1、浅谈给水控制设备防雷摘 要：本文分析了给水控制设备防雷的必要性，并介绍了雷电的形式、危害、避雷原理、防雷措施、防雷设备的选型及在我段给水控制设备中的应用。 关键词： 给水控制 设备 防雷 探讨 中图分类号：TU856 文献标识码： A 文章编号： 1. 引言 我段担负着石太线、石德线、京九线、京广线、邯长线、石太客专、津霸线共 2100 多公里铁路沿线站的生产、生活供水任务，共有给水站 90多个；扬水设备 185 套，这些水泵都有控制设备控制开停，随着科技的进步，自动控制、通信和计算机网络等微电子设备在铁路给水控制设备中得到日益增加的广泛应用，我段已使用给水集控设备 40 多处、PLC 控制柜
2、 50 多面、4-20 毫安输出水位计 70 多个，且在逐年增加。这些微电子设备都用于给水自动控制和集中监控中，它们的大量应用使给水控制设备防雷提上议事日程。因给水自动化控制程度的逐步提高，使雷击事故带来的损失和影响也越来越大，雷击经常使给水控制设备中的计算机网络、自动控制、微电子设备、通讯设备系统等现代化设备遭到损毁。仅 2007 年我段就因雷击造成 4-20 毫安输出水位计损坏 21 个，PLC 及扩展模块损坏 15 个，无线电台、电源、微机、电流、电压变送器、通讯板、调制解调器、GPRS 猫、短信猫等损坏 30 多个，这些设备的损坏不但给我段造成了经济损失，而且更主要的是影响了正常供水。
3、为了保证正常供水，减少雷击损失，下面以我段设备实际就给水控制设备防雷进行探讨。2. 雷电的形式和危害 雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间的迅猛放电，这种迅猛的放电过程产生强烈的闪光并伴随巨大的声音。云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响；云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。 雷击有三种主要形式：其一是带电的云层与大地上某一点之间的发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷” 。其二是带电云层由于静电感应作用，使地面某些范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致
4、出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷” 。其三是“球形雷” 。它发生的机会很少，而且它存在的时间十分短，所以十分缺乏严谨的科学数据和分析，要对它进行研究十分困难。因而，目前还不能完满地解释这种现象，或通过实验完满地重现这种现象。虽然它发生的几率很小，但发生的次数也相当多。 每一次雷闪释放能量可高达数百兆焦耳（MJ）,强大的雷电流可使放电通道中瞬时温度升高到 600010000C，其产生的热效应、机械效应和电效应具有极大的破坏性，会致死人命，摧毁房屋建筑。据有关部门估计，全世界平均每分钟发
5、生雷电 2000 次，全球每年因雷击造成的人员伤亡超过 1 万人，所导致的火灾、爆炸等时有发生。此外，随着科技的发展，特别是电子技术从本世纪六十年代的电子管元器件发展到八十年代的大型集成电路以来，人类于 1973 年可将 1 万个元件安置在 1cm2 上。元件的耐受能量的能力已由 0.110J 降至 10-810-6J，与一次雷闪所产生的能量相差悬殊。雷电产生的强大电磁脉冲(LEMP)，更具破坏性。一次雷击可释放能量：数百兆焦耳（MJ） ，而敏感电子设备耐受能量：毫焦耳（MJ） 。例如：由于 LEMP 的干扰，对无屏蔽的计算机当 LEMP 感应强度达到 0.03GS 时，计算机会误动；当 LE
6、MP 感应强度达到 0.75GS 时，计算机会假性损坏；当 LEMP 感应强度达到 2.4GS 时，计算机设备会永久性损坏。 因此，随着信息产业的迅猛发展，自动控制、通信和计算机网络等微电子设备和电子系统在各个行业得到日益广泛的应用，雷击事故带来的损失和影响也越来越大，常常使计算机网络、自动控制、微电子设备、通讯设备系统等现代化设备遭到损毁。尤其是在经济发达国家和地区，雷击造成的电子设备直接经济损失达雷电灾害总损失的 80%以上。雷电灾害已成为联合国公布的 10 种最严重的自然灾害之一。雷电灾害被列为“电子时代的一大公害” 。 过电压及雷击（直接、间接）造成的损失雷电灾害，也是目前中国十大自然
7、灾害之一。据统计，我国有 21 个省、区、市雷暴日在 50 天以上，最多的可达 134 天。1998 年和 1999 年两年，中国因雷击造成的直接经济损失达百万元以上的有 38 起。每年因雷电灾害伤亡的人员约为3000-5000 人，造成的财产损失在 70100 亿元左右。我国的雷电灾害损失 80%以上涉及电子、通讯和配电系统。 雷电流有以下几种破坏作用： 1雷电流的热效应 在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以在雷击点局部范围内产生高 600010000C，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配
8、电线路时，可以将线路熔断。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。 2雷电冲击波效应作用 由于雷电通道中空气受热急剧膨胀，并以超声速度向四周扩散，其外围附近的冷空气被强烈压缩形成“激波” 。被压缩空气的外界被称为“激波波前” 。 “激波波前”到达的地方，空气密度、压力和温度都会突然增加。 “激波波前”过后，该区域内空气压力下降，直到低于大气压力。这种“激波”在空气中传播，会使附近的建筑物受到破坏，人、牲畜受到伤害，这种冲击波的作用就如同炸药在爆炸时对附近的建筑物、人和牲畜的损害一样。 雷雨云的庞大体积因迅速放电而收
9、缩，当雷雨云内电应力突然解除时，在一部分带电雷云的流动压力将减少到 0.3mm 汞柱的程度，这样就形成了稀疏区和压缩区，它们以零点几 Hz 到几 Hz 的频率向外传播，这就形成了次声波，次声波对人、牲畜有伤害作用。 3 静电感应和电磁感应作用 雷电放电时，在附近的导体上产生静电效应和电磁感应，使导体产生火花引起爆炸或火灾。当金属屋顶、输电线路或其他导体处于雷云和大地之间所形成的电场中时，导体上就会感应出与雷云性质相反的大量电荷（简称束缚电荷） 。雷云放电后，云与大地间的电场突然消失，导体上的电荷来不及立即流散，因而产生很高的对地电位。这种对地电位称为“静电感应电压” 。当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等，都由于静电感应的作用而带上相反的电荷。由于从雷云的出现到发生雷击(主放电)所需要的时间相对于主放电过程的时间要长得多，因此大地可以有充分的时间积累大量电荷。当雷击发生后，雷云上所带的电荷，通过闪击与地面的异种电荷迅速中和，而某些局部，例如架空导线上的感应电荷，由于与大地间的电阻比较大，不能在短的时间内消失，这样就会形成局部感应高电压。 这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用 。 图 2.1 雷云下架空线路图 2.2 雷云下架空线路的
