儀表防雷技術(shù)的應(yīng)用研究

李學(xué)興

摘 要：簡(jiǎn)述了化工儀表系統(tǒng)受到雷擊的形式及其產(chǎn)生的破壞，詳細(xì)介紹了幾種防雷技術(shù)，對(duì)化工儀表系統(tǒng)的防雷保護(hù)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：儀表；防雷；化工

隨著化工企業(yè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，儀表系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，而儀表設(shè)備普遍存在絕緣強(qiáng)度低、過(guò)電壓和過(guò)電流耐受能力差、對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，一旦儀表設(shè)備受到直接雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊，雷電過(guò)電壓、過(guò)電流和脈沖電磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)供電線、儀表信號(hào)線、電纜匯線槽、穿線管等途徑到達(dá)儀表設(shè)備，威脅儀表設(shè)備的正常工作和安全運(yùn)行。

1 雷擊危害形式

雷擊從形式上可分為直接雷擊與感應(yīng)雷擊和雷電過(guò)電壓侵入、反擊這四種形式，可能產(chǎn)生的危害形式劃分為下列情況。

1.1 直接雷擊

雷電直接擊中現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備或與之連接的管路，它的特點(diǎn)是能量大，伴有強(qiáng)大的沖擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波通常會(huì)損壞儀表的傳感器模塊并且可能損壞變送器的電子線路板。

1.2 感應(yīng)雷擊

感應(yīng)雷擊又分為靜電感應(yīng)和電磁脈沖輻射。靜電感應(yīng)是當(dāng)雷云來(lái)臨時(shí)，地面物體，尤其是導(dǎo)體聚積大量電荷產(chǎn)生放電，放電電流若進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表和用電設(shè)備，造成設(shè)備損壞；電磁脈沖輻射是雷電流在其通道周圍的空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，向外輻射電磁波，藕合到控制室的計(jì)算機(jī)、儀表和現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表，以及各類金屬導(dǎo)體上，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電流，造成設(shè)備故障，損壞以致控制系統(tǒng)失靈。

1.3 雷電過(guò)電壓侵入

直接擊雷或雷電感應(yīng)都可能使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過(guò)電壓，此雷電過(guò)電壓沿各種金屬管道、電纜槽、電纜線路就可能將高電位引入儀表系統(tǒng)，造成干擾和破壞。

1.4 地電位反擊

防雷裝置接閃時(shí)，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過(guò)引下線流入接地裝置，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速向大地泄放，必然會(huì)引起局部地電位上升（可能上百千伏），如果儀表控制系統(tǒng)的接地體與該點(diǎn)沒有足夠安全距離，它們之間就會(huì)產(chǎn)生放電，造成反擊電流，會(huì)對(duì)儀表控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾乃至破壞。

2 化工儀表防雷技術(shù)

目前化工企業(yè)對(duì)儀表的防雷措施有外部雷電防護(hù)和內(nèi)部雷電防護(hù)，大致分為以下幾類。

2.1 接閃器

直接雷擊的防護(hù)主要由建筑物的防雷裝置實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)的防雷，應(yīng)和周圍的儲(chǔ)油罐等設(shè)備的防雷措施一起設(shè)計(jì)。

2.2 均壓

當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，在雷電瞬態(tài)電流所經(jīng)過(guò)的路徑上將會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電位升高，使該路徑與周圍的金屬物體之間形成瞬態(tài)電位差，如果這種瞬態(tài)的電位差超過(guò)了兩者之間的絕緣耐受強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿放電損壞儀表設(shè)備。為了消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，可將現(xiàn)場(chǎng)儀表的所有金屬外殼、構(gòu)架、生產(chǎn)裝置的金屬設(shè)備、設(shè)施、儀表控制室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼、金屬設(shè)施連接在一起，并且與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成完善的等電位連接。

2.3 接地

目前國(guó)內(nèi)化工儀表系統(tǒng)的接地主要有兩種措施：浮地、多點(diǎn)接地。①浮地。浮地是指儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不會(huì)傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對(duì)儀表系統(tǒng)也無(wú)影響。但由于儀表的外殼要進(jìn)行保護(hù)接地，當(dāng)雷電較強(qiáng)時(shí)，儀表外殼與其內(nèi)部電子電路之間可能出現(xiàn)很高的電壓，將兩者之間絕緣間隙擊穿，造成電子線路損壞；②接地。接地是指儀表、DCS、PLC等設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地分開，這種接地方式的突出優(yōu)點(diǎn)是可以就近接地，接地線的寄生電感小。但是如果較強(qiáng)的雷電波通過(guò)保護(hù)地進(jìn)入系統(tǒng)，電子電路同樣會(huì)因承受高壓而損壞。由于以上兩種接地方式都不能滿足防雷的需要，因此，可以考慮將保護(hù)地與工作地相連接，并且接入防雷接地系統(tǒng)，問(wèn)題就可以解決了。

2.4 屏蔽

化工儀表系統(tǒng)多為半導(dǎo)體器件、集成電路組成，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，造成設(shè)備工作失靈或損壞。利用屏蔽體來(lái)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。①控制室屏蔽。儀表控制室應(yīng)是無(wú)窗的封閉結(jié)構(gòu)，將房屋墻壁中的結(jié)構(gòu)鋼筋交點(diǎn)處電氣連接，并與金屬門框焊接，構(gòu)成一個(gè)帶門開口的屏蔽籠，在室內(nèi)沿墻壁四周再做一圈保護(hù)接地環(huán)（接入防雷地），接地環(huán)與屏蔽籠進(jìn)行有效的電氣連接；②現(xiàn)場(chǎng)儀表屏蔽。現(xiàn)場(chǎng)儀表可采用金屬的儀表箱（罩）實(shí)現(xiàn)防雷屏蔽，儀表箱（罩）要與其它現(xiàn)場(chǎng)的金屬設(shè)施實(shí)現(xiàn)等電位連接，并接入防雷接地系統(tǒng)；③信號(hào)線和電源線屏蔽。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(guò)電壓波，所有的信號(hào)線及低壓電源線都應(yīng)采用有金屬屏蔽層的電纜。就瞬態(tài)過(guò)壓防護(hù)而言，需要信號(hào)線或電源線的屏蔽層沿線路多點(diǎn)接地或至少應(yīng)在線路的首、末兩端接地。當(dāng)采用多點(diǎn)接地后，各接地點(diǎn)之間的屏蔽層沿線路之間形成回路，低頻干擾電流的電磁場(chǎng)可能會(huì)有一部分透過(guò)屏蔽層，在電纜的芯一護(hù)套回路產(chǎn)生低頻干擾，這就要求屏蔽層沿線路只能采取單點(diǎn)接地。

2.5 分流

分流是防雷的有效措施，由于儀表回路太多，不可能在每個(gè)儀表回路中都使用SPD，必須有選擇地在重要回路和系統(tǒng)電源回路中安裝SPD或避雷器。

[參考文獻(xiàn)]

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