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浅谈仪表系统防雷设计的重要性


浅谈仪表 系统 防雷设计 的重要性 
Dic s  h  m p t n e o   i t ig Pr t c i  i  s u s t e I or c   fLgh nn   o e t   a on n Is r me tSy t n tu n   s em  sgn De i  

1引 言 
匕   … 计 院 
<

br />雷电是 自然界强大 的脉冲放电现象,已给人类造  成了巨大的危害 ,列联合国的国际减灾防雷规划中 1  0
项 自然 灾害 的第 9 。近年 来石 油化 工 遭 雷击 事故 呈  项 上 升趋 势 。雷 电产 生 时 ,在 其 附近 的导 体上 产生 的 雷  电 电磁 脉冲 ,以 电磁 感 应 、静 电感 应等 方 式存在 ,给 

仪表系统的正常运行带来了很大 的威胁 ,特别是随着 
工 艺过 程 的愈 趋 复杂 ,控 制 系统 集 成 化 程度 的提 高 ,   使 控 制 系统对 雷击 的敏感 性也 在 同步 增加 。从 近几 年  雷 电灾害 统计 表 明 ,雷灾 的直 接 经济 损失 较小 ,但 间  接 的雷 电损 失 巨大 ,不 但 可 能造 成 整 个装 置 的停 车 ,   严 重 的还 有可 能引 起人 员伤亡 、生产 事故 。  

2雷电危害实例 
20 0 8年 5月下旬 ,我 国东 北地 区某装 置新建 罐 区  的仪 表控 制 室 。当施 工人 员送 电后准 备 进行 仪表 调校  时发 现部 分仪 表 已无 法 工作 ,经 过检 查 发现 控制 室 内 
的仪表 设备 U S电源 、分 电盘 、记录仪 、有毒气 体报  P

警盘等 内部模块烧毁 ,进一步检查现场发现罐顶安装 
的雷达 液 位计 上 的雷 电保 护模 块 已烧 损 ,但 安 装在 金 

属保护箱内的仪表却完好无损。此次雷 电事故不仅给 
工厂 造成 了一定 的 经济 损失 ,延 误 了装 置开 车 ,还影 
响 了工厂 的安全 生产 。  

据调 查 ,仪 表 系统于 一 周前 就 已调试 完 毕 ,仪 表  施 工 人员 已撤 离 了现 场准 备 中交 ,且 现场 电源 已全 部  关 闭 ,期 间也 无相 关 单位 进入 现 场施 工作 业 。那 么究  竟 是什 么 原 因造成 此 次事 故 呢? 经分 析在 此期 间 正是  雷 雨 季 节 ,有 4 、5次 强 雷 电发 生 ,而 当地 年 雷 暴 日  

2 0 年 增 刊  09

为 4 天 ,属于 高雷区地域 ,且 装置的北侧处于 空旷  l 地带。众所周知 , 电现象是高能量瞬间的放 电现象 , 雷   其效应是产生破坏作用极大 的高 电压 、强 电流 。当雷 
击 产 生 时 ,强大 的 电流 沿 避 雷针 流 入 大 地 的 过 程 中 ,  
会在 被 保 护 物上 形 成感 应 过 电压 ,因此 才 造 成 了此 次  事故 。  

设备装置 以及接地系统 的施工安装要严格遵循规范标 
准。  

目前 石 化 企业 的防雷 措施 主 要 是采 用 外部 雷 电防  护和 内部 雷 电防护两 种措 施进 行综 合 防护 。 外部 防雷  措施 主 要 采用 接 闪器 、引 下线 、分流 、接地 系 统 和控  制 室的屏 蔽等 , 目的是 将 大部分 雷 电能量泄 放 到大 地 ;  

3雷 电侵入途径分析 
雷 电损坏 设 备 通常 有 4条 途 径 :一 是 直 击 雷 ,即  雷 电直 接击 在建 筑 物 、大 地或 防 雷装置 等 实 际物体 上 ,   它的特 点是 能量 大 ,伴 有 强 大 的 冲击 电流 、炽 热 的 高 

内部防雷措施有信号线路 的防护和供 电线路 的防护 ,  
包 括 电线 电缆 的屏 蔽 、机柜 的屏 蔽 、等 电位 接 线 、合  理 布 线 、配 备 雷 电浪 涌 防护 器 以及 提 高仪 表 系 统 的抗  扰度 等 。  
41 外部 防雷  .

温、猛烈的冲击波等 ;二是雷 电感应 ,即闪电放电时 ,  
在 附近 导 体上 产 生 静 电感 应 和 电磁 感 应 ,所 形成 的雷  电 电磁 脉 冲和 雷 电浪涌 沿 着 与设 备 相连 的信 号线 、动  力线 等 侵 入设 备 而 使其 损 坏 。雷 电感应 ,因其传 播 途  径多 , 坏面 广 , 坏作 用不 可预 见 , 破 破 而容 易 被人 忽 视 ,   其后 果 远 比直 雷 击严 重 得 多 ,对 仪表 系 统 的危 害 也 最  大 ;三 是地 电位 反击 ,即雷 电流 经过 接 地 点 或接 地 系  统 ( 闪 )时 ,强 大 的 瞬 间雷 电流 通 过 引 下线 流 入 接  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 , 引起该 区域 地 电位 上升 ( 能上 百干 伏 )  而 可 。 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 ,直 接 击 

通常石化装置在户 外已统一设计了防雷装置 ,仪 
表设 备 应在 电气 专业 的直 雷击 保 护 范 围 内 ,但 在 高处  和 空 旷地域 的仪 表很 容 易 被雷 击 ,应 加 装金 属 的仪 表  保护 箱 , 护箱 要 与现 场 的金属 设施 实现 等 电位连 接 , 保  
并接入 防雷接 地 系统 。   42 内部防 雷  .

内部防 雷也 称为 仪表 系统 防雷 。 的基 本方法 有 : 它   ()等 电位 连接 ; 1   ( )信号 电缆 的 屏蔽与 接 地 ; 2  
( )仪表 设备 的 屏蔽与 接 地 ; 3   ( )合 理 布线 ; 4   ( )设置 浪涌 防 护器 。 5  

穿用电器的绝缘部分 , 使仪表系统产生干扰乃至损坏 ;  
四是 设 备 安装 方 法 包括 线 路 和布 局 、 安装 的位置 不 规  范 ,受 雷 电在 空 间分 布 的 电场 、磁场 的影 响而损 坏 。  

4 . 等 电位 连接  .1 2 等 电位就 是 保持 系统 各部 分 不产 生 足 以致 损 的 电  位 差 ,即 系统 所在 环 境 及 系统 本 身所 有 金 属导 电体 的  电位 在 瞬态 现象 时保 持基 本 相等 。  
厂 区、装 置 区 、现 场爆 炸 危 险 区 以及控 制 室 的建  筑 区域 内 ,必 须将 所 有 金属 设 备 、部 件 、结 构 的金 属 

4仪表 系统 的雷 电防护措 施 
通 过 以上 分 析 雷害 入 侵仪 表 系统 的各 种途 径 ,可  见 防雷 保护 设 计 工作 不 是 简单 的仪表 一 个 专业 所 能 完  成 的 ,它是 一 项技 术 要 求 高 、难 度 大 的系 统 工程 ,涉  及 多 方面 的 因素 , 要 多个专 业 的共 同配 合 才能 实现 。 需  

导体 ,用 导 体 互 相连 接 起来 ,形 成一 个 电气 上 连续 的  整 体 ,即等 电位体 ,使其 雷 感 电势 ( 电压 )均 衡 ,并  接 入 防 雷 接 地 系 统 。等 电位 连 接 通 常 有 s型和 M 型  以及两 种 形式 的组 合 。仪 表 系统属 于 低频 小信 号 系统 ,  

为此我们的主导设计思想应是本着经济性、合理性和  科学性的原则综合考虑 ,以最少的成本获取最佳的雷 
电防 护效 果 。在 具 体 操作 时还 应充 分 考 虑 到仪 表 系 统 

宜采用 s 型结构 ,实行单点接地。等 电位连接示意图 
如图 1 所示 。  
422 屏 蔽  .-

的 自身特点 ,了解被保护对象所在 区域的雷电活动规  律 ,对不 同类型 的仪表采用不同的防雷方法 ,这样才 
能 有 效 地 避 免 或 减 少 雷 害 损 失 。 同 时还 应 注 意 防 雷 

仪 表 系 统 的 防雷 屏 蔽主 要 包括 3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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地 装置 和 接 地连 接 系  统 构 成 ,接 地装 置与  电气专 业 的接 地 装置  共 用 。此 外 ,在 设计 

时还应注意接地的连  续性 ,如在现场采用 
接线 箱 时 ,应 将 外层 

屏 蔽 在 接 线 箱 内连 
接 ,并 与 接 线箱 体 连  接 ,接 线 箱 应就 近 接 

地 ;电缆 穿线 钢 管、  
电缆槽 板 除两端 应 按 
规 定 接地 外 ,还 应 多 
电气专业 

点 重 复接 地 ,利 于 雷  电流 的泄 放 ;备 用 电 

图 1 等 电位 连 接示 恿 图 

缆和备用 电缆 的备用  
芯不 应接 地 。  
424 合理 的布线  ..

屏 蔽 的 目的是为 了减 少 电磁 干扰 ,它包 括 静 电屏  蔽和 电磁 屏蔽 。 防雷所 采取 的基 本 屏蔽 措施 是建 筑 物  和房 间 的外部 屏 蔽措施 , 以合 适 的路径 敷设 线 路 ,保  证 线路屏 蔽 。   控制 室 内的机柜 应 装有 与机 柜本 体 相连 接 的保护  接 地汇 流条 ,防静 电地板 应 至少 通过 两点 与 等 电位连  接导 体相连 接 。   室 外现场仪 表 的金 属外 壳 、 属保 护箱应 全封 闭 , 金  
属 材质 的保护 箱 内。   室外现 场信 号线 和 电源线 应 采用 带金 属 屏蔽层 的 

无 论是 电源 还是 信 号线 ,在 雷击 过程 中都可 能通  过 电磁感 应而 产 生感 应过 电压 ,通过 合理 布线 ,就 会  减 少 导线 上 的感应 电压 使 其顺 利 导流 ,减 少雷 电流 的  影 响。布线 包 括各 类 电缆 ( ) 的敷设 和 接地 连接 的  线 导 线 的路径 。布 线 时应 注意 仪 表配 线尽 量远 离接 地 引  下线 或避 雷引下线 ,并避免 与其 平行敷 设 。  
目前石 化 企 业 使 用 仪 表设 备 大 多 为微 电子 设 备 ,  

对需要进行雷 电防护的非金属外壳仪表应使其装在金  4 . 浪涌 防护器  .5 2
抗 过 电压 能 力很 差 ,一 般 电路 极 限 电压 均 在 几 十伏 ,   性 和热 稳定 性变 坏 、抗 击下 一 次冲 击 的能力 进一 步 降  低 、使用 寿命 缩 短 ,严重 的 造成 工作 失 灵 、短 路 或开  路而 损坏 。浪 涌保 护 器 的作用 就 是 限制 瞬态过 电压 和 

屏蔽电缆 ,并且采用全程穿线钢管或全封 闭钢板结构  极 易遭 受 感应 雷袭 击 ,轻 则使 电路 漂 移加 大 、 电稳定 
的槽 板方 式 敷 设 。仪 表信 号 电缆 宜 采 用双 绞 线 芯 对 ,   电缆 的外屏 蔽层应 至少 两端 接地 ,内屏 蔽层单 端接 地 。  
423 接 地  .-

接地就是要将引下的雷 电电流疏散到大地中。接  分 走 浪涌 电流 ,将 由外部侵 入 的感 应 过 电压 波 和 由内 
地 系 统是 提 供 雷 电泄 放 的重 要 通道 ,是 防 雷 的基 础 ,   良好 的接 地和合理 的接 地才 能发挥 防雷 系统 的功效 。  
控 制室 的 防雷接 地 、防静 电接 地 、 电气设 备 的保 

部感应的过 电压波 隔离在设备之外,有效地降低压敏 
元 件输 出 残压 ,使 信号 线上 的 电压 水平 保持 在允 许 的  范 围之 内 ,以保 护弱 电设 备 的安 全 。  
浪 涌保 护器 的 设置 要根 据装 置情 况 及可 能造 成 的 

护接 地 、仪 表 系统 工作 接 地 、屏蔽 接地 、浪 涌保 护 接  等 ,应 共用接 地 装置 。仪 表 系统 防雷 工程 的接 地 系  统与 仪表 接地 系统 相 同 ,采 用 等 电位连 接方 式 ,由接 

损失 程度 而定 。对应 设置 浪 涌保 护器 的信号 回 路 ,现 

场侧和控制室侧两端应同时设置。  

( 下转 17   8 页)

仪 表 供 电系 统 的浪 涌 保 护器 是 仪 表 系统 抗 雷击 的  有效 措 施之 一 。因此 对 来 自电气 专业 的交 流 电源 在 进  入控 制 室之 前 应 设 计有 浪 涌保 护 器 ,以 防止 高压 电进 
入仪 表供 电回路 。  

装置 安全 、平稳 地运 行 。  
参 考文 献 

1 建筑 物 防雷设 计规 范 .  0 5—4 GB50 79.   2 石油 化工 仪表 接 地设 计规 范 . H T O 1 03 S /3 8- 0 . 2   3 叶 向 东 . 油 化 工仪 表 系 统 防 雷 设 计 (). 油 化  石 I 石
工 自动化 , 0 8 ( ):1 9 20, 2 ~.  

5结束语 
仪 表 系统 防 雷设 计 是石 化 装 置 设计 不 可 缺少 的部  分 ,因此 应 充 分 认 识 到 石 油 化 工 场 所 的 防 雷重 要 性 、   迫切 性 、复杂 性 ,加 强对 防雷工 程技 术 的学 习和 掌 握 ,   对 防雷 设计 的不 合理 或 欠缺 之 处 要从 科 技 发 展 的新 角 

4 叶 向东 . 油化 工仪 表 系统 防 雷设 计 ( 石 Ⅱ). 油化  石
工 自动化 , 0 8 ( ):6 O 20, 3 M .  

度重新认识并加以修正 ,熟悉防雷施工 的安装与验收  规范 ,严格按照国家标准做好防雷设计工作 ,以确保 

作者简介 :宋凯,高级 工程师 ,从 事 自控设计工作,注册 
自动 化 系统 工 程 师 。   ’  


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