低压交流电源电路浪涌保护器推荐规程(Recommended practice on surges in low-voltage ac power circuits)。

二、控制系统的防雷接地

1、电源线路防雷措施

1)进出电子信息系统机房的电源线路不宜采用架空线路。

2)电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，从建筑物内总配电柜(箱)开始引出的配电线路必须采用TN-S系统的接地形式。

3)配电系统中设备的耐冲击电压额定值Uw参考表1规定选用。

表1 220V/380V三相配电系统中各种设备耐冲击电压额定值Uw

4)电子信息系统设备配电线路电涌保护器安装一般分三级，第一级安装在低压总配电盘(LPZ0A或LPZ0B与LPZ1交界处)，第二级安装在UPS前端和信息系统动力配电箱，第三级安装在信息设备电源进线处。

5)第一级电涌保护器，应设置为电压开关型电涌保护器或限压型电涌保护器;第二级和第三级的电涌保护器，应设置为限压型电涌保护器。

6)电涌保护器的电压保护水平Up值应小于被保护设备的冲击耐受电压Uw。

7)最大放电电流Imax应不小于标称放电电流In的2倍。

8)电源线路的电涌保护器的冲击电流Iimp或标称放电电流In的参数推荐值宜符合表2的规定。

表2 电源线路电涌保护器的冲击电流Iimp或标称放电电流In的参数推荐值

9)对露天安装的电子信息设备提供电源时，现场电源入口应安装电涌保护器，并进行等电位连接。交流电源电涌保护器执行表2第三级SPD保护参数，直流电源电涌保护器执行表2直流电源SPD保护参数。

10)电涌保护器与电源线的连接导线应平直，其长度不宜大于0.5m。当电压开关型电涌保护器至限压型电涌保护器之间的线路长度小于10m、限压型电涌保护器之间的线路长度小于5m时，在两级电涌保护器之间应加装退耦装置。

2、过程控制系统防雷措施

1)不同建筑物间及户外场所的模拟信号、脉冲信号、通信信号回路两端应加装电涌保护器。

信号线路浪涌保护器SPD 应连接在被保护设备的信号端口上。浪涌保护器SPD 输出端与被保护设备的端口相连。浪涌保护器SPD 也可以安装在机柜内，固定在设备机架上或附近支撑物上。

2)信号线路浪涌保护器SPD 接地端宜采用截面积不小于1.5mm2的铜芯导线与设备机房内局部等电位接地端子板连接，接地线应平直。

3)过程控制单元(PLC或RTU)的信号浪涌保护器性能参数应符合表3的要求。

表3 信号浪涌保护器性能参数要求

注：

1) Uoc为开路电压、isc为短路电流

2) LPZ0B区域内，可用波形为8/20μs的浪涌电流试验(II类测试)或适当组合波试验(III类测试)来模拟感应 效应。

3) LPZ1、LPZ2区域内，可用波形为8/20μs的浪涌电流试验(II类测试)或适当组合波试验(III类测试)来模拟感应效应。对于开关型SPD，则需要考虑前级SPD触发施加于后缀SPD上的10/350μs浪涌。

3、电涌保护器接地

电涌保护器串接在被保护设备与信号传输线路之间，且应靠近被保护设备端安装，被保护设备接地应通过电涌保护器接地导轨连接至站场主接地网。电涌保护器接地原理参见图1。

图1 电涌保护器接地原理图

控制室的信号SPD安装导轨接地，导轨与机柜内工作地汇流排通过16mm2多股铜线可靠连接。

对于控制室侧未通过导轨安装的信号SPD，其接地线应与机柜内工作接地汇流排可靠连接，且接地线长度不宜大于0.5米。

机柜内电涌保护器的接地连接参见图2：

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