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仪表系统防雷风险

来源:德恩拓 发布时间:2013-12-2 9:22:47

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SPDSurge ProtecTIveDevice),用以限制瞬态过电压和分走浪涌电流。但一个SPD 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SPD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SPD,成本将大幅度上升;再则,如果每个回路都增加两个SPD的话,由于SPD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SPD,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。

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. 感应雷击避雷针

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. 反击避雷针

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。

 

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