混凝土搅拌站控制系统的干扰控制、接地和防雷系统的设计.doc

混凝土搅拌站控制系统的干扰控制、接地和防雷系统的设计第七节 混凝土搅拌站控制系统的干扰控制、接地和防雷系统的设计一、三相四线制和三相五线制的概念（一）、三线四线制（Three phase four wire system）在三相电源中性点和三相负载中性点之间用导线连接所形成的方式。1.1 三相四线制概述三相四线制在低压配电网中，输电线路一般采用三相四线制，其中三条线路别代表A,B,C三相，另一条是中性线N（如果该回路电源侧的中性点接地，则中性线也称为零线；如果不接地，则从严格意义上来说，中性线不能称为零线）。在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为火线，另一条我们称为零线，零线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相系统中，三相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V线间电压中获得220V相间电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。不论N线还是PE线，在用户侧都要采用重复接地，以提高可靠性。重复接地就是在中性点直接接地的系统中，在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。在低压三相四线制中性点直接接地线路中，施工单位在安装时，应将配电线路的零干线和分支线的终端接地，零干线上每隔1千米做一次接地。对于距接地点超过50米的配电线路，接入用户处的零线仍应重复接地，重复接地电阻应不大于10欧。应用中最好使用标准、规范的导线颜色：A相用黄色，B相用绿色，C相用红色，N线用蓝色或者黑色，PE线用黄绿双色。（二）、三相五线制三相五线制是指A、B、C、N和PE线，其中，PE线是保护地线，也叫安全线，是专门用于接到诸如设备外壳等保证用电安全之用的。中性线(N线)就是零线。三相负载对称时，三相线路流入中性线的电流矢量和为零，但对于单独的一相来讲，电流不为零。三相负载不对称时，中性线的电流矢量和不为零，会产生对地电压。PE线在供电变压器侧和N线接到一起，但进入用户侧后绝不能当作零线使用，否则，发生混乱后就与三相四线制无异了。由于这种混乱容易让人丧失警惕，可能在实际中更加容易发生触电事故。现在民用住宅供电已经规定要使用三相五线。为了安全，要求使用三相五线制！三相五线制2.1 三相五线制电路接地方式三相五线制分为TT接地方式和TN接地方式，其中TN又具体分为TN-S，TN-C，TN-C-S三种方式。1、TT接地方式第一个字母T表示电源中性点接地，第二个T是设备金属外壳接地，这种方法高压系统普遍采用，低压系统中有大容量用电器时不宜采用。2、TN接地方式（1）、TN-S接地方式字母S代表N与PE分开，设备金属外壳与PE相连，设备中性点与N相连。其优点是PE中没有电流，故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理，精密检测，高层建筑的供电系统。（2）、TN-C接地方式字母C表示N与PE合并成为PEN，实际上是四线制供电方式。设备中性点和金属外壳都和N相连。由于N正常时流通三相不平衡电流和谐波电流，故设备金属外壳正常对地有一定电压，通常用于一般供电场所。（3）、TN-C-S接地方式一部分N与PE分开，是四线半制供电方式。应用于环境较差的场所。当N和PE分开后不允许再合并。中国规定，民用供电线路相线之间的电压（即线电压）为380V，相线和地线或中性线之间的电压（即相电压）均为220V。进户线一般采用单相二线制，即三个相线中的任意一相和中性线（作零线）。如遇大功率用电器，需自行设置接地线。3、接地原理众所周知，在三相四线制供电中由于三相负载不平衡时和低压电网的零线过长且阻抗过大时,零线将有零序电流通过，过长的低压电网，由于环境恶化、导线老化、受潮等因素，导线的漏电电流通过零线形成闭合回路，致使零线也带一 定的电位，这对安全运行十分不利。在零干线断线的特殊情况下，断线以后的单相设备和所有保护接零的设备产生危险的电压，这是不允许的。如采用三相五线制供电方式，用电设备上所连接的零线（中性线） N 和保护地线（安全线） PE 是分别敷设的，零线上的电位不能传递到用电设备的外壳上，这样就能有效隔离了三相四线制供电方式所造成的危险电压，使用电设备外壳上电位始终处在“地”电位，从而消除了设备产生危险电压的隐患。2.2 三相五线制电路架设要求1) 在用绝缘导线布线时，保护地线应用黄绿双色线，零线一般用黑色线。沿墙垂直布线时，保护地线设在最下端，水平布线时，保护地线在靠墙端。2) 在电力变压器处，零线从变压器中性瓷套管上引出，保护地线从接地体的引出线引出。3) 重复接地按要求一律接在保护地线上，禁止在工作零线上重复接地。4) 采用低压电缆供电时应选用五芯低压电力电缆。5) 在终端用电处(如闸板、插座、墙上配电盘等)零线和保护地线一定分别与零干线相连接。6) 对老企业的改造应逐步实行保护地线和零线分开的办法。例如，在车间入户时零干线做重复接地，重复接地以后零线单独敷设，保护地线由此重复接地体引出；使用四极漏电保护断路器的，在断路器前是三相四线制，在断路器后改为三相五线制；在架空线路供电又实行动力电和照明电分开架设的(两棚线)，可以用随照明线横担架设的零线为工零线（中性线），随动力线横担架设的零线做保护地线（安全线）。2.3 三相五线制电路的应用凡是采用保护接零的低压供电系统，均是三相五线制供电的应用范围。国家有关部门规定：凡是新建、扩建、企事业、商业、居民住宅、智能建筑、基建施工现场及临时线路，一律实行三相五线制供电方式，做到保护地线和零线单独敷设。对现有企业应逐步将三相四线制改为三相五线制供电，具体办法应按三相五线制敷设要求的规定实施。二、混凝土搅拌站控制系统中的干扰控制与接地搅拌站作为砼生产的重要设备，其自动化控制系统在生产质量、生产安全和稳定运行中起着非常重要的作用。然而砼搅拌站的实际工作环境往往比较恶劣和复杂，近年来由于雷电或其它干扰对自动化控制系统造成损害的事例屡见不鲜，严重影响了控制系统的正常运行。实践证明，影响砼搅拌站自动化控制系统正常运行的原因有很多，其中主要原因是接地和防雷措施不够完善。因此，无论从安全第一的原则，还是从经济利益的角度，我们必须采用全方位、多层次的综合接地与防雷措施，以确保控制系统安全可靠、长期稳定运行。（一）、干扰的来源干扰一般是窜入或叠加在系统电源、信号线上的与信号无关的电信号。干扰的出现，轻者会造成称量系统的误差、通讯中断、严重的干扰（如雷击、大的串模干扰）则可能造成称重传感器、称量仪表、工控机等设备的损坏。搅拌站控制系统常碰到的几种干扰：1）、信号线引入干扰当几种信号在一起传输时，这些信号线之间均有分布电容存在，不同的信号会通过这些分布电容耦合到别的信号线上，造成信号之间的干扰，即由其它信号线引入的干扰。2）、带电体漏电引入的干扰一些执行电器（如电机、电动滚筒等），由于内部绝缘性能不好，也会引入很大的干扰。3）、执行机构产生交变磁场引入干扰控制系统附近大型用电设备的启停、开关的闭合、断开等产生的火花会在周围产生很大交变磁场，这些交变磁场可以通过在信号线上耦合产生干扰。如果这些干扰超过允许范围，会影响系统的工作。4）、供电电源线路上引入的干扰一般电力系统的供电电源经常含有多次谐波，这些谐波通过不同的方法和途径，有可能串入控制系统的信号线中。5）、雷电引入的干扰和破坏由于建筑工程搅拌站经常应用于不同的地域，特别是在公路工程建设时常用于野外雷电多发区，易遭受直接雷击或感应雷击，再加上搅拌站内的控制系统使用了较多的对雷电及浪涌极为敏感的电子设备，所以搅拌站易遭受雷击。一般按雷产生的来源分为直击雷、感应雷和类电波侵入等三大部分。备注1：浪涌（Electrical surge）1、浪涌的简介浪涌，就是瞬间出现超出稳定值得峰值，包括浪涌电压和浪涌电流。浪涌电压是指的超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有：重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量，以保护连接设备免于受损。浪涌电流是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。在电子设计中，浪涌主要指的是电源（只是主要指电源）刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲，由于电路本身的非线性有可能高于电源本身的脉冲；或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰叫做浪涌。它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏，如PN结电容击穿，电阻烧断等等。浪涌保护就是利用非线性元器件对高频（浪涌）的敏感设计的保护电路，简单而常用的是并联大小电容和串联电感.2、浪涌的产生供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。2.1、外部原因：雷击对地闪电可能以两种途径作用 在低压供电系统上：直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。2.2、内部原因：内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。3、保护器浪涌保护器浪涌保护器，也叫防雷器，是一种为电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。（二）、接地的分类搅拌站工程技术人员在实践过程中总结出了很多干扰抑制的方法，如隔离、屏蔽、使用双绞线等（例如传感器的屏蔽线），在这些抑制的方法中，“接地与防雷”是最重要也是必不可少的措施。我们应辩证的、全面的观点看待防雷接地，否则就会闹出盲人摸象的笑话。整个搅拌站自动控制系统除了工控机、PLC的供电线路外，还有很多各种类型的信号线直接与它们相连。这些信号有：PLC的输入、输出开关量信号（而且负载能力也有很大差别）；称重仪表以及含水率探头输出的模拟量信号（小信号0-20mV，大信号1-5V）；工控机与仪表及其它控制器通讯的微电信号；直接通过互感器而接到工控机的交流信号等等。下面将介绍系统中的各种接地措施。2.1供电系统接地在低压220/380V的配电系统中（三相五线制），我们采用TN-S接地方式，字母S代表N与PE分开，设备金属外壳与PE相连，设备中性点与N相连。其优点是PE中没有电流，故设备金属外壳对地电位为零。主要用于数据处理，精密检测，高层建筑的供电系统。一般来说配电系统的地线不太干净（含有多次谐波、无规律尖峰脉冲等），这些谐波、无规律尖峰脉冲等有可能串入搅拌站控制系统引起干扰。所以，我们设置了零线重复接地，中性点接地（零线重复接地）是电力系统为了运行需要而设立的接地。国家标准GB/T10171-2005混凝土搅拌站（楼）也有明确表述：零线的重复接地和防雷接地可用同一接地网（接地网，earthing grid，埋于地下一定深度，由导体相互连接成网格状的接地体总称）。2.2防雷接地国家标准GB/T10171-2005混凝土搅拌站（楼）准明确规定，用户应根据混凝土搅拌站的使用地区设置专用接地网，在一般情况下，分料罐设置独立的避雷接地专用接地网（粉料罐防雷接地网还可以作为零线N的重复接地用途）。粉料罐的防雷接地网应连成一体并与粉料罐罐体有可靠的电气连接，接地电阻不大于10。搅拌站防雷工程2.3保护接地搅拌站的保护接地（PE的接线端子接地）及防雷接地（一般情况下不用考虑搅拌站主站的防雷接地）设立专用接地网。粉料罐的防雷接地网与搅拌站的接地网应保持一定距离。搅拌站的接地网并与楼体有可靠的电气连接，接地电阻不大于10。PE接地就是保护接地，保护接地是将强电系统中平时不带电的金属部分（主要指电动机外壳、强电柜外壳、操作台外壳）与地之间形成良好的导电连接，或当绝缘击穿和设备损坏时，保护接地作为电流流动的返回路径，以保护设备和人身安全。因配电系统是强电供电（380V或220V），正常情况下是不带电的，当故障发生造成电源供电火线与机壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳形成带电体，如果没有很好的接地，那么带电体和地之间就有很高的电位差，如果不小心触到这些带电体，就会通过人身形成通路，产生危险，同样也会严重影响整个整个配电系统的正常运作。因此必须将金属外壳和地面之间有很好的接地，使机壳和地面等电位。此外 ，保护接地还不仅可以防止静电的积聚（机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安）；而且当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。2.4计算机系统接地（控制系统）或称工作接地工作接地是为了使系统以及与之相连的的仪表能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。具体到每一个控制元件内部，它可分为机器逻辑地（PG地）、信号回路接地（SG）、屏蔽接地（AG地还可称为模拟地），在石化和其它防爆系统中还有本安接地。机器逻辑地（PG地），也叫主机电源地，是计算机内部的逻辑电平负端公共地，也是+5V等电源的输出地。信号回路接地（SG），如各变送器的负端接地，开关量信号的负端接地等。屏蔽接地，模拟信号的屏蔽层的接地。例如传感器屏蔽线的接地。就搅拌站的控制系统而言，它是由多种电子元器件组成的，除了工业计算机以外，它还包括很多外设，而且数据、信号的处理也不一样。这就涉及到了多种电器元件的多种接地问题。搅拌站的工作接地就是为了使工业控制计算机以及与之相连的仪表、PLC、触摸屏等均能可靠运行，并保证测量和控制精度而设的接地。国家标准GB/T10171-2005混凝土搅拌站（楼）明确规定，采用计算机控制的搅拌站，应设立独立的接地网供计算机使用。接地电阻不大于4，计算机系统接地网和防雷接地网之间的距离应大于10m。例如：砼搅拌控制微机、PLC、工控机、智能控制仪表均要求有良好的接地。2.4.1计算机系统接地（控制系统）或称工作接地要求、接地隔离搅拌站控制系统的所有接地必须和其它供电系统（包括粉料仓防雷接地网及搅拌站的保护接地网）严格分开。为了彻底防止供电系统的影响，控制系统的控制电源一般采用隔离变压器隔开。当接地控制系统存在两个不同的接地时，其接地电位差不大于1V（有效值）。同时需要考虑当线路处于任何一种危险环境时，应对其进行过压过流保护。、接地电阻接地电阻是衡量接地系统好坏的一个重要参数。搅拌站自动控制系统中，不同电器元件的接地组态和要求不同，大多数元件对接地电阻一般要求4以下，特别是称量仪表或称量仪表和PLC的AG接地，如接地电阻不能满足要求，PLC中A/D转换模块的转换精度将受到严重影响，系统性能大打折扣。、接地线接地线是搅拌站控制系统中各电器元件或设备与接地母线之间的连线。所有接地线均为铜质绝缘导线，且不同控制系统对接地线截面积也有要求。当控制系统中采用屏蔽电缆布线时，信息转换插座的接地可利用电缆屏蔽层作为接地线连至每层的配线柜。若控制系统布线电缆采用穿线管或金属线槽敷设时，钢管或金属线槽应保持连续的电气连接，并应在两端具有良好的接地。2.4.2计算机系统接地（控制系统）接地方法搅拌站控制系统中的各种电器元件和设备的接地，应在安装位置处自己分别接地，汇于一点，然后用较粗铜质绝缘导线将各汇地点连接起来，接到接地母线上。对采用屏蔽电缆的布线，所有屏蔽层应保持连续性，并应注意保证导线间相对位置不变。屏蔽层的配线设备端应接地，用户端视具体情况接地，两端的接地应尽量连接至同一接地体。所有外设必须从一条供电线路上供电，而且一台设备（搅拌站电控柜所连接的所有外设即工控机主机系统、PLC、称量仪表、打印机等）的电源必须从其它地方取电，否则可能会烧坏接口甚至设备。注意：原则上不允许各称重传感器和其它变送器在现场端接地，而都应将其负端在用户端处一点接地。但有时现场端必须接地，这时，必须注意原信号的输入端子（上双端）绝对不许和计算机的接地线有任何电气连接。而计算机在处理这类信号时，必须在前端采用有效的隔离措施。在相互通信的电路元件（PLC与仪表、PC与仪表等）需要一个公共参考地，在设计和安装时应尽量把计算机及其外围设备紧密装置在一起，并用通讯抑制器限制任何传导数据线的电压升高。另外，对开关量均是采用隔离的PLC，其内部逻辑单元就是一个独立的单元，与其它部分没有电气连接，这种系统往往不需要PG接地，而是保持内部浮空。所以，用户在设计和施工时，一定要仔细阅读产品的技术要求和接地要求；“因地制宜”。3、总结总之，随着混凝土搅拌站控制系统智能化的不断发展，干扰会导致控制系统失效甚至产生误动作，严重影响系统的安全稳定性，现实对其干扰控制和接地系统提出更为严格的要求。对于整个砼搅拌站，应根据搅拌站所在工地的实际情况和各设备的接地要求等级进行多层次、全方位的综合防御，建立完善的纵深防御体系，以确保整个砼搅拌站安全可靠、长期稳定运行。不论是厂商还是用户，是机械设计师还是电气设计师都应有整体的防雷观念和思想上的高度重视意识。三、防雷系统的设计（一）、防雷系统的概述混凝土搅拌站防雷系统应注具备防直击雷和防雷电波侵入的能力和措施。一套完整的防雷系统应包括接闪器、引下线和接地装置三个部分组成。（1）、防直击雷措施混凝土搅拌站防直击雷的措施主要是在混凝土搅拌站的合适部位安装避雷网（带）或避雷针或两者混合而成的接闪器。避雷网（带）应按照GB50057的相关要求在易受雷击部位敷设，当其宽度不大于20m时，可沿周边敷设一圈避雷带。如果是钢结构混凝土搅拌站可以利用钢梁、钢柱等钢结构作为接闪器、引下线和接地装置，但必须符合GB50057的相关条款的要求。（2）、防雷电波侵入的措施a、对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。当电缆转换为架空线时，应在转换处架设避雷器；避雷器、电缆金属外皮和绝缘端子铁脚、金具等应连接在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于30。b、对于低压架空进出线，应在进出处装设避雷器并与绝缘端子铁脚、金具等连接在一起接到电气设备的接地装置上。当多回路架空进出线时，可仅在母线或总配电箱出处设一组避雷器或其它形式的过电压保护器，但绝缘子铁脚、金具应接在接地装置上。c、进出建筑机械的架空金属管道，在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独自接地，其冲击接地电阻不宜大于30。（二）、搅拌站整体结构的防雷与接地搅拌站整体结构的防雷离不开周围建筑物的防雷，应对设备和周围建筑物的防雷采用等电位连接。考虑搅拌站的特殊性，我们采用局部等电位连接，即水泥仓部分的防雷接地，搅拌站主站部分的防雷接地，控制系统的防雷接地。所谓等电位连接，就是把建筑物本身和其它内外部各种导电物用导体（电气上）焊接起来，以保证等电位。由于雷电流峰值非常大，流经之处都立即升高至很高的电位（相对大地而言），因此对于附近尚处在大地电位侧电气、电子设备和人产生旁闪烁，容易引起设备和人身事故。所以要采用局部等电位连接。2.1搅拌站场内建筑物的防雷建筑物本身的防雷装置是建筑物内电气设备及系统防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影响到内部的电气设备防雷。因此，首先必须重视配电室建筑物本体的防雷，在专用电力变压器低压配电母线处应装设低压避雷器，以消除线路上产生的瞬时高压尖峰脉冲，首先给搅拌站提供一个干净的电源，提供安全的能量源。现代建筑物防雷主要由顶部避雷带、网状接闪器、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋作为引下线，利用地下钢筋混凝土基础作为接地体。在建筑物设计和施工时就要考虑作为网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电气连接，使之成为较理想的“法拉第笼”式避雷器。防雷网与建筑物钢筋混凝土结合，已经成为国内外公认的经济可靠的防雷方式。2.2搅拌站主体-控制室外设备的防雷混凝土搅拌站包括水泥仓、搅拌站主体、配料机、输送带等几大机械金属结构件，各大机械结构的防雷引下线可利用该设备的金属结构体，但在各大机械设备的金属结构体间必须加以相应的电气连接措施，消除两接触面间油漆层的接触电阻，以保证结构体间的电气可靠连接。为了防止直击雷，机械设备上可根据需要安装一支或多支提前放电避雷针，提前放电避雷针（接闪器）长度应为12米，以达到能够保护室外所有设备要求为原则，安装有避雷针的机械设备所用动力、控制、照明、信号及通信等线路，应采用钢管敷设或采用满足钢制电缆桥架工程设计规范CECS31：91的电缆桥架，并将钢管、桥架与该机械设备的金属结构体作可靠的电气连接，接地孔应清除绝缘涂层、连接处需采用编织铜线连接等。同时对于控制室外架构母线和变压器中性点应加装避雷器保护。只有做到搅拌站主体钢结构进行可靠电气连接，线槽每端加装连接措施，才能保证各连接部位接触良好，才能保证搅拌站各部分的等电位连接。为了防止雷击产生的过电压，各种设备的绝缘水平应能满足电压对该设备的绝缘要求，在设备订货和出厂试验时应严格把关，以防止雷电击穿。这种防雷结构有以下优点：（1）、可避免雷电对搅拌站的“绕击”；（2）、能起“法拉第笼”的屏蔽作用，可大大削弱雷电电磁脉冲对控制系统的侵入；（3）、因搅拌站各层的横梁、立柱、底板、外包装及墙体的钢材和金属管线等导电体在电气上已经连成一体，做到处处电位相等，从而保证设备的安全及操作人员的人身安全；（4）、“笼”式避雷装置的引下线是由搅拌站的主体钢结构及其它众多的钢板、钢筋组成，其等效截面积远远大于标准中对导体的要求，大面积的导体面大大分散了瞬间的雷电流，因而削弱了搅拌站内各设备所受的脉冲电磁场冲击幅值；（5）、接地体是分布于地下四周的钢筋混凝土基础，可形成均匀分布的均压网，与大地接触面广，接地电阻低且又稳定。搅拌站大部件防雷接地主要有水泥仓、搅拌站主体、控制室及支架、输送皮带支架、配料机。2.3控制室的防雷控制室是搅拌站控制用计算机的工作环境及机房，控制室地面采用地板由槽钢、木板及阻燃性皮革制成。地板表面应是导静电的，严禁暴露金属部分，控制室内工作台及座椅垫套材料应是导静电的，控制室地面及工作台面的静电泄漏电阻，应符合现行国家标准计算机机房用活动地板技术条件的规定。导静电地面、工作台面和座椅垫套必须进行静电接地，静电接地可以经限流电阻及自己的连接与接地装置相连，限流电阻的阻值宜为1M，控制室内绝缘体的静电电位不应大于1KV。由于现有的安装方式（直接平放在底盘上）存在接触不可靠，更严重的是两接触面之间存在两层油膜，从而导致控制室的接地不能满足要求。解决办法：在控制室与支架的连接处进行电气连接措施如：接地孔应清除绝缘涂层，连接处需采用编织铜线连接等，保证可靠的电气连接。（三）、计算机自动化设备的防雷接地控制室是室内计算机、控制仪表、电视监控、空调等电子设备的第一道保护屏障，由于控制仪表必须通过信号电缆与室外的传感器相连，因此对于电缆屏蔽线必须做好接地（多点重复接地），并与搅拌站的接地网连接起来形成等电位，同时应该加装避雷器。RS-232接口是串行数据接口标准之一，由电子工业协会（EIA）制定并发布。目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。由于串口设备间收发信号没有隔离，来自通信线缆的直流电位差，使信号线经常受到各种干扰。在有些串口通讯点对多点的应用中，因为串口通讯距离的限制（传输距离一般小于15m，这是RS-232接口的一大弊病），形成了一个易吸收干扰信号的短距网状天线。浪涌、雷击还能通过串口通讯电缆相邻的电力线、传感器信号电缆线等进入，产生感应电动势，形成对串口的冲击。浪涌是发生在几百万分之一秒时间内的一种剧烈电子脉冲，常见引起浪涌的主要原因有：日光灯、大型电动机及大型发动机等重型设备的开启、短路、地电位差、电源切换、静电释放等。由于RS-232串口通信线对电压浪涌特别敏感，仅几十伏的小幅瞬变过程就可以通过串行通讯接口造成数据丢失、硬件损坏、系统崩溃。串口设备中虽然增加了保护电路，有效减少了串口带电插拔和电压浪涌造成的损坏，但是这些保护电路都只能起到限压和减少冲击电流的作用，不能根本解决串口通讯隔离的问题，因此串口设备的故障还是较高。在采用RS-232标准通讯的设备之间，由于供电系统设备接地等诸多原因使得两台设备之间的地电位超过正常信号幅度，给系统带来纵向干扰，甚至会烧毁通讯接口。串口隔离保护器采用光电隔离，使得系统之间只有光传送，没有电接触，两端设备之间的电位差全部降在了隔离器上，大大避免了接口损坏，且抑制了干扰和浪涌。串口隔离保护器、对于计算机通讯端口应加串口保护器，这些串口保护器其实就是各种小防雷器，为了达到串口通讯稳定可靠的需要，针对RS-232C串行通讯接口中存在的问题，提供以下串口保护解决方案：（1）、串口光电隔离保护。光电隔离器采用光电耦合解决串口信号线隔离问题，用电流环解决远距离传输问题。使相互连接的串口设备不共地，通讯信号之间没有电接触，将浪涌和电位差隔离在光电隔离器上，可使串行设备之间在电气线路上彼此隔离，互不干扰，从而起到保护串口、抑制浪涌的作用。从根本上解决损坏串口的现象、节省在硬件维修花费的宝贵时间和额外费用。（2）、串口浪涌保护。浪涌保护装置直接插在RS232串口上使用，对地短路，9针/24针保护，保护容量500A，6300V，反应速度：57Ns。通过连接接头D形外壳安全转移浪涌冲击到机箱地线，可以有效地吸收突发的浪涌能量，将浪涌安全转移到机箱地，使串口设备安然无恙，串口浪涌保护连接方案如下图。浪涌通过计算机外壳或接地释放对于控制室内所有的电气、电子设备，应逐级采取防雷措施，首先做好搅拌站整机结构和电源变压器的防雷接地，然后再控制室和各设备端口安装相应的避雷器，才能真正防止雷电波的侵入和反击。为了避免对电子计算机系统的电磁干扰，宜采用将多种接地的接地线分别接到接地母线上，由接地母线采用一根接地线单点与接地体连接的单点接地方式。由计算机设备至接地母线的连接导线采用多股编制铜线；应尽量缩短连接距离；应采取栅格等措施；应尽量使各接地点处于同一等电位上。搅拌站的控制计算机可以分为工业计算机和普通计算机两大类，各类不同机型的计算机对直流工作接地电阻值及接地方式的要求也不同。接地体之间的距离，应按搅拌站的产品说明书中的要求及有关规定来确定。当多个计算机系统的接地系统处于同一个大系统中，除各电子计算机系统采用单独接地方式外，也可共用一组接地装置。为了避免干扰，应将各电子计算机系统的接地母线分别采用接地线直接与共用接地装置的接地体相连。在搅拌站控制系统中有上位机、PLC、称重仪表（CB920X）等不同类型的计算机系统共处于控制室中，因此各分系统的接地线应按照要求分别接地线直接与共有接地装置的接地体相连，只有这样才能有效地防止雷击现象，提高控制系统的抗电磁干扰能力。（四）、配电系统的防雷与接地配电系统的防雷与接地在搅拌站设计之初，就应从整体结构出发，综合考虑防雷与接地，进行科学、系统地设计，在低压220/380V供电系统中，采用三相五线制（TN-S）系统，以便于装置接地（PE）和中性线（N）接地分开。必须采用D级3+1保护模式的浪涌保护器（SPD），关键是最大通流容量的选择，应当根据搅拌站所在地的雷电保护区划分类型和周围环境的不同，选取不同保护水平的浪涌保护器（SPD），同时选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备，真正按照等电位的原则，做好符合要求的共用接地网。只有这样配电线路和搅拌站设备才能避免遭受雷击的危害。搅拌站的防雷设计和安装应将主体钢构的防雷装置、内部电气防雷装置、搅拌站外的环境及至全场区的系统防雷进行统一考虑。搅拌站防雷设计的六项重要因素，即接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果和合理布线。四、混凝土搅拌站防雷系统设计研究建筑工程用搅拌站经常应用于不同的地域，尤其是在公路、铁路工程建设时常用于野外雷击多发区且搅拌站为金属结构，易遭受直接雷击或感应雷击。搅拌站内的控制系统使用了较多的对雷电及浪涌极为敏感的电子设备，因此，为了保护人员的安全及保证生产的顺利进行，混凝土搅拌站应采用防雷措施。（一）、防雷一般概念随着科学技术的发展和认识深度的扩展，一般按产生的来源将雷分为直击雷、感应雷和类电波侵入等三大部分。防雷的一般措施有：（1）屏蔽，对建筑物内所有电子设备进行防护；（2）、等电位连接和环状接地网；（3）、共用接地装置；（4）、防雷电波侵入等。根据建筑物的重要性、使用性质，发生雷电事故后的可能性和后果，一般可分为三类，各类防雷建筑物应采取防直击雷和防雷电波侵入的措施。装有防雷装置的建筑物，在防雷装置与设施和建筑物内人员无法隔离的情况下，应采取等电位连接。（二）、一般防雷措施目前，由于大多数搅拌站制造商对防雷系统重视程度不强，在搅拌站行业标准中对防雷技术也未做详细的强制要求，大多数使用简易的防雷处理办法，即只采用防直击雷的自制避雷针对搅拌站进行保护。1、单避雷针安装做接闪器，以罐体钢筋（含地下部分）做引下线和接地装置，则按规范中对防雷分类计算要求，避雷针保护半径公式，保护半径计算为：避雷针保护半径（单避雷针）计算结果为：若避雷针h=1.5m，搅拌楼=20m，则RP=11.38m60m，不符合设计规范。进一步研究发现，则按此公式（即hD适用，若太高则较难满足抗风强度要求），即满足RP60，求解h，方程无解，即不可能达到设计规范要求。备注：接闪器（lightning receptor）防雷装置有接闪器、引下线和接地装置组成。接闪器位于防雷装置顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身，承接直击雷放电。接闪器由下列各形式之一或任意组合而成：独立避雷针；直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网；屋顶上的永久性金属物及金属屋面；混凝土构件内钢筋。除利用混凝土构件内钢筋外，接闪器应镀（浸）锌，焊接处应涂防腐漆。在腐蚀性较强的场所，还应适当加大其截面或采取其他防腐措施。接闪器的保护范围按照滚球法确定。滚球法是假设以一定半径的球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器，和地面，而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。接闪器2、多避雷针安装考虑搅拌站的实际情况，若按双站4支等高避雷针安装，由于粉料罐之间的距离一定，约为56米，粉料罐之间围成的区域面积即主楼被保护区域一定，亦不可能达到规范要求。由此可见，采用普通方法对搅拌站的保护存在一定问题，虽然一些现有实施方案能对搅拌站进行防护，但保护半径远小于规范要求，不符合规范。（三）、全面防雷设计防雷击过电压，强调全方位防护、综合治理、层层设防，把防雷击过电压看成一个系统工程，主要原理是通过接闪、引下、分流、接地为瞬态过电压的脉冲电流提供一条低阻抗的通道，同时尚需防止通过磁场和电场对设备的干扰。本设计方案针对雷产生的原因，主要从以下四部分着手：（1）、直击雷的防护-避雷针、引下线和接地体；（2）、屏蔽和接地措施；（3）、均压等电位联结；（4）、防雷和电涌保护。3.1、功能实现（结合混凝土搅拌站的构成，设计一种基于滚球法计算的用于采用全面防雷系统设计的混凝土搅拌站）（1）、在搅拌站粉罐安装避雷针装置，采用刚体或其它连接件引入大地，形成避雷网，直接防止直击雷对搅拌站的损坏；混凝土搅拌站防止直击雷的措施主要是在水泥罐顶部安装接闪器，每座搅拌站靠近控制室较近的一罐体上安装一个接闪器。搅拌站属于一般性工业建筑物，依据防雷分类属于第三类防雷建筑物，采用滚球法设计接闪器。设计接闪器时，滚球半径R=60m，包括避雷针和两个金属滚球，其中避雷针针长1.5m，上滚球直径d=30cm，下滚球直径d=60cm，接闪器通过扁铁接地，接地电阻10。接闪器安装示意图如下：接闪器示意图滚球法设计的接闪器滚球保护区域避雷针的安装方法及使用时应注意的事项：将避雷针组装好后，用螺栓或电焊方法将避雷针固定在准备好的基座上即可。a、安装时各部件间要连接可靠；b、安装完成后，各连接处或金属表面涂镀层有损伤处，应做好防锈处理； c、避雷针应通过引下线接地，要求接地电阻值10；在土壤电阻率高的地区，可适当方宽对接地电阻的要求；d、避雷针投入使用后，每年雷雨季节前应进行检查各连接部位的连接是否可靠，不允许松动。关于直击雷防护的说明：采用避雷针（接闪器时滚球半径R=60m，针长1.5米），以达到对控制室及搅拌站（含配料站）的保护。即以避雷针作接闪器，以罐体扁铁或钢筋（含地下部分）做引下线和接地装置，按避雷针保护半径公式（产品设计标准公式）计算结果为：Rp=61.67m选型符合设计规范。产品设计标准公式之避雷保护半径（滚球法）（2）、在控制室或配电室电源如主电源断路器引入电源防雷箱（三相电），在控制室控制电源如PLC、仪表等端引入电源防雷箱（单相电），防止感应雷进入电力和控制系统；在搅拌站需要通过插座连接的外接器件如计算机、打印机等端引入电源防雷插座，防止感应雷进入用户终端。电源防雷箱，Surge Protection Device的缩写，其功能是对电涌产生保护功能的器件。为防止感应雷电流沿电源线路侵入控制室，造成设备的损坏，电源部分应采用三级电源防雷措施。a)、第一级电源防雷：在控制室总电源处并联安装一套三相电源防雷箱，作为电源的第一级防雷保护，每套搅拌站配一套。保护总电源后面的设备-临近雷击的防护（总电源防护），保护等级级（粗级保护）。三相电源防雷箱具体技术参数要求：标称通流容量In=60KA，最大通流容量Imax=100KA，保护水平=2.5kv。b)、第二级电源防雷：在控制室电源处并联安装一套单向电源防雷箱，作为电源的第二级防雷保护，每套搅拌站配一套。保护控制操作