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現代石油化工儀表系統的重視防雷

來源:德恩拓 發布時間:2014-8-1 17:31:58

一、石油化工儀表系統防雷的回顧

國內目前在設計石油化工儀表系統時,基本上沒有考慮防雷問題,但國外在這方面已經有了近20 年的研究和使用經驗。國內一些石油化工廠常常因為遭受雷擊,使控制系統癱瘓,造成裝置停車,經濟損失巨大。于是,采取了一些補救的防雷措施,主要是采取分流法,就是在儀表系統的信號或通訊回路以及系統的供電電源部分采用浪涌保護器防雷器,用以限制瞬態過電壓和分走浪涌電流。但一個防雷器只能為回路的某部分提供保護;例如,一個安裝在DCS控制室的防雷器只能對DCS的卡件通道提供保護;一個安裝在現場變送器輸出的SPD只能對變送器提供保護。如果所有的I/O通道都裝防雷器,成本將大幅度上升;再則,如果每個回路都增加兩個防雷器的話,由于防雷器本身也會出現故障(在生產實踐中已證明了這一點),儀表系統的故障率將會大大增加。

因此,國內某些石油化工廠也只能在一些相對重要的場合部分地使用防雷器,保護也只局限于現場儀表或控制室DCS、PLC等,沒有真正實現儀表系統的整體防雷。

二、雷擊對儀表系統的危害形式

雷擊從形式上可分為直接雷擊與感應雷擊兩種,對儀表系統可能產生的危害形式劃分為下列幾種:

1、直接雷擊

雷電直接擊中現場儀表設備或與之連接的管路,通常會損壞儀表的傳感器模件并且可能損壞變送器的電子線路板。雷電流在沿儀表支架流入大地的過程中,產生強大的感應磁場,能通過信號傳輸線路耦合到控制室DCS 等電子設備內,損壞DCS 等電子設備。

2、感應雷擊

1)靜電感應。當雷云來臨時,地面物體,尤其是導體聚積大量電荷產生放電,放電電流若進入現場儀表和用電設備,造成設備損壞。

2)電磁脈沖輻射。雷電流在其通道周圍的空間產生電磁場,向外輻射電磁波,耦合到控制室的計算機、儀表和現場儀器儀表,以及各類金屬導體上,產生感應電動勢或感生電流,造成設備故障,損壞以致控制系統失靈。

3、雷電過電壓侵入

直接擊雷或雷電感應都可能使導線或金屬管道產生過電壓,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,造成干擾和破壞。

4、反擊

防雷裝置接閃時,強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),如果儀表控制系統的接地體與該點沒有足夠安全距離,它們之間就會產生放電,造成反擊電流,可直接擊穿用電器的絕緣部分,會對儀表控制系統產生干擾乃至破壞。防雷器

三、儀表系統防雷的主要措施

對于侵入儀表系統雷害的治理的措施是多方面的,主要包括接閃、分流、均壓、接地和屏蔽等。這些措施必須綜合運用,才能真正達到儀表系統的防雷。目前石油化工儀表系統所采取的防雷措施如下:

1、接閃

直接雷擊的防護主要由建筑物的防雷裝置實現,現場儀表系統的防雷,應和周圍的儲油罐等設備的防雷措施一起設計。

2、均壓

當雷擊發生時,在雷電瞬態電流所經過的路徑上將會產生瞬態電位升高,使該路徑與周圍的金屬物體之間形成瞬態電位差,如果這種瞬態的電位差超過了兩者之間的絕緣耐受強度,就會導致介質的擊穿放電,這種擊穿放電能直接損壞儀表設備,也能產生電磁脈沖,干擾儀表系統的正常運行。為了消除雷電瞬態電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電,可以將所有現場儀表的所有金屬外殼、構架、生產裝置的金屬設備、設施、儀表控制室內的設備、組件和元件的金屬外殼、金屬設施連接在一起,并且與儀表控制室的防雷接地系統相連接,形成完善的等電位連接。

3、接地

目前國內石油化工儀表系統的接地主要有兩種措施:浮地、多點接地。

1)浮地是指儀表的工作地與建筑物的接地系統保持絕緣,這樣建筑物接地系統中的電磁干擾就不會傳導到儀表系統中,地電位的變化對儀表系統也無影響。但由于儀表的外殼要進行保護接地,當雷電較強時,儀表外殼與其內部電子電路之間可能出現很高的電壓,將兩者之間絕緣間隙擊穿,造成電子線路損壞。防雷器

2)接地是指儀表、DCS、PLC 等設備的工作接地與保護接地分開,這種接地方式的突出優點是可以就近接地,接地線的寄生電感小。但是如果較強的雷電波通過保護地進入系統,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,可以考慮將保護地與工作地相連接,并且接入防雷接地系統,問題就可以解決了。

4、屏蔽

石油化工儀表系統大量采用半導體器件、集成電路和傳遞信號的電纜,由雷擊產生的瞬態電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上,也可以在電源或信號線上感應出瞬態過電壓波,沿線路侵入電子設備,使電子設備工作失靈或損壞。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措施。儀表系統的防雷屏蔽主要包括三個方面:控制室屏蔽、現場儀表屏蔽、信號線和電源線屏蔽。

 

 

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