近年來，電磁流量計(jì)由于其線性好、量程比寬、可靠性強(qiáng)和精確度高等特點(diǎn)，在供水行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，尤其在推行智能化的廣州地區(qū)，其使用范圍涵蓋水廠工藝投加計(jì)量、進(jìn)出廠水計(jì)量，加壓站進(jìn)出水計(jì)量、分區(qū)水量計(jì)量、用戶售水結(jié)算計(jì)量等領(lǐng)域，對(duì)供水管理起著極其重要的作用。與此同時(shí)，電磁流量計(jì)仍然存在著容易受電磁干擾、耐壓和耐流能力差等弱點(diǎn)，其一旦受到直接雷擊或感應(yīng)雷擊，雷電過電壓和過電流就會(huì)通過電源線、信號(hào)線或穿線管等途徑引入到流量計(jì)，影響流量計(jì)的正常運(yùn)行。如果防護(hù)不當(dāng)，不僅使流量計(jì)工作失靈損壞，更會(huì)使企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃和供水調(diào)度受到影響，甚至?xí)o企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)利益的損失。因此，現(xiàn)代智能供水系統(tǒng)的流量計(jì)維護(hù)，尤其需要高度重視防雷的設(shè)計(jì)管理。

 

        本文僅從供水行業(yè)中電磁流量計(jì)的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)方面，探討一些具體的可遵循的方法。

 

一、概述雷擊對(duì)電磁流量計(jì)破壞途徑

        雷擊對(duì)電磁流量計(jì)的破壞，從形式上可分為直接雷擊與感應(yīng)雷擊。直接雷擊是指帶電云層與建筑物、儀表箱或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，雷電流通常會(huì)沿著管線進(jìn)入流量計(jì)的傳感器模件，進(jìn)而損壞流量計(jì)的電子線路板。感應(yīng)雷擊的破壞也稱為二次破壞，它分為靜電感應(yīng)雷擊和電磁感應(yīng)雷擊兩種。靜電感應(yīng)雷是當(dāng)雷云對(duì)地放電或云間放電時(shí)，云層中的負(fù)電荷在瞬間消失，那么在線路上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去束縛，在電勢(shì)能的作用下，這些正電荷將沿著線路產(chǎn)生大電流沖擊，進(jìn)而破壞儀表。電磁感應(yīng)雷則是在雷電閃擊時(shí)，由于雷電流的變化率大，而在雷電流的通道附近就會(huì)形成一個(gè)很強(qiáng)的感應(yīng)電磁場(chǎng)，對(duì)儀表箱內(nèi)的流量計(jì)造成干擾、破壞，通過管道、電纜將高電位引入到電磁流量計(jì)，造成干擾和破壞。

 

        根據(jù)供水設(shè)備管網(wǎng)的分布與監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，電磁流量計(jì)廣泛覆蓋于城市的各個(gè)位置，概括的講，其分布位置可分為兩大類。一類是安裝于儀表設(shè)備房?jī)?nèi)或樓宇設(shè)備箱內(nèi)，此類流量計(jì)基本裝在城市建筑物防雷設(shè)施系統(tǒng)的覆蓋范圍內(nèi)，加上儀表本身體積較小，因此，流量計(jì)直接接閃的可能性較小；另一類則由于受場(chǎng)地和安裝條件的限制，基本處于郊外空曠獨(dú)立的儀表箱中，這就需要較長(zhǎng)電源線、信號(hào)線和勵(lì)磁線進(jìn)行線路敷設(shè)，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，靠近雷擊點(diǎn)的電纜產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并向地傳導(dǎo)，形成瞬間電涌電壓或電流，電纜中的電涌傳遞到流量計(jì)，造成儀表的軟件或硬件故障。對(duì)防雷設(shè)計(jì)而言，要根據(jù)流量計(jì)的安裝位置、年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)、防雷等級(jí)等綜合因素確定實(shí)施防雷工程。

 

二、電磁流量計(jì)防雷的主要措施

        雷擊對(duì)電磁流量計(jì)的破壞途徑是多方面的，儀表箱周圍空曠，沒有較高的建筑物，表箱的金屬構(gòu)件很容易落雷，為防止直接落雷，需修建一個(gè)防直擊雷的避雷針。而在對(duì)流量計(jì)被雷擊的故障統(tǒng)計(jì)中，遭遇感應(yīng)雷致使流量計(jì)損壞的概率非常高的，感應(yīng)雷進(jìn)入系統(tǒng)的途徑主要有交流供電電源、地下供水管道以及儀表室建筑物本身，所以防雷方案設(shè)計(jì)應(yīng)該采用多種避雷裝置，即綜合性防雷措施，這些措施主要包括接閃、分流、接地、屏蔽和設(shè)置浪涌保護(hù)器等。這些措施必須綜合運(yùn)用，才能真正達(dá)到計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)的防雷。

 

2.1 防直擊雷

        防直擊雷的裝置主要采用接閃器系統(tǒng)，由接閃器、引下線和接地裝置 3 部分組成。接閃器位于防雷裝置的頂部，其作用是利用其高出被保護(hù)物的突出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電，并通過引下線和接地體安全地引入地下，使接閃器下部保護(hù)范圍內(nèi)的建筑物和設(shè)備免受直接雷擊。由于供水設(shè)施儀表室房體較小，可在儀表室較長(zhǎng)的一邊中點(diǎn)處做垂線，以外墻為起點(diǎn)，距墻體 3 米處制作一個(gè)獨(dú)立避雷針，其高度按照室高與針高 1：3 的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，接地極采用熱鍍鋅角鋼，規(guī)格為 50mm×50mm×5mm，長(zhǎng)度為 2.5米，垂直打入地下，頂端距地面大于 0.8 米，間距為 5 米。 

 

2.2 防感應(yīng)雷

        電磁流量計(jì)內(nèi)部器件大量采用半導(dǎo)體和集成電路，由雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上，也可以在電源或信號(hào)線上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，沿線路侵入流量計(jì)設(shè)備，使流量計(jì)工作失靈或損壞。為防止感應(yīng)雷擊，本文采用以下幾種防護(hù)措施。

 

2.2.1 屏蔽與接地

        屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播是一種有效的防護(hù)措施。為了防止雷電電磁脈沖在信號(hào)或電源線路上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，流量計(jì)信號(hào)線、勵(lì)磁線及低壓電源線都應(yīng)采用有金屬屏蔽層的電纜，盡量避免電纜裸露于保護(hù)管之外。就瞬態(tài)過壓防護(hù)而言，信號(hào)線或電源線的屏蔽層應(yīng)沿線路單點(diǎn)接地，并將電纜敷設(shè)在鋼制電纜槽盒、金屬管內(nèi)，以此抑制低頻干擾。

 

        為了使儀表可靠接地，提高測(cè)量精度，不受外界寄生電勢(shì)的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地，且一般接地電阻應(yīng)小于 10 歐姆。當(dāng)傳感器安裝在絕緣管道時(shí)，傳感器兩側(cè)應(yīng)裝有接地環(huán)，然后通過導(dǎo)線與傳感器接地端連接一同接地。接地電極采用耐蝕合金材料制成，并與管軸互成 180 度分布。此外，傳感器、轉(zhuǎn)換器的回路接地及屏蔽接地也應(yīng)予以足夠的重視。

 

2.2.2 加裝浪涌保護(hù)器（SPD）

        在儀表室的屏蔽和接地措施達(dá)不到保護(hù)相應(yīng)電氣及電子設(shè)備的要求時(shí)，為減少電磁脈沖破壞的強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加裝多級(jí)浪涌過電壓防護(hù)器，它是一種用于保護(hù)各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路免遭雷電電磁脈沖或操作過電壓破壞的電子裝置。在實(shí)際應(yīng)用中，可采取有效的并聯(lián)箝位元件，加上濾波器，組成串聯(lián)式的浪涌抑制器是，這是最有效的浪涌保護(hù)方法。

 

        另外，為增加防雷安全系數(shù)，在流量計(jì)前端增加 UPS，雖然UPS 的作用是在供電系統(tǒng)突然停電或電壓不足時(shí)對(duì)設(shè)備提供支持，起到保護(hù)電氣和電子系統(tǒng)、處理控制器免受部分或全部損壞的作用，但在這里是利用 UPS 的另一個(gè)功能，當(dāng)避雷器不能完全泄掉侵入的雷電時(shí)，便會(huì)將 UPS 擊毀，從而起到最后保護(hù)流量計(jì)不被損壞的作用，選用 UPS 最主要的原因是價(jià)格低廉。

 

三、應(yīng)用實(shí)例

        以白云供水所所屬廣州電飯煲廠對(duì)開管網(wǎng)電磁流量計(jì)為例，該表供電電壓是 220VAC，由轉(zhuǎn)換器和傳感器構(gòu)成，兩者之間通過勵(lì)磁線和信號(hào)線連接，信號(hào)傳輸采用模擬 4~ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)疊加HART 協(xié)議，數(shù)字信號(hào)電平為 24VDC。根據(jù)目前的雷電防護(hù)技術(shù)和過壓防護(hù)標(biāo)準(zhǔn) IEC61000 - 4-5、ITU- TK20 /K21 及國(guó)標(biāo) GB9043 關(guān)于雷擊浪涌抗擾度測(cè)試條文，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取如下防護(hù)措施。

 

        1.利用雷電接閃器系統(tǒng)防止直擊雷的侵害；

        2.采用多層次的電磁屏蔽降低或限制感應(yīng)過電壓的產(chǎn)生；

        3.采用 1：1 電感器電源隔離方式解決，其原理是：與普通變壓器的原理是一樣，利用電磁感應(yīng)原理，利用變壓器的隔離作用，組成雙隔離變壓器，即兩組變壓器連接，初級(jí)單相 AC220V，次級(jí)也是單相 AC220V，次級(jí)重新接地，使一次側(cè)與二次側(cè)的電氣完全通道絕緣且回路隔離，利用其鐵芯對(duì)高頻損耗大的特點(diǎn)，從而抑制高頻雜波傳入控制回路；與此同時(shí)，對(duì)有些零線和地線之間電壓要求比較高的設(shè)備，采用隔離變壓器次級(jí)重新接地方法，減小設(shè)備零線對(duì)地電位。通過采用雙隔離變壓器措施，加強(qiáng)保護(hù)，提高供電電源純凈度和抗干擾用的能力，隔離電網(wǎng)的諧波干擾和不穩(wěn)定電壓，從而起到穩(wěn)壓、防雷、濾波作用。

 

四、結(jié)語

        電磁流量計(jì)防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合的工程，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到系統(tǒng)的防雷，要從儀表室、儀表信號(hào)和電源線等多方面考慮，綜合采用接閃、屏蔽、等電位連接、接地、電涌保護(hù)等多種措施，另外需要電氣、建筑等專業(yè)協(xié)同合作來實(shí)現(xiàn)，除了考慮系統(tǒng)安全性以外，還要考慮投資的成本、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。