石油化工行業(yè)儀表控制系統(tǒng)防雷擊探討

牛賈睿

摘 要： 本文簡述了雷擊的危害、石油化工行業(yè)儀表設(shè)備防雷安裝的一般原則以及具體防雷措施。儀表控制系統(tǒng)設(shè)備的防雷，主要通過等電位連接、合理布線及浪涌保護(hù)器等組成，主要用于減小和防止雷電流在需防空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：石油化工;儀表;等電位接地

引言

雷擊是嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，隨著時(shí)代發(fā)展，越來越多的數(shù)據(jù)處理依賴電腦、網(wǎng)絡(luò)及通訊設(shè)備，而這些電子設(shè)備的電壓工作在較小的范圍內(nèi)并且數(shù)量龐大集中。石油化工行業(yè)中現(xiàn)場采用大量的儀表監(jiān)測設(shè)備，通過線纜將采集的數(shù)據(jù)連接到控制系統(tǒng)，集中自動控制整個(gè)生產(chǎn)過程。當(dāng)雷電天氣發(fā)生時(shí)，如果沒有有效防雷措施，造成控制系統(tǒng)卡件中的電子敏感元件損壞，就會導(dǎo)致生產(chǎn)過程中斷停車，甚至造成安全生產(chǎn)事故。因此從整體上對儀表控制系統(tǒng)的防雷保護(hù)措施，保證石化企業(yè)安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 雷擊危害傳播途徑

雷擊對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的入侵，主要有以下三個(gè)途徑：直擊雷經(jīng)接閃器而直接入地，導(dǎo)致地網(wǎng)附近地電位抬升，高電壓由設(shè)備接地線引入造成地電位反擊;雷電流經(jīng)引下線入地時(shí)，高的電流變化率在引下線周圍產(chǎn)生強(qiáng)磁場，使周圍設(shè)備感應(yīng)過電壓;進(jìn)出大樓或機(jī)房的電源線或通信線在大樓外遭受直擊雷或感應(yīng)雷，過電壓及過電流沿線竄入，入侵設(shè)備。

2 石油化工儀表防雷現(xiàn)狀

1.1 雷電的防護(hù)

目前各種建筑物大樓大多數(shù)多采用避雷針等防止直擊雷，保護(hù)建筑物的安全。但隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的電源線、信號線很容易受到雷電影響產(chǎn)生感應(yīng)電流損壞設(shè)備。因此，建筑物電子信息系統(tǒng)應(yīng)采用外部防雷和內(nèi)部防雷等措施進(jìn)行綜合防護(hù)。

1.2 設(shè)備防雷安裝的一般原則

設(shè)備的防雷安裝屬于內(nèi)部防雷范疇，針對一般通信設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境，主要從以下三個(gè)方面防止感應(yīng)雷擊的破壞。一、接地：良好接地是設(shè)備防止雷擊、抵抗干擾的首要保證條件，應(yīng)根據(jù)本安裝指導(dǎo)手冊的指導(dǎo)原則和實(shí)際接地方法認(rèn)真檢查，確保設(shè)備安裝現(xiàn)場接地的正確性、可靠性;二、線纜走線：通信線纜及電源供電線的規(guī)范走線是降低設(shè)備雷擊感應(yīng)影響、抵抗干擾的有效途徑，防止室外架空走線、飛檐走線以及控制線纜的分類可有效降低設(shè)備的雷擊損壞率;三、等電位連接：設(shè)備等電位連接的目的，在于減少需要防雷的空間內(nèi)各種金屬部件和系統(tǒng)之間的電位差。這是防雷工程安裝中的一項(xiàng)重要措施，可以有效避免系統(tǒng)由于雷擊等因素引起的過電壓現(xiàn)象。

2? 防雷接地要求及方法

2.1 一般性要求

為了能夠盡快泄放因雷擊等原因產(chǎn)生的過電壓和過電流，設(shè)備正常不帶電的金屬部件均應(yīng)設(shè)置保護(hù)接地。包括：設(shè)備機(jī)殼上的接地端子;設(shè)備戶外電纜的金屬護(hù)套或屏蔽層;設(shè)備電纜上加裝的信號防雷器;采用交流電源時(shí)，PE線接地;采用直流供電時(shí)，-48V直流電源的正極（或24V直流電源的負(fù)極）應(yīng)在電源柜的直流輸出口處接地等等。

防雷接地設(shè)計(jì)應(yīng)按均壓、等電位的原理設(shè)計(jì)，即工作接地、保護(hù)接地（包括屏蔽接地和配線架防雷接地）共同合用一組接地體的聯(lián)合接地方式。

2.2 接地方法

設(shè)備防雷接地主要有以下三種情況，接地效果按照：連接接地排、埋設(shè)接地體、連接電源的PE線依次遞減。通常情況下，您可以直接通過交流電源的PE線進(jìn)行接地。如果條件允許的話，可以通過設(shè)備后面板上的接地端子來連接接地排或埋設(shè)接地體來達(dá)到更佳的接地效果，如圖1。

3 室內(nèi)線纜走線

設(shè)備線纜，按照連接終端的位置不同，可以分為室內(nèi)線纜和室外線纜。二者在防雷設(shè)計(jì)中對于布線有不同要求。通信連接電纜應(yīng)盡量在室內(nèi)走線，可以有效降低設(shè)備的感應(yīng)雷擊損壞率。通信連接電纜應(yīng)盡量在室內(nèi)走線，可以有效降低設(shè)備的感應(yīng)雷擊損壞率。? ?以太網(wǎng)線是室內(nèi)信號互連線，正常情況下不應(yīng)戶外架空或飛檐走線。

室內(nèi)線纜布線遵循以下幾點(diǎn);一是線纜安裝要求分類走線，避免不同類別的線纜相互捆扎;二是建議線纜每隔100mm捆扎一個(gè)線扣，加強(qiáng)梳理與固定;接地線應(yīng)盡可能的短而粗;地線與接地排的連接，需用螺絲擰緊或焊接并做防腐處理。

具體來說，電源線、信號電纜、光線、接地線按照如下方法進(jìn)行布線;電源線電源線一端接設(shè)備，一端連接電源插排或防雷插排，多余部分折成S形狀固定在機(jī)箱內(nèi)側(cè)，注意與其他線纜保持20cm以上的距離;信號電纜按照室內(nèi)與室外分類安裝與捆扎，從不同的機(jī)箱出線孔引出至用戶終端或級聯(lián)設(shè)備;光纖由光口引出后，直接連接光電轉(zhuǎn)換器的光纖可盤繞掛在機(jī)箱內(nèi)側(cè);與其他設(shè)備級聯(lián)的光纖應(yīng)套PVC管引出，避免牽引和拉伸;地線一端接設(shè)備的接地端子，另一端連接接地排，地線與其他諸如信號電纜的距離保持20cm以上的距離。

4 等電位連接

等電位在現(xiàn)實(shí)生活中的一個(gè)實(shí)例是航空飛行器雖然沒有接地，但由于它內(nèi)部的電子設(shè)備和飛行器的金屬外殼作了等電位連接，形成了1個(gè)等電位體，因此免受雷電影響[1]。

4.1 設(shè)備等電位連接的一般性要求

處在同一工作范圍內(nèi)的互連設(shè)備需要進(jìn)行等電位連接。例如：互連設(shè)備，電纜的金屬護(hù)套、供電電源PE線、安裝金屬結(jié)構(gòu)件等均應(yīng)保證等電位連接。等電位連接線使用黃綠雙色相間線，線徑建議大于等于6mm2并且連接線盡量短，最好能構(gòu)建一個(gè)接地排（環(huán)）作為等電位連接點(diǎn)。

4.2 設(shè)備等電位連接方法

互連設(shè)備的等電位連接可按照如圖2進(jìn)行，連接完畢后用萬用表測量每個(gè)等電位連接點(diǎn)間是否良好接觸，阻抗足夠低。

5 防雷器的使用

上述屏蔽和接地措施是有效的，但屏蔽不可能做到天衣無縫，例如電源要從外部引入，

在某些情況下和一些特定場合還無法完全取消架空線。

5.1 電源防雷器

當(dāng)交流電源線從戶外引入，直接接到設(shè)備電源口時(shí)，交流電源口應(yīng)采用外接防雷接線排的方式來防止設(shè)備遭受雷擊。防雷接線排可用線扣和螺釘固定在機(jī)柜、工作臺或機(jī)房的墻壁上。使用時(shí)，交流電先進(jìn)入防雷接線排，經(jīng)防雷接線排后再進(jìn)入設(shè)備。經(jīng)過實(shí)踐，我單位使用的CLEVER（克萊沃） C-96-CG3D 安全轉(zhuǎn)換器效果良好。電源防雷器使用時(shí)，一定要保證它的PE端子接地;將交流電源插頭插進(jìn)電源防雷器（防雷接線排）插座后，電源防雷器只有代表運(yùn)行的綠燈亮，而無紅燈告警時(shí)，方可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)防雷功能。

5.2 信號防雷器

正常情況下，信號防雷器完成系統(tǒng)信號的傳輸。當(dāng)信號線受到雷擊或感應(yīng)到高電壓時(shí)，防雷器的充氣放電管F以納秒級時(shí)間內(nèi)將浪涌電流泄放至大地，從而保護(hù)了人身安全。浪涌二極管D鉗住兩線間的電壓，就可以達(dá)到保護(hù)接收儀表設(shè)備的目的。串聯(lián)電阻R起限流保護(hù)作用，當(dāng)二極管擊穿時(shí)，使線路電流不致過大。浪涌過后防雷器自動恢復(fù)正常運(yùn)行。串聯(lián)電阻R可以用壓敏電阻代替，更好地限制故障電流地大小[2]。

6. 結(jié)束語

雷電做為自然現(xiàn)象無法避免，但可以通過技術(shù)手段提高系統(tǒng)的防雷能力。工作中，應(yīng)深人學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、提高認(rèn)識并在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)時(shí)給予足夠重視是非常必要的。

參考文獻(xiàn)

[1] 何巖明，紀(jì)波峰，紀(jì)綱. 計(jì)量儀表的防雷方式探討，石油化工自動化，2017，53（06）.

[2] 馬廣泉. 控制系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)[J]. 中國儀器儀表，2001，5.