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第1章 概述1

1.1噪声和干扰1

1.2噪声的三要素2

1.3噪声的耦合途径3

1.4串模干扰和共模干扰4

1.5控制系统的电磁兼容性7

1.5.1电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度8

1.5.2电快速瞬变脉冲群抗扰度9

1.5.3浪涌抗扰度10

1.5.4静电抗扰度11

1.5.5工频磁场抗扰度12

1.5.6脉冲磁场抗扰度12

1.5.7射频电磁场辐射抗扰度13

1.5.8射频场感应的传导骚扰抗扰度15

1.5.9评定抗扰度试验结果的通用原则16

1.5.10控制系统的发射16

1.5.11电磁兼容性的设计18

1.6控制系统消除干扰的主要途径18

参考文献19

第2章 电缆的静电屏蔽和电磁屏蔽21

2.1电容性耦合噪声及其抑制方法21

2.1.1耦合机理21

2.1.2电容性耦合与距离的关系23

2.1.3屏蔽对电容性耦合的影响24

2.2电感性耦合噪声及其抑制方法25

2.2.1耦合机理25

2.2.2回路之间的相对位置与耦合程度的关系26

2.2.3对作为噪声源的导线施行的电磁屏蔽27

2.2.4对作为信号线路施行的电磁屏蔽29

2.2.5双绞线的电磁屏蔽原理及其应用30

2.2.6同轴电缆和屏蔽双绞线31

2.2.7电容性耦合与电感性耦合噪声的区分32

2.3金属管线对低频磁场的屏蔽作用33

2.3.1屏蔽系数33

2.3.2应用34

2.4电磁场耦合噪声及其抑制方法34

2.4.1近场和远场34

2.4.2波阻抗35

2.4.3电磁场耦合的感应噪声36

2.4.4抑制电磁波传播的主要方法37

2.5外部信号线缆的选择和敷设39

2.5.1信号线缆的选择39

2.5.2信号电缆和电力电缆平行敷设的最小距离40

2.5.3本安电路与非本安电路敷设的最小距离40

2.5.4汇线桥架的敷设41

2.5.5其他注意事项41

参考文献42

第3章 控制系统的接地工程设计43

3.1接地基本知识43

3.1.1接地系统的结构44

3.1.2S型星形结构和M型网形结构的等电位连接44

3.1.3串联接地和并联接地46

3.1.4工频接地电阻和冲击接地电阻48

3.1.5接地系统产生的电磁干扰50

3.2低压交流供电系统的接地50

3.2.1低压交流供电系统的接地制式50

3.2.2相关标准对控制系统采用TN-S系统的规定52

3.3接地电阻53

3.3.1接地电阻的定义53

3.3.2接地电阻的理论值56

3.3.3接地电阻的测量误差60

3.3.4降低接地电阻的方法63

3.3.5接地材料的选择64

3.3.6土壤电阻率的测量64

3.3.7共用接地网接地电阻的测量65

3.3.8接地电阻的季节因数66

3.4接地系统的实施66

3.4.1组成接地系统各部分的名称66

3.4.2接地系统的实施方法66

3.4.3接地连接线的规格68

3.4.4接地连接的结构要求68

3.5接地案例的分析69

3.6有关接地系统实施过程中的问题70

3.6.1控制系统机柜的对地浮空70

3.6.2控制系统的接地参考图71

3.6.3浮地71

3.7独立接地和共用接地72

3.7.1接地方式的形态72

3.7.2独立接地73

3.7.3共用接地74

3.7.4用建筑物结构体作共用接地网77

3.8接地技术面临的挑战81

3.8.1“接地电阻不可测，应予废除”81

3.8.2人类科学技术的发展，总是呈螺旋式的上升81

附录3A接地装置电气连续性的测量电路82

参考文献83

第4章 控制系统的雷电防护85

4.1雷电的基础知识85

4.1.1雷云结构和放电原理85

4.1.2外部防雷装置的基本原理87

4.1.3用滚球法确定防直击雷装置的保护范围88

4.2雷电对控制系统侵害的途径89

4.2.1静电感应（电容性耦合）89

4.2.2电磁感应（电感性耦合）90

4.2.3反击（电阻性耦合）91

4.2.4电磁场辐射（电磁耦合）91

4.2.5感应过电压的估算92

4.3雷电电磁脉冲（LEMP）的基本防护措施92

4.3.1屏蔽92

4.3.2合理布线95

4.3.3使用浪涌保护器（SPD）96

4.3.4接地／等电位连接99

4.4雷电活动区、雷电防护区和防护措施分级100

4.4.1雷电活动区100

4.4.2雷电防护区（LPZ）101

4.4.3雷电防护等级（LPL）103

4.5控制系统遭雷击的典型案例分析104

4.5.1某化工公司污水处理装置的雷击案例分析104

4.5.2某化工公司邻硝装置的雷击案例分析105

4.5.3某石化公司石蜡加氢装置的雷击案例分析107

4.5.4某石化总厂沥青装置的雷击案例分析108

4.5.5某石化公司苯酚装置的雷击案例分析108

4.5.6某燃气公司混配站的雷击案例分析109

4.5.7某石化公司加氢裂化装置DCS的雷害隐患110

4.5.8从“亡羊补牢”到“防患于未然”111

4.6控制系统雷害的风险评估112

4.6.1控制室建筑物年预计雷击次数N1的计算113

4.6.2进控制室电缆年预计雷击次数N2的计算114

4.6.3工艺装置年预计雷击次数N3的计算115

4.6.4控制室所在建筑物、工艺装置以及进控制室电缆年预计雷击次数N的计算115

4.6.5控制系统因直击雷和雷电电磁脉冲损坏的可接受的最大年平均雷击次数Nc的计算115

4.6.6雷电防护等级的确定116

4.6.7计算实例116

4.7低压系统浪涌保护器（SPD）的配置和应用120

4.7.1概述120

4.7.2交流低压电源系统SPD的应用121

4.7.3信号、通信线路的SPD128

4.7.4SPD的安装130

4.8一个实例给控制系统防雷带来的思考133

4.8.1工程环境的描述133

4.8.2风险评估的计算134

4.8.3对已有防雷措施的评价134

4.8.4结论与思考136

附录4A术语136

4A.1综合防雷工程136

4A.2雷电电磁感应138

4A.3等电位连接系统138

4A.4浪涌保护器（SPD）139

参考文献139

第5章 控制室格栅型屏蔽的设计计算141

5.1概述141

5.2计算步骤142

5.3脉冲磁场抗扰度Ha的取值145

5.4计算实例146

5.5关于屏蔽导体截面的影响147

5.6工程用查表148

参考文献149

第6章 控制室的静电防护151

6.1静电放电的特点152

6.2人体的静电模型（HBM）154

6.3静电防护的软接地157

6.4防静电工作区的理念159

6.4.1EPA等级的划分160

6.4.2EPA要素160

6.4.3EPA静电泄漏电阻的取值161

6.5控制室静电防护的基本措施162

6.6防静电地面及其接地164

附录6A物体带电顺序表和人体、器件带电电压值165

附录6B防静电工作区的环境条件要求166

附录6G控制系统静电放电抗扰度的试验166

附录6D术语168

6D.1基本概念168

6D.2静电起电、积聚和消散169

6D.3静电放电现象169

6D.4材料及制品170

6D.5静电安全和灾害预防171

参考文献173

第7章 电源与信号的隔离、滤波和干扰抑制174

7.1供电系统的抗干扰设计174

7.1.1控制系统的电源电路对电源的一般要求174

7.1.2交流电源中产生干扰的主要原因176

7.1.3隔离变压器177

7.1.4开关电源产生的干扰及抗干扰措施178

7.2I／O信号的处理181

7.2.1模拟信号的数字滤波182

7.2.2开关量信号的采样滤波184

7.3长线传输干扰的抑制186

7.3.1数字信号传输过程中的波反射186

7.3.2终端开路时的波反射186

7.3.3终端短路时的波反射188

7.3.4终端电阻的匹配188

7.3.5抑制波反射的匹配措施188

7.4变频器高次谐波的抑制189

7.4.1变频器高次谐波的产生189

7.4.2高次谐波对控制系统的影响190

7.4.3消除高次谐波对控制信号干扰的对策191

7.5信号隔离192

7.5.1信号的传输隔离193

7.5.2信号的转换隔离193

7.5.3信号的分配隔离194

7.5.4信号的安全隔离194

7.5.5电源隔离195

7.5.6隔离精度195

7.5.7无源隔离器和信号的驱动能力195

7.5.8隔离器的响应时间196

7.5.9开关量的隔离196

7.6铁氧体磁珠滤波器199

参考文献202

第8章 控制室环境对控制系统性能的影响203

8.1控制室的环境气候条件203

8.1.1环境气候条件对控制系统的影响203

8.1.2标准规定的环境气候条件204

8.1.3控制室设计应采取的对策205

8.2控制室的空气洁净条件205

8.2.1空气洁净条件对控制系统的影响205

8.2.2IEC标准对反应性环境（腐蚀气氛）的分级方法205

8.2.3控制室对腐蚀性气氛和空气含尘量的要求206

8.2.4控制室设计应采取的对策206

8.3控制室的机械工作条件——振动207

8.3.1振动对控制系统的影响207

8.3.2振动的限制条件208

8.3.3控制室设计应采取的对策208

8.3.4控制柜的抗振要求209

参考文献209