李學(xué)興

摘 要：簡述了化工儀表系統(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、過電壓和過電流耐受能力差、對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，雷電過電壓、過電流和脈沖電磁場會通過供電線、儀表信號線、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)雷云來臨時，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，向外輻射電磁波，藕合到控制室的計(jì)算機(jī)、儀表和現(xiàn)場儀器儀表，以及各類金屬導(dǎo)體上，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或感生電流，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)生過電壓，此雷電過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，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過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，它們之間就會產(chǎn)生放電，造成反擊電流，會對儀表控制系統(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)場儀表系統(tǒng)的防雷，應(yīng)和周圍的儲油罐等設(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，在雷電瞬態(tài)電流所經(jīng)過的路徑上將會產(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)的電位差超過了兩者之間的絕緣耐受強(qiáng)度，就會導(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傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對儀表系統(tǒng)也無影響。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，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)的雷電波通過保護(hù)地進(jìn)入系統(tǒng)，電子電路同樣會因承受高壓而損壞。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)場儀表屏蔽?，F(xiàn)場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信號線和電源線屏蔽。為了防止雷電電磁脈沖在信號或電源線路上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，所有的信號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)過壓防護(hù)而言，需要信號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可能會有一部分透過屏蔽層，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。

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