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现代石油化工仪表系统的重视防雷

来源:德恩拓 发布时间:2014-8-1 17:31:58

一、石油化工仪表系统防雷的回顾

国内目前在设计石油化工仪表系统时,基本上没有考虑防雷问题,但国外在这方面已经有了近20 年的研究和使用经验。国内一些石油化工厂常常因为遭受雷击,使控制系统瘫痪,造成装置停车,经济损失巨大。于是,采取了一些补救的防雷措施,主要是采取分流法,就是在仪表系统的信号或通讯回路以及系统的供电电源部分采用浪涌保护器防雷器,用以限制瞬态过电压和分走浪涌电流。但一个防雷器只能为回路的某部分提供保护;例如,一个安装在DCS控制室的防雷器只能对DCS的卡件通道提供保护;一个安装在现场变送器输出的SPD只能对变送器提供保护。如果所有的I/O通道都装防雷器,成本将大幅度上升;再则,如果每个回路都增加两个防雷器的话,由于防雷器本身也会出现故障(在生产实践中已证明了这一点),仪表系统的故障率将会大大增加。

因此,国内某些石油化工厂也只能在一些相对重要的场合部分地使用防雷器,保护也只局限于现场仪表或控制室DCSPLC等,没有真正实现仪表系统的整体防雷。

二、雷击对仪表系统的危害形式

雷击从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种,对仪表系统可能产生的危害形式划分为下列几种:

1、直接雷击

雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路,通常会损坏仪表的传感器模件并且可能损坏变送器的电子线路板。雷电流在沿仪表支架流入大地的过程中,产生强大的感应磁场,能通过信号传输线路耦合到控制室DCS 等电子设备内,损坏DCS 等电子设备。

2、感应雷击

1)静电感应。当雷云来临时,地面物体,尤其是导体聚积大量电荷产生放电,放电电流若进入现场仪表和用电设备,造成设备损坏。

2)电磁脉冲辐射。雷电流在其通道周围的空间产生电磁场,向外辐射电磁波,耦合到控制室的计算机、仪表和现场仪器仪表,以及各类金属导体上,产生感应电动势或感生电流,造成设备故障,损坏以致控制系统失灵。

3、雷电过电压侵入

直接击雷或雷电感应都可能使导线或金属管道产生过电压,此雷电过电压沿各种金属管道、电缆槽、电缆线路就可能将高电位引入仪表系统,造成干扰和破坏。

4、反击

防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置,由于大地电阻的存在,雷电电荷不能快速向大地泄放,必然会引起局部地电位上升(可能上百千伏),如果仪表控制系统的接地体与该点没有足够安全距离,它们之间就会产生放电,造成反击电流,可直接击穿用电器的绝缘部分,会对仪表控制系统产生干扰乃至破坏。防雷器

三、仪表系统防雷的主要措施

对于侵入仪表系统雷害的治理的措施是多方面的,主要包括接闪、分流、均压、接地和屏蔽等。这些措施必须综合运用,才能真正达到仪表系统的防雷。目前石油化工仪表系统所采取的防雷措施如下:

1、接闪

直接雷击的防护主要由建筑物的防雷装置实现,现场仪表系统的防雷,应和周围的储油罐等设备的防雷措施一起设计。

2、均压

当雷击发生时,在雷电瞬态电流所经过的路径上将会产生瞬态电位升高,使该路径与周围的金属物体之间形成瞬态电位差,如果这种瞬态的电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度,就会导致介质的击穿放电,这种击穿放电能直接损坏仪表设备,也能产生电磁脉冲,干扰仪表系统的正常运行。为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电,可以将所有现场仪表的所有金属外壳、构架、生产装置的金属设备、设施、仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起,并且与仪表控制室的防雷接地系统相连接,形成完善的等电位连接。

3、接地

目前国内石油化工仪表系统的接地主要有两种措施:浮地、多点接地。

1)浮地是指仪表的工作地与建筑物的接地系统保持绝缘,这样建筑物接地系统中的电磁干扰就不会传导到仪表系统中,地电位的变化对仪表系统也无影响。但由于仪表的外壳要进行保护接地,当雷电较强时,仪表外壳与其内部电子电路之间可能出现很高的电压,将两者之间绝缘间隙击穿,造成电子线路损坏。防雷器

2)接地是指仪表、DCSPLC 等设备的工作接地与保护接地分开,这种接地方式的突出优点是可以就近接地,接地线的寄生电感小。但是如果较强的雷电波通过保护地进入系统,电子电路同样会因承受高压而损坏。由于以上两种接地方式都不能满足防雷的需要,因此,可以考虑将保护地与工作地相连接,并且接入防雷接地系统,问题就可以解决了。

4、屏蔽

石油化工仪表系统大量采用半导体器件、集成电路和传递信号的电缆,由雷击产生的瞬态电磁脉冲可以直接辐射到这些元器件上,也可以在电源或信号线上感应出瞬态过电压波,沿线路侵入电子设备,使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施。仪表系统的防雷屏蔽主要包括三个方面:控制室屏蔽、现场仪表屏蔽、信号线和电源线屏蔽。

 

 

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