关于化工装置仪表自控系统防雷的论述

摘要：近年来，随着化工企业的规模、数量不断扩大、增加，仪表系统向网络化、智能化方向迅猛发展。本文分析了雷电对化工企业仪器仪表及控制系统造成的危害和影响，并阐述了仪表自控系统防雷的对策和措施。

关键词：化工装置；仪表自控；防雷措施

中图分类号：F407文献标识码： A

引言

近些年，在化工行业中仪器仪表的计算机自动化控制技术应用的十分广泛，仪表自控系统正向智能化、网络化的方向迅猛发展，但是因为仪器仪表等设备过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，雷电对仪表自控系统有了更大的威胁，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过仪表信号回路、供电回路、电缆汇线槽、穿线管等途径到达仪器仪表设备，对仪表自控系统的正常工作和安全运行造成了严重的威胁。因此，在现代化工仪表自控系统中合理的防范雷电变得非常重要。

一、雷电对仪表自控系统的危害和影响

（一）雷击的分类

雷可分为三种，云内雷、云际雷和云地雷。而对仪表系统破坏起主要作用的是云地雷，云地雷的破坏方式可分为直击雷和感应雷。

（二）电对仪表自控系统的危害和影响

1、直接雷击。所谓直接雷击就是在雷电活动区内，雷电直接通过人体、建筑物、设备等对地放电所产生的电击现象。在化工企业中，雷电直接击中现场仪器仪表设备，进而造成仪器仪表传感器或变送器的电子线路损坏。

2、感应雷击。静电感应，如果有雷云来临，地面物体，特别是导体聚积大量电荷就会放电，如果放电电流进入现场仪表和用电设备，就会损坏设备。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，及其各类金属导体上，产生感应电动势或感生电流，导致设备故障，损坏而导致控制系统失灵。

3、电涌引入。直接雷击或感应雷电都可以使金属类导线及金属管道产生过电压，过电压涌入可以发生在供电回路或信号回路中，造成供电回路供电质量下降，信号回路中芯线与芯线及屏蔽层之间产生横、纵向过电压，并通过耦合干扰和破坏信号回路中所连接的仪器仪表设备。

4、反击。接闪器接闪时，巨大的瞬间过电流将通过引下线引入接地极，雷电流在释放过程中，连接导体上产生的高电压将对其周围其它物体产生电击，这种现象称为雷电反击。

二、化工仪表系统安装防雷保护的必要性

因为仪表设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点，仪表设备如果受到直接雷击或者其附近区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、仪表信号线、电缆汇线槽、穿线管等途径到达仪表设备，对仪表设备的正常工作和安全运行造成威胁。

三、仪表自控系统的防雷措施

对于治理侵入仪表系统雷害的措施是多方面的，主要有接闪、均压、分流、接地和屏蔽等。这些措施一定要综合运用，这样才可以实现仪表系统的防雷效果。化工企业仪表系统所采取的防雷措施主要应该从下列几个方面来加以考虑：

（一）接闪

接闪设计时，应根据仪表自控系统控制室及现场工艺装置的结构形式等各种相关因素，综合全面地考虑防雷措施。例如现场仪表自控系统的防雷，应和周围的工艺装置等防雷措施一起设计，并根据实际情况考虑采用的接闪器类别（避雷针、避雷带或避雷网）

（二）等电位连接

雷电产生电流时的瞬间电压非常高，周围的金属也会产生高压电，有时会产生击穿放电现象，损坏仪表设备，电磁场也会伴随发生波动，对仪表总控系统产生干扰。为了使装置和各设备之间的水平电位大致相同，将装置区内的设施进行处理，将各个设施连接在一起，接入防雷接地网，在雷电产生电流时，设备之间承受力均匀，有效的避免了雷击对各设备的损坏。

（三）接地

目前国内化工仪表系统的接地主要有两种措施，即浮地、多点接地。浮地指的是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不会造成影响。然而因为仪表的外壳要进行保护接地，如果雷电较强的情况下，仪表外壳与其内部电子电路之间可能会出现非常高的电压，击穿两者之间绝缘间隙，导致电子线路损坏。接地指的是仪表、DCS、PLC等设备的工作接地与保护接地分开，这种接地方式的主要优点是能够就近接地，接地线的寄生电感小。

（四）信号线路的防护

在线路传输中，雷电会产生雷电波，在线路上可以感应出比较高的瞬间冲击。所以对于仪表控制系统而言，要求其可以承受的住比较大、比较高能量的瞬间冲击。然而就当前现状来看，大多数的仪表都是由集成电路板构成的，通常而其控制系统因为电子元器件的高度集成化而使耐压、耐过流水平下降。在仪表控制回路中，一些电子设备会遭受过多电压而导致电路损坏，因此在仪表经常可能遭受雷击的部分要加必要的SPD用以保护设备。

1、现状仪表设备SPD安装。

在现场安装过程中，SPD要在防爆盒内安装，在安排进出线的时候要分别布线，对于仪表、保护装置及其防暴设备等都要进行等电位保护。在对现场各变送器进行安装的时候，要采用具有多级浪涌电压保护功能的管形SPD。

2、控制室设备SPD安装。

在现场安装好相关的SPD之后，就要在控制室安装。在安装的过程中，为了防止出现保护后的信号线路发生藕合高压的现象，要将进线与出线分开。接地汇总端要安排在防雷设备附近。而在控制室内与现场相对应的设备，就需要采用具备多级浪涌电压保护功能的SPD设备。

（五）分流

由于发生接闪时，雷电流主要通过分流和感应两种方式释放，因此通过设置合理数量的防雷引下线，使分流后的雷电流变小，从而将发生雷电反击和感应的影响范围降至最低。

（六）屏蔽

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，也能够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，从而导致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有控制室屏蔽、现场仪表屏蔽、信号线和电源线屏蔽。控制室屏蔽，控制室内的控制系统是仪表系统的心脏，对雷电产生的电磁脉冲十分敏感，特别需要注意的是其屏蔽问题。仪表控制室应是无窗的封闭结构，把房屋墙壁中的结构钢筋交点处电气进行连接，并与金属门框焊接，构成一个带门开口的屏蔽笼，在室内沿墙壁四周再做一圈保护接地环（接入防雷地），有效的将接地环与屏蔽笼进行电气连接。现场仪表屏蔽，现场仪表可采用金属的仪表箱（罩）实现防雷屏蔽，仪表箱（罩）要和其它现场的金属设施实现等电位连接，并接入防雷接地系统。信号线和电源线屏蔽，为了避免雷电电磁脉冲在信号或电源线路上感应出瞬态过电压波，所有的信号线及低压电源线都应使用有金属屏蔽层的电缆。就瞬态过压防护来说，需要信号线或电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首、末两端接地。当采用多点接地后，各接地点之间的屏蔽层沿线路之间形成回路，低频干扰电流的电磁场可能会有一部分透过屏蔽层，在电缆的芯-护套回路产生低频干扰，这就需要屏蔽层沿线路只能采取单点接地。为了避免因为多点接地所产生的低频干扰，可以把电缆穿入金属管内或采用双屏蔽电缆，把金属管或双屏蔽电缆的外屏蔽层采取多点接地，金属管内或双屏蔽电缆的内屏蔽层能够采用一端接地，这样不但可以确保安全，对于抑制低频干扰也十分有利。

结语

由于工业仪表对于工厂来说都是比较重要的，所以仪表控制系统需要进行保护。化工企业今后的装置仪表施工工作中，要尽可能完善各系统，认真施行各项保护措施，确保装置区内的各项系统在雷雨天气来袭时可有效安全的正常运行。

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