国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

空壓機(jī)系統(tǒng)遭受閃電靜電、電磁感應(yīng)分析與防護(hù)

2017-05-30 10:48喬國林
企業(yè)科技與發(fā)展 2017年12期
關(guān)鍵詞:空壓電涌保護(hù)器

喬國林

【摘 要】空氣壓縮機(jī)是工廠動力系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備,為使之安全運(yùn)行及保障人員安全,其雷電防護(hù)措施到位尤為重要,尤其要規(guī)避地位反擊。文章以某工廠空壓機(jī)群為例,分析空壓機(jī)遭受感應(yīng)雷磁場強(qiáng)度,計算所屬配電柜、控制柜產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓,從而闡明空壓機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生雷電安全防范問題;通過空壓機(jī)群地位反擊分析,提出空壓機(jī)信息系統(tǒng)免受雷電電磁脈沖干擾的完整、多層次防護(hù)措施;通過雷電防護(hù)等級劃分,使空壓機(jī)系統(tǒng)雷擊風(fēng)險評估得以實施,避免了空壓機(jī)系統(tǒng)防雷工程實施盲目性,確??諌簷C(jī)系統(tǒng)的防雷更有效。

【關(guān)鍵詞】電磁環(huán)境;接地;雷擊風(fēng)險;地位反擊

【中圖分類號】TH45 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688(2017)12-0061-04

0 引言

工廠各階段生產(chǎn)工藝中大多都需要連續(xù)不斷穩(wěn)定地壓縮空氣,而此壓縮空氣是由空氣壓縮機(jī)這一生產(chǎn)設(shè)備提供的??諝鈮嚎s機(jī)運(yùn)作過程如圖1所示。

出于生產(chǎn)工藝的壓縮氣體壓力穩(wěn)定和供氣需要,企業(yè)經(jīng)常設(shè)置空壓站,它是由多臺大中型空氣壓縮機(jī)構(gòu)成。大多數(shù)企業(yè)為了生存和發(fā)展,都建成了智能型的控制系統(tǒng)的空壓機(jī)站,使企業(yè)空壓機(jī)運(yùn)行能耗降低,使生產(chǎn)工藝得以實現(xiàn)自動化或半自動化。

從(某工廠)控制樓將驅(qū)動電源和運(yùn)作控制信號引至空壓機(jī)群,其電氣連接構(gòu)成如圖2所示。

總信號控制單元、電源驅(qū)動單元、電纜單元和空壓機(jī)群皆為空壓機(jī)系統(tǒng)的子單元。本文以某工廠空壓機(jī)群為例,雷擊造成該廠空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常,具體表現(xiàn)為控制信號中斷、失靈或失真等。很明顯,靜電感應(yīng)或雷電波侵入可引起這種現(xiàn)象。從雷擊的現(xiàn)象上看,廠房頂部無直接被雷擊中的跡象,造成這次雷擊事故是雷電流的侵入所造成的。該空壓站內(nèi)的多臺空壓機(jī)和其他輔助單元構(gòu)成空壓機(jī)系統(tǒng),該空壓站機(jī)房頂部未設(shè)避雷設(shè)施;機(jī)房內(nèi)部有進(jìn)出的架空的電纜線架及架空管道;空壓機(jī)群設(shè)備有設(shè)備保護(hù)接地和控制器的邏輯接地,兩接地均為單獨接地形式。

從對該空壓機(jī)系統(tǒng)遭受感應(yīng)雷磁場強(qiáng)度進(jìn)行分析,以及對所屬配電柜、控制柜產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓進(jìn)行計算中,闡明空壓機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生雷電安全防范問題。進(jìn)而,通過雷擊風(fēng)險評估手段,使空壓機(jī)系統(tǒng)防雷工程更具有明確性、針對性、有效性和經(jīng)濟(jì)合理性。

1 電磁環(huán)境參數(shù)計算和分析

1.1 空壓機(jī)站建筑物內(nèi)電磁環(huán)境

1.1.1 計算開路電壓

1.1.2 計算空壓機(jī)站建筑物內(nèi)磁場強(qiáng)度

1.1.2.1 分析磁場強(qiáng)度

機(jī)房內(nèi)磁場干擾強(qiáng)度[2]應(yīng)不大于800 A/m,即實際中的磁場強(qiáng)度小于規(guī)定值。

1.1.2.2 分析磁感應(yīng)

通過計算得B2=3.9 Gs,其值略大于規(guī)定。在無屏蔽狀態(tài)下[5],當(dāng)環(huán)境磁場感應(yīng)強(qiáng)度>0.07 Gs時,計算機(jī)會誤動作;當(dāng)環(huán)境磁場感應(yīng)強(qiáng)度>2.4 Gs(191 A/m)時,設(shè)備會永久性損壞。

1.2 空壓機(jī)站建筑物周圍遭受雷擊時其控制柜產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓

雷云中的電荷積聚導(dǎo)致附近的導(dǎo)體感應(yīng)相反的電荷,此種現(xiàn)象為靜電感應(yīng),其感應(yīng)靜電壓往往可達(dá)到幾百千伏。凸出物頂部的感應(yīng)電荷是在雷云與其他部位放電后失去束縛,并沿著導(dǎo)體釋放通道流動,表現(xiàn)出電路中的電脈沖。

雷電流值以Im(kA)表示。大多數(shù)情況下,Im≤100 kA,在此取50 kA;假定空壓機(jī)站建筑物直擊雷防護(hù)措施缺乏,其附近遭受雷擊時,空壓機(jī)站建筑物內(nèi)控制室柜產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓,空壓機(jī)附屬設(shè)備平均高度以hdp表示,取值為3 m;直接雷擊點距物體的距離以S表示,取值為65 m。若S值不大,雷云直接對線路放電就會產(chǎn)生,其產(chǎn)生的電壓是直擊雷電壓[3],而非感應(yīng)過電壓。

靜電產(chǎn)生的電位計算公式[3]如下:

從該計算結(jié)果可以看出,靜電感應(yīng)產(chǎn)生的電位可達(dá)幾十千伏。1.5 kV為電子信息設(shè)備需要保護(hù)的限值,故空壓機(jī)站建筑物外部到位的防雷措施是不可或缺的。

2 雷電防護(hù)等級劃分

借助如上電磁參數(shù)的計算和分析,確定劃分空壓機(jī)系統(tǒng)雷電防護(hù)等級所需的部分參數(shù)。雷擊電磁脈沖和直擊雷造成損壞可接受年平均最大雷擊次數(shù):NC=5.8×10-1/5.7=0.101 75。該空壓機(jī)站建筑物長30 m,寬8 m,高8 m;土壤電阻率取值為110 Ω·m。

建筑物及入戶設(shè)施年預(yù)計雷擊次數(shù)(次/a):

N=1.0×(0.1×49.9)×0.000 24+0.1×49.9×0.22×2=1.197 6×10-3+2.196=2.197 2

當(dāng)N>NC時[4],雷電防護(hù)裝置應(yīng)具備。

(防雷裝置)攔截效率:

根據(jù)如上數(shù)據(jù)判斷,該空壓機(jī)系統(tǒng)雷電防護(hù)等級為A級[4]。故對該空壓機(jī)系統(tǒng)的雷電防護(hù),應(yīng)采取最高級別的設(shè)計和施工。

3 雷電反擊

強(qiáng)大的雷擊電流先通過接閃器,后經(jīng)過引下線路、接地裝置,最后泄入大地,這樣便使地電位升高。

圖3 A點的電位uA如下:

公式(1)中:接地裝置上產(chǎn)生的電阻壓降(電位的電阻分量)以uR表示,單位為kV;忽略不計引下線電阻,引下線h段長度上產(chǎn)生的電感壓降(電位的電感分量)以uL表示,單位為kV;接地裝置的沖擊接地電阻以Rch表示,單位為Ω。A點到地面h段高度的引下線的電感以L表示,單位為μH。令L0為引下線單位長度電感(μH/m),通常每米約1.3 μH,L=hL0。

計算公式(1)求出:

uA=150Rch+75hkV(2)

假如接地電阻為4Ω,引下線有20根(包括內(nèi)鋼筋柱體),每根引下線通過雷電流為7.5 kA,則地電位(h=0)則達(dá)30 kV。在設(shè)備或各類管線靠近的情況,高地電位便可形成于設(shè)備或管線。

高壓技術(shù)[3]實測數(shù)據(jù)闡明,700 kV/m約為雷電壓電感分量對空氣間隙的擊穿強(qiáng)度,500 kV/m約為雷電壓的電阻分量對空氣間隙的擊穿強(qiáng)度,則放電瞬間對被保護(hù)對象不發(fā)生反擊的最小空氣間距Sk:

Sk≥0.3Rch+0.12h(3)

對單端接地式避雷線和避雷針:

Sd≥0.3Rch(m),通常Sd不應(yīng)小于3 m。假定Rch=4Ω,h=20 m,根據(jù)公式(3)算得Sk≥3.6 m。

通常防雷接地與電氣接地都是分設(shè)的。場地的限制一般很難達(dá)到安全距離要求。出于防止雷電電磁脈沖的信息系統(tǒng)干擾,必須完整和多層次地實施接地、屏蔽、電涌保護(hù)器、布線等工程,才能確保空壓機(jī)信息系統(tǒng)的安全運(yùn)行及作業(yè)人身安全。

4 該空壓機(jī)系統(tǒng)的問題分析與雷電防護(hù)

4.1 遭受雷擊問題和防護(hù)

遭受雷擊途徑:①該空壓機(jī)站建筑物直接引雷;②遭受直擊雷的襲擊點在空壓機(jī)站建筑物附近,而后將雷電波傳送空壓機(jī)。

問題:該空壓站內(nèi)由5臺空壓機(jī)構(gòu)成空壓機(jī)群,而站房頂部未設(shè)立接閃帶等避雷措施。

根據(jù):依據(jù)相應(yīng)規(guī)定[1],各類防雷建筑物應(yīng)設(shè)防直擊雷的外部防雷裝置。

后果:該空壓機(jī)站建筑物內(nèi)金屬裝置或線路受到閃電靜電、電磁感應(yīng)的嚴(yán)重影響。

措施:直擊雷的防護(hù)措施采用的是接地裝置且選擇鑄銅棒;(結(jié)構(gòu)式)引下線為4×40 mm鍍鋅扁鋼;接閃器選擇5 m×5 m網(wǎng)格,4×25 mm鍍鋅扁鋼。接閃器網(wǎng)格實施工程如圖4所示。

4.2 采用B型接地網(wǎng)設(shè)計

采用B型接地網(wǎng)設(shè)計,可以實現(xiàn)均流作用。將設(shè)計的人工接地與原來的設(shè)備接地體連接,實現(xiàn)部分公用接地。工程原理如圖5所示。

4.3 雷電波防護(hù)設(shè)計

4.3.1 電源電涌保護(hù)器

上述已闡明該空壓機(jī)系統(tǒng)雷電防護(hù)等級為A級,作為第一級保護(hù)的電涌保護(hù)器要求標(biāo)稱放電電流≥40 kA;在UPS機(jī)柜處,設(shè)置作為第二級保護(hù)的電涌保護(hù)器要求標(biāo)稱放電電流≥20 kA(如圖6所示)。

4.3.2 信號電涌保護(hù)器

根據(jù)該空壓機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)線走向分散的特點,設(shè)置SI-024TR1信號型電涌保護(hù)器于交換機(jī)接口RS485處。原理如圖7所示。

4.4 兩個獨立接地間的地電位反擊

4.4.1 地電位反擊分析

空壓機(jī)系統(tǒng)遭受雷擊可由直擊雷引起,也可能是雷電擊在附近的架空金屬管道上,雷電流經(jīng)架空管道引入室內(nèi)。由于進(jìn)入室內(nèi)的架空管道與空壓站內(nèi)空壓機(jī)的外殼、儀表控制盤的外殼相連,使空壓機(jī)的外殼、儀表控制盤的電位升高(Ug=R×Ig)。而儀表控制盤的邏輯接地為單獨接地,其電位為0 V,使儀表控制盤的外殼與站內(nèi)的電子設(shè)備之間產(chǎn)生較高的電位差,造成感應(yīng)與反擊現(xiàn)象??諌簷C(jī)系統(tǒng)遭受雷擊事故的根本原因是該空壓站內(nèi)的接地形式不合理造成,即保護(hù)接地與邏輯接地形成地位反擊。

4.4.2 地電位反擊防范措施

對于獨立接地系統(tǒng),雷擊發(fā)生時,瞬間極高電位差產(chǎn)生于2個地線系統(tǒng)間。這可能對電子設(shè)備及人身造成危害?;诘入娢坏乃枷?,地極保護(hù)器安裝于2個獨立地線之間,即發(fā)生雷擊時地極保護(hù)器在納秒內(nèi)導(dǎo)通,使2個接地線間電位均衡,而規(guī)避地電位反擊;正常情況下,2個獨立接地系統(tǒng)互不干擾。原理及實施如圖8所示。

5 結(jié)語

本文以空壓機(jī)系統(tǒng)遭受雷電襲擊案例,建立在相應(yīng)的電磁參數(shù)計算和定量的分析、雷電防護(hù)等級劃分、地位反擊分析,以及雷擊風(fēng)險評估之上的空壓機(jī)系統(tǒng)雷電防護(hù)工程設(shè)計,更能體現(xiàn)科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、操作性和普遍性。同時,本文介紹了關(guān)于工業(yè)設(shè)備中經(jīng)常存在的各自獨立接地系統(tǒng)而要求規(guī)避地位反擊的解決辦法和工程實例,這對于近似雷電防護(hù)工程具有實用的參考價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]GB 50057—2010,建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB/T 2887—2011,電子計算機(jī)場地通用規(guī)范[S].

[3]耿毅.工業(yè)企業(yè)供電[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

[4]GB 50343—2012,建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB 21431—2015,建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯:鐘聲賢]

猜你喜歡
空壓電涌保護(hù)器
電石生產(chǎn)工藝空壓系統(tǒng)運(yùn)行小結(jié)
淺談空壓站能耗管理系統(tǒng)設(shè)計
淺談電涌保護(hù)器在儀表中的應(yīng)用
智能冗余斷相保護(hù)器的設(shè)計與完善
淺談機(jī)載類廠房小型空壓站設(shè)計
公路外場監(jiān)控設(shè)備電涌(浪涌)保護(hù)措施探討
你了解漏電保護(hù)器和空氣開關(guān)嗎
基于STM32的智能低壓保護(hù)器的研制
紡織廠空壓管網(wǎng)的節(jié)能優(yōu)化
瞬間踝足保護(hù)器