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污水处理厂防雷和电涌保护

作者:山西太原防雷工程,防雷检测,防雷产品 发布日期:2020-03-28 关注次数: 二维码分享


饮用水资源日益短缺,需要更经济有效的治理。因此,污水处理厂在饮用水循环中起着核心作用。污水处理厂在减少成本的同时,对整个系统的高效率的要求下,迫切需要优化运行过程。为此,近年来,人们在电子测量设备、分散式电子控制和自动化系统上的投资相当可观。不过,与传统的技术相比,新的电子系统对电涌的抵抗能力很差。污水处理厂露天范围广阔,其测量设备的控制装置分布分散,进一步增加由于雷电放电或浪涌侵袭所带来的风险。因此,如果没有有效的防护措施,一个完整的过程控制系统或它的一部分遭受损坏的概率之高是显而易见的。这种损坏后果的影响也十分深远,它们涉及了从功能恢复的安装成本,到为清除水体污染的不可预知的费用。   为了有效地应对这种威胁、提高系统的可利用率,必须采取外部和内部防雷措施。
 
防雷分区概念
 
  为了获得技术上和经济上最优的保护,将污水处理厂的监控中心分为几个防雷分区(LPZ)。然后对每个防雷分区(LPZ)和相关的损坏类型进行风险分析。最后,检查各防雷分区(LPZ)的相互关系,并确定最终需要的保护措施,以便在所有的防雷分区中达到必需的保护目标。以下区域被指定为防雷分区LPZ 1和防雷分区LPZ 2:
 
   →测量监控室中的测量电子系统(LPZ 2)
 
   →曝气池中的氧测量系统(LPZ 1)
 
   →测量监控室内部(LPZ 1)
 
  根据IEC 62305-4(EN 62305-4)的防雷分区概念,LPZ边界处的所有导体都必须采取适当的电涌保护措施。
 
对污水处理厂测控设备的风险评估
 
  以下示例参考IEC 62305-2(EN62305-2)进行计算。应该指出的是,该规程仅作为示例描述。给出的解决方案绝对没有任何约束力,可以由任何其它的等效解决方案替代。下文仅叙述该示例的基本特性。
 
  首先,通过调查问卷,与运营商一起讨论建筑设施及其使用情况的相关情况,并以书面形式确定下来。此种方式确保所有的参与者能够建立并领会防雷保护概念。此概念代表最低的要求,不过这些要求仍然随时可以在技术上改进。
 
设备描述
 
  完整的过程控制系统集中位于污水处理厂的测量监控室中。连绵蔓延的电缆连接到测量站和/或分测量站,在发生雷击时,有相当部分的雷电流和浪涌电流通过这些电缆导入测控室。在过去这种情况一而再的导致设备损坏和系统故障。同样也发生在供电线和电话线上。
 
  污水处理厂测控设备本身必须受到保护,避免遭受火灾(直接雷击)的损坏;电气和电子系统(控制和自动化系统、遥控系统)要防御雷电电磁脉冲(LEMP)的影响。
 
额外条件:
 
  → 防护雷电的措施实际上已经存在,(220/380V供电线进线处的第一级(以前也称B级)雷击电涌保护器(SPD)的型号是CX-PB100S,测量和控制系统的开关柜中2级SPD(以前也称C级),型号是CX-PB40)。
 
  →相关的损坏类型如下:公众服务损失(供水和水处理)L2,经济损失(建筑及其内部设施)L4。损失类型L1:人员生命损失可以排除,因为将来设备应完全自动运行。
 
  对实际状态进行计算的结果表明,对于损失类型为L2和L4的情况,计算得到的雷电损坏风险R仍是大大高于可承受的损坏风险RT。
 
  现在,为了实现R
  →根据IEC 62305-3(EN 62305-3),建立“III级”防雷保护系统(这与VdS出版物2010中叙述的相同)
 
  →根据EN 61643-11(供电系统)安装1级SPD,根据IEC 61643-21安装用于信息系统数据线(测量线和控制系统信号线)的“D1类”SPD
 
  →根据EN 61643-11(供电系统)安装2级SPD,根据IEC 61643-21安装用于信息系统数据线(测量线和控制系统信号线)的“C2类”SPD
 
防雷系统
 
  污水处理厂控制室现有的防雷系统已经按照“III类”防雷系统的要求进行升级。现有的通过火花间隙间接接地的屋顶装置(空调系统)将被拆除。对直接雷击的防护将通过接闪装置,按照隔离距离和保护角的要求来实现。这样,在监控室遭受直接雷击的情况下能够防止部分雷电流流入建筑物并造成损坏。由于控制室的尺寸较小(15米x12米),不必更改引下线(4)的数量。但必须通过检查局部接地系统的所有的测量点了解污水处理厂监控室的接地情况,并将所有测量值记录在案。若经检查完全符合要求,可不用整改。
 
对所有外部引入电缆的防雷保护
 
  -等电位连接
 
  原则上,所有从外部引入污水处理厂的可以导电的设施都必须连接至等电位系统中。防雷保护-等电位连接的要求是将平时不带电的金属构件直接连接到接地系统,并通过电涌保护器间接连接带电工作的导体至等电位系统。1级SPD(供电系统)和“D1类”SPD(信息技术)必须具有10/350μs测试波形的雷电流泄放能力。防雷保护-等电位连接最好安装在建筑物的入口附近,以防止雷电流侵入到建筑物的内部。
 
等电位连接
 
  在整个污水处理厂监控室中,根据IEC 60364-4-41和IEC 60364-5-54进行了连贯的等电位连接,并检验了现有的等电位连接,以避免不同的或外来的导电体之间的电势差。此外,建筑物的支撑部件和结构部件、管道、容器等金属架构也都接至等电位系统中,这样,即使发生故障也不会产生电压差。在使用电涌保护器时,等电位连接的接地导线的截面积,对于供电系统,至少必须为6mm2 Cu(铜线);对于信息技术,至少必须为4mm2 Cu(铜线)。此外,在可能发生爆炸的区域中,等电位连接的端子(如等电位连接排)应采取安全措施(例如,通过弹簧垫圈),以防止自行松动。
 
低压供电系统的电涌的保护
 
  在所描述的应用中,在建筑物的入口处安装型号为CX-PM100S的SPD,。2级SPD(以前也称C级)安装型号为CX-PM40。在上述情况下,如果安装了更多的SPD来保护终端设备,则它们彼此之间以及和被保护的终端设备之间必须能量协调。必须遵照随附的安装说明中给出的相应说明进行操作。
 
信息系统的电涌保护
 
  从保护角度看,接到污水处理厂的所有数据线接入点均应设在建筑物的入口处。此处可以使用具有雷电流承载能力的CX-DATA/PM型SPD(D1类)进行雷击保护。从接入点到开关柜的布线必须合理。根据之前所进行的风险分析,引入的电缆必须安装型号为CX-DATA/PM24(20mA信号)或CX-DATA/PM110(遥控信号)的SPD。它们的使用都符合防雷分区概念(C2类),并且与系统兼容。
 
  这样,就为信息系统的传输电缆建立了一个完整的电涌保护概念。
 

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