过程控制系统的雷电防护

避雷栅浪涌保护器过程控制系统的雷电防护PEPPERLFUCHS为了您的工厂更安全1灾害性的雷雨气候在气候性自然灾害中，雷电灾害的发生比洪水、地震、龙卷风更为频繁。亚太地区是全世界雷雨气候发生比较频繁的地区。在亚太地区，每年带有雷电灾害性的雷雨气候的平均发生次数为中国印尼、马来西亚新加坡泰国菲律宾印度190260180260160220902009014050150中国地域辽阔，雷电灾害性的雷雨气候主要分布在华南地区和长江流域。过去，人们通常只关注陆地上的雷电灾害。但随着海洋石油工业的发展，渤海、东海、南海、北部湾、台湾海峡发生的雷雨气候也开始对人类活动造成直接危害。外部雷电防护和内部雷电防护为保护建筑物在遭雷电直接打击时避免损坏，人们利用避雷针、避雷网、空气端子等外部防雷设备将雷击电流按照预先设计的通路引至大地。但是，即便有了完善的外部防雷措施，经常只有约50的雷电能量直接进入大地。其余约50的雷电能量将以各种方式传入建筑物中的导体，如电缆和金属管道。为实施内部雷电防护，一方面建筑物内的所有金属管道必须实现等电位接地，另一方面必须采用避雷栅和浪涌保护器保护建筑物内电缆所连接的电气和电子设备。PEPPERLFUCHS公司致力于为工厂提供先进的避雷栅和浪涌保护器，保护工厂内的电气和电子设备，尤其是过程控制系统。雷电通过电缆对室内电气和电子设备的危害雷电是如何通过电缆危害到建筑物内的电气和电子设备的呢1）电阻耦合效应如右图所示，雷击导致附近的地电势急剧升高。靠近雷击点的建筑物和远离雷击点的建筑物之间产生地电势差。如果两座建筑物内的电气和电子设备之间有连接电缆，通常电缆的电阻又小于土壤的电阻，于是雷击能量就总是试图以浪涌电流的形式通过两个建筑物之间的电缆从高地电势区流向低地电势区。从而损坏建筑物内的电气和电子设备。22）电感/电容耦合效应如右图所示，雷击将使建筑物外部防雷设备的导体中产生瞬间巨大的电流和电势。如果外界的电线遭雷击，该电线上也会形成巨大的电势。该电势和电流都会在建筑物内设备的电缆上感应出有害电压并进而产生浪涌电流。3）电磁感应空中的雷电会产生强大的电磁场。该电磁场将在挂空电线上感应出强大的瞬间有害电压。如果该电线与建筑物内设备相连，则浪涌电流将对该设备构成直接威胁。雷电攻击的危险区概念国际标准IEC13121为雷电攻击定义了一个危险区划分模型。如下图所示。危险区ZONE0危险区ZONE0是地处旷野或远程的、有外部电缆入口站点。其中E类区域直接遭雷击的可能性较大，可能承受直接雷击电流和未经衰减的雷击电磁场的攻击。D类区域虽然直接遭雷击的可能性不大，但将受未经衰减的雷击电磁场的攻击。3危险区ZONE0中用于电源线的避雷栅雷电冲击电流的典型测试波形为60KA（10/350S）。由于信号电缆有屏蔽层或嵌装电缆金属层的保护，信号线上的雷电冲击能量比电源线低。用于信号线的避雷栅雷电冲击电流或浪涌电流的典型测试波形为25KA（10/350S），20KA（8/20S）。危险区ZONE1危险区ZONE1是地处非旷野或远程的、但有外部电缆入口的区域。该区不受雷电直接攻击的威胁。雷电危害由外部电缆引入。该区内外部电源电缆连接主配电盘。避雷栅安装在电缆进入后的第一个电气界面上。危险区ZONE1中用于电源线的避雷栅雷电冲击电流的典型测试波形为75KA（10/350S）。用于信号线的避雷栅雷击电流或浪涌电流的典型测试波形为25KA（10/350S），20KA（8/20S）。危险区ZONE2危险区ZONE2是室内距ZONE1区20米内的区域。电源线来自主配电盘接至分配电盘。信号线进入机柜并且其屏蔽层已实现等电位接地。与危险区ZONE1相比，雷电能量虽已有所减小，但仍以浪涌电流的形式继续构成危害。危险区ZONE2中用于电源线的浪涌保护器浪涌电流的典型测试波形为15KA（8/20S），用于信号线的浪涌保护器浪涌电流的典型测试波形为10KA（8/20S）。过程控制系统通常位于危险区ZONE2。危险区ZONE3危险区ZONE3是室内距ZONE1区20米以外的区域。一般均为分支电路。浪涌电流的威胁比危险区ZONE2进一步降低。雷电冲击电流和浪涌电流的测试波形下图为用于电源线的避雷栅和浪涌保护器的典型雷电冲击电流和浪涌电流测试波形。波形1为危险区ZONE0/1应用的电源避雷栅所采用的测试波形，通常描述为75KA（10/350S）。波形2为危险区ZONE2/3应用的电源浪涌保护器所采用的测试波形，15KA（8/20S）。4型号电极数工作电压UC冲击电流IIMP（10/350S）应用指南DVTNC2553255VAC100KAZONE0，远程站点。ZONE1，主配电盘。三相四线，零线接地。DVCSP1004255VAC100KAZONE0，远程站点。ZONE1，主配电盘。三相四线，零线未接地。DV2PTN2552255VAC50KAZONE0，远程站点。ZONE1，主配电盘。单相二线。标准/最大浪涌电流ISN/IMAX（8/20S）DGTNC2304003275VAC20KA/40KAZONE2，分配电盘，UPS。三相四线，零线接地。DGTT230/UC3854385VAC15KA/40KAZONE2，分配电盘，UPS。三相四线，零线未接地。标准浪涌电流ISN（8/20S）LN/LNPEDR230FML2255VAC3KA/5KAZONE2/3，系统稳压电源。单相二线。DR2303NFML4255VAC/440VAC3KA/5KAZONE2/3，系统稳压电源。三相四线。上述避雷栅和浪涌保护器均采用标准35MMDIN轨道安装方式。右图为信号线避雷栅和浪涌保护器所采用的典型雷电冲击电流和浪涌电流测试波形，10KA（8/20S）。从上述波形示例可以了解测试电流波形描述的含义。比如，10KA（8/20S）是指测试电流在8S时到达最大值10KA，在20S时下降到最大值的一半，即5KA。过程控制系统的雷电防护过程控制系统的防雷保护对象主要为1）配电系统。包含了主配电盘即控制室供电系统；分配电盘及UPS；DCS和PLC控制系统稳压电源。2）DCS和PLC的I/O卡。包括模拟量输入输出、数字量输入输出、通讯卡、现场总线接口卡，等。3）现场仪表。配电系统的避雷栅和浪涌保护器选型下表为配电系统雷电防护常用避雷栅和浪涌保护器的选型指南5配电系统的避雷栅和浪涌保护器应用指南L1L2L3PENPENL3L2L1315A主配电盘315AL3L2L1NLNL1L2L3电缆长15米DVTNC255PEN125ADV2PTN255PE分配电盘DVCSP100PE125A电缆长15米L3L2L1NL1L2L316A电缆长5米DGTNC230400PENDGTT230/UC385PE16A电缆长5米16A只有当上游电源未设此容量或小于此容量的保险丝或限流断路器时，才需配此后备保险丝。16ANPEL稳压电源稳压电源PENL1L2L3DR230FMLDR2303NFMLNPELNPELPENL1L2L3PENL1L2L3L1L2L3NPEPENL3L2L16型号DVDGDRFMLCSP100TNC2552PTN255TNC230400TT230/UC3852302303N额定工作电压UN230/400VAC/50HZ230VAC230/400VAC最大工作电压UC255VAC/50HZ275VAC/50HZ385VAC/50HZ255VAC255/440VACUC时持续电流抑制容量IF25KARMS50KARMS额定工作电流IN16A雷电冲击电流（10/350S）IIMP100KA75KA50KA额定浪涌电流（8/20S）ISN20KA15KA3KA/5KA组合冲击电压UOC线线间6KV线地间10KVIIMP/ISN时保护电压UP15KV保护电压火零间125KV线地间15KV反应时间TA100NS25NS线线间25NS线地间100NS最大后备保险丝并联时315A/串联时125A125A16A最大后备保险丝下的短路支撑容量50KARMS50KA/50HZ工作环境温度并联时40C80C串联时40C60C40C80C端子接线截面210MM2250MM硬线/35MM软线215MM235MM硬线/225MM软线226MM硬线/4MM软线防护等级IP20安装方式标准35MMDIN轨道配电系统的避雷栅和浪涌保护器技术参数下表为配电系统的避雷栅和浪涌保护器的技术参数7配电系统的避雷栅和浪涌保护器的基本电路、外形尺寸DV255系列避雷栅基本电路DVTNC255DVCSP100DV2PTN255DV255和DVCSP100系列避雷栅外形尺寸。DVTNC255/DV2PTN255DVCSP100DGTNC230400和DGTT230/UC385系列浪涌保护器基本电路DGTNC230400DGTT230/UC385DGTNC230400FM注故障监测FM为可选项。8DGTNC230400和DGTNS230400系列浪涌保护器外形尺寸DGTNC230400DR230FML浪涌保护器基本电路DR230FML浪涌保护器外形尺寸DGTT230/UC385DR2303NFML浪涌保护器基本电路DR2303NFML浪涌保护器外形尺寸9型号标称工作电压UN/电流IN标准浪涌电流ISN（8/20S）应用指南KLB130G30VDC/250MA10KA单通道，AI/AO/DI/PI，二线制24VDC回路；DO，24VDC/250MA。KLB230G30VDC/250MA10KA双通道，同上应用。单通道，AI/DI/PI，三线制24VDC回路。KLB16G6VDC/250MA10KA单通道，热电偶。二线制PT100热电阻。KLB26G6VDC/250MA10KA双通道，热电偶。单通道，3、4线制PT100热电阻。以上4款浪涌保护器应用于非本安，或齐纳栅场合，保护DCS和PLC的I/O卡。标准35MMDIN轨道安装。KLB13030VDC/250MA10KA隔离栅应用场合，其他同KLB130G。KLB23030VDC/250MA10KA隔离栅应用场合，其他同KLB230G。KLB166VDC/250MA10KA隔离栅应用场合，其他同KLB16G。KLB266VDC/250MA10KA隔离栅应用场合，其他同KLB26G。以上4款浪涌保护器也可保护现场仪表FNLBI48VDC/250MA10KA在非本安或本安场合保护现场仪表。1/2”NPT螺纹。FPLBI48VDC/250MA10KA在非本安或本安场合保护现场仪表。PG135螺纹。FSLBI48VDC/250MA10KA在非本安或本安场合保护现场仪表。M20X15螺纹。以上3款浪涌保护器直接安装于现场仪表的电缆口。DPLBF13430VDC/1A10KA单通道。FF和PROFIBUSPA现场总线。非本安场合。可用于保护DCS和现场仪表。也用于DO回路和3、4线制仪表配电电源，2430VDC/1A。BCTMODME56VDC/1A10KA单通道。RS485通讯，16MBIT/S。非本安场合。BCTMODMDHF56VDC/01A10KA单通道。RS485通讯，12MBIT/S。非本安场合。DBLB以上3款浪涌保护器的接线底座。标准35MMDIN轨道安装。DPLBFI13430VDC/05A10KA单通道。FF和PROFIBUSPA现场总线。本安场合，FISCO。可用于保护DCS和现场仪表。DBLBI以上1款本安浪涌保护器的接线底座。标准35MMDIN轨道安装。DCORKMD4848VDC/17A10KA单通道。用于对现场的配电及DO驱动，2448VDC/17A。BVTAD2424VDC/10A1KA24VDC稳压电源输出。PLB系列浪涌保护器型号专配KF系列隔离栅常用型号PLB1A13KFD2STCV3EX11KFD2STCV1EX11KFSR2EX1KFD2SOT2EX1KFD2ST2EX1LBKFDUEX1DKFDWBEX1DKFUFCEX1DKFD2CREX10200PLB1B12KFD2CDEX132KFD2SCDEX1LKKFD0SCSEX155KFD2SL2EX1KFD2SDEX148KFD0CCEX1KFD0CSEX1KFD2UTEX1T/CPLB1C123KFD2STC4EX1KFD2STV4EX1KFD0TREX1KFCRGEX1DKFD0RCEX1KFD2CREX1203KFD2CREX1303KFD2UTEX1RTDPLB1D1234KFD2PT2EX1PLB1F1236KFD2GUEX1KFGUTEX1DPLB2A1346KFD2STC4EX2KFD2STV4EX2KFSR2EX2KFSOT2EX2KFD2SHEX1KFD2SHEX1TOPKFUFTEX2DKFD2VDEX1KFD2VMEX1PLB2B1245KFD2SCD2EX2LKKFD0CSEX2KFD2VREX1PLB2D123456KFD2SRAEX4KFD2ST2EX2KFD2VR4EX126DCS、PLC以及现场仪表的浪涌保护器选型下表为DCS和PLC的I/O卡和现场仪表和现场总线雷电防护常用浪涌保护器的选型指南10DCS、PLC以及现场仪表的浪涌保护器应用指南AI,二线制24VDC/420MA变送器，HART或非HART。括号为双通道浪涌保护器的第二通道，下同。867524132413867524VDC250KLB1230AO，420MA，HART或非HART。KLB1230GI/P8675241324138675KLB1230PI，二线制24VDC/250MA。KLB1230G8675241324138675DO，24VDC/250MA。KLB1230KLB1230G867524132413867524VDCDI，二线制24VDC。KLB1230KLB1230G2413867524VDCKLB1230G11T/C，RTD，二线制。24138675KLB126GAI/PA，三线制24VDC。58732132158724VDC信号0VKLB230DI，三线制24VDC。PNP和NPN。KLB230G321KLB230GRTD，三线制。321KLB26G现场仪表。二线制，24VDC。包括变送器和阀门电位器、电气转换器，等。58758724VDC信号0V红（）红（）黄绿（地）黑（）FLBII/P黄绿（地）黑（）FLBI12浪涌保护器与齐纳栅配合应用。危险区安全区选择1选择2工厂等电位地现场地浪涌保护器与隔离栅配合应用。危险区安全区控制室地选择1选择2工厂等电位地现场地控制室地FF现场总线。采用FPC（FF电源适配器KLD2PC11IEC）。H1卡接线盒12DBLBF13434FPC稳压电源配DBLB接线底座13FF现场总线。采用本安中继器（KLD2PREX1IEC1）。本安H1卡1234中继器接线盒DBLBFI134配DBLBI接线底座PROFIBUSPA现场总线。采用DP/PA网桥（又称DP/PA耦合器KFD2BR1PA93）。DP/PADP卡1234网桥接线盒DBLBF134配DBLB接线底座PROFIBUSPA现场总线。采用DP/PA安全网桥（又称DP/PA本安耦合器KFD2BREX13PA93）。DP/PADP卡1234安全网桥接线盒DBLBFI134配DBLBI接线底座RS485通讯。如MODBUSRTU，PROFIBUSDP总线等。选用BCTMODME5时，波特率可达15MBIT/S。选用BCTMODMDHF5时，波特率可达12MBIT/S。RS485通讯卡RS485RS4851234PN设备设备BCTMODME5或BCTMODMDHF5配DBLB接线底座14型号KLB12FNLBIFPLBIFSLBIPLB30G306G6额定工作电压UN30V6V48V30V最大工作电压UC30V6V48V30V额定工作电流IN250MA最大浪涌电流（8/20S）IMAX40KA额定浪涌电流（8/20S）ISN10KA线线保护电压UP45V12V85V45V线地保护电压45V500V12V500V500V线线反应时间TA1NS线地反应时间100NS频带宽FG40KHZ端端电阻R0305工作环境温度30C60C端子接线截面225MM2带1MM截面导线400MM长225MM防护等级IP20IP67IP20安装方式标准35MMDIN轨道1/2”NPTPG135M20X15插在KF隔离栅的端子上型号DPLBFBCTMODDCORKMD48BVTAD24134I134ME5MDHF5额定工作电压UN30V5V48V24V最大工作电压UC348V6V55V35V额定工作电流IN1A05A1A01A17A10A最大浪涌电流（8/20S）IMAX20KA20KA3KA额定浪涌电流（8/20S）ISN10KA10KA1KA线线保护电压UP60V16V10V100V70V线地保护电压600V1KV8V10V650V700V线线反应时间TA1NS1NS线地反应时间100NS1NS100NS频带宽FG60MHZ16MHZ100MHZ端端电阻R18104工作环境温度40C80C端子接线截面225MM240MM防护等级IP20安装方式标准35MMDIN轨道PLB系列浪涌保护器的应用与KF系列隔离栅的应用紧密结合，一一对应。PLB系列浪涌保护器插在KF系列隔离栅现场侧的端子上，浪涌保护器的端子代替隔离栅的端子与现场仪表连接。接线的端子号与隔离栅单独应用时保持一致。下表为DCS和PLC的I/O卡和现场仪表雷电防护常用浪涌保护器的技术参数下表为现场总线、RS485通讯和24VDC配电电源的雷电防护常用浪涌保护器的技术参数15DCS、PLC以及现场仪表的浪涌保护器的基本电路、外形尺寸KLB系列浪涌保护器基本电路KLB230；KLB26KLB130；KLB16不含点划线内电路KLB系列浪涌保护器外形尺寸FLBI浪涌保护器基本电路KLB230G；KLB26GKLB130G；KLB16G不含点划线内电路FLBI浪涌保护器外形尺寸16PLB系列浪涌保护器基本电路举例PLB1D1234和PLB1F1236。PLB系列浪涌保护器外形尺寸17DPLBF134浪涌保护器基本电路BCTMODME5浪涌保护器基本电路以上4款浪涌保护器外形尺寸DPLBFI134浪涌保护器基本电路BCTMODMDHF5浪涌保护器基本电路DBLB和DBLBI接线底座浪涌保护器模块带接线底座的浪涌保护器DCORKMD48浪涌保护器基本电路和外形尺寸BVTAD24浪涌保护器基本电路和外形尺寸18过程控制系统避雷栅和浪涌保护器的安装方式配电系统的避雷栅和浪涌保护器通常安装在主配电盘或分配电盘中，如右图所示。当保护DCS、PLC的稳压电源时也经常安装在DCS、PLC的电源柜中。避雷栅和浪涌保护器均为标准35MMDIN轨道安装。用于DCS、PLC系统I/O卡的KLB系列浪涌