梁冰

【摘要】隨著工業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，自動化儀器儀表系統(tǒng)已成為工業(yè)生產(chǎn)的神經(jīng)中樞，但儀器儀表設(shè)備絕緣強度、過壓與過流耐受能力以及抗電磁干擾能力較低，很容易受到雷擊或者雷擊的干擾而失靈，嚴重時還可能造成人員傷亡與生產(chǎn)事故。本文首先闡述了雷擊對儀器儀表系統(tǒng)的危害形式，然后詳細分析了儀器儀表系統(tǒng)防雷電防護技術(shù)措施。

【關(guān)鍵詞】儀器儀表；雷電；接地；屏蔽

【中圖分類號】TM862 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01—0051—02

1 雷擊對儀器儀表系統(tǒng)的危害形式

雷電是不可避免的自然現(xiàn)象，據(jù)相關(guān)資料，大約15%雷會落地造成危害，因此，有效預(yù)防雷電入侵是保證儀器儀表系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。雷擊對儀器儀表系統(tǒng)的危害形式主要有以下幾種。

1.1 直接雷擊危害

直接雷擊就是雷電直接擊中電力系統(tǒng)中現(xiàn)場儀器儀表設(shè)備或者擊與中儀器儀表連接的管路，直接雷擊能夠損壞儀器儀表的傳感器模件，同時很容易對變送器的電子線路板造成損壞。而且雷電流會順著儀器儀表支架流入大地時，會產(chǎn)生很強的感應(yīng)磁場，經(jīng)信號傳輸線路與控制系統(tǒng)的DCS等電子設(shè)備發(fā)生耦合，破壞電子設(shè)備。

1.2 感應(yīng)雷擊危害

感應(yīng)雷擊危害主要體現(xiàn)在兩個方面。一是靜電感應(yīng)。就是當(dāng)雷云導(dǎo)致地面物體聚積大量電荷，放電時電流很容易入侵現(xiàn)場儀器儀表，對其造成損壞。二是電磁脈沖輻射。就是雷電流在其通道周圍的空間形成一個產(chǎn)電磁場，電磁場輻射電磁波時，與控制室的計算機、儀表以及現(xiàn)場儀器儀表進行耦合，使儀器儀表控制系統(tǒng)出現(xiàn)失靈。

1.3 雷電過電壓侵入危害

發(fā)生雷電直擊或者發(fā)生雷電感應(yīng)都很容易讓輸電線路的導(dǎo)線與金屬管道出現(xiàn)過電壓，過電壓此會順著各類金屬管道、電纜槽以及電纜線路侵入儀器儀表控制系統(tǒng)，干擾控制系統(tǒng)，破壞控制能力。

1.4 反擊危害

電力系統(tǒng)的防雷裝置在接閃時，會在很短的時間內(nèi)將強大的電流經(jīng)防雷裝置的引下線輸送到大地，但大地存在一定的電阻，雷電電荷在向大地泄放時，會導(dǎo)致局部地電位上升，如果儀器儀表控制系統(tǒng)的接地體距離高電位較近，就會發(fā)生相互放電現(xiàn)象，產(chǎn)生反擊電流，反擊電流很容易擊穿電氣設(shè)備絕緣層，干擾甚至破壞儀器儀表控制系統(tǒng)。

2 儀器儀表系統(tǒng)防雷電防護技術(shù)措施

儀器儀表系統(tǒng)防雷電防護技術(shù)措施是多方面的，其中等電位連接、接閃、分流、均壓、接地以及屏蔽是重要技術(shù)措施。但要真正取得儀器儀表系統(tǒng)的防雷效果，必須將這些防雷技術(shù)進行綜合運用。

2.1 等電位連接防護技術(shù)

雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)電流會提高某點的瞬態(tài)電位而形成瞬態(tài)電位差，這種瞬態(tài)的電位差會造成導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿放電或者產(chǎn)生電磁脈沖，而損壞儀器儀表設(shè)備或者干擾儀器儀表系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此要消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電必須進行等電位連接，等電位連接就是將具有相同對地電位的各個可導(dǎo)電部分進行電氣連接，保持系統(tǒng)各部分不出現(xiàn)造成損害的電位差。可以將所有現(xiàn)場儀表的所有金屬外殼、構(gòu)架、生產(chǎn)裝置的金屬設(shè)備、設(shè)施、儀表控制室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼、金屬設(shè)施連接成一體，同時與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，接入防雷接地系統(tǒng)，形成完善的等電位連接。等電位連接一般有兩種形式組合，即S型與M型。

2.2 接閃防護技術(shù)

接閃技術(shù)就是利用避雷針（網(wǎng)、線帶）和建筑物自身的金屬來接受直擊雷，避免受到電力系統(tǒng)或者建筑物遭到破壞。在接閃裝置設(shè)計時，除了注重接閃部分功能外，還要以控制室與工藝裝置的結(jié)構(gòu)形式等因素，綜合考慮防雷方式，提升接閃引雷的效果。譬如對易受雷擊部位控制落雷點重點控制，接閃器采用避雷針、避雷帶還是避雷網(wǎng)等因素。

2.3 浮地防護技術(shù)

“地”的經(jīng)典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準的等電位點或平面，當(dāng)前工業(yè)企業(yè)中的儀器儀表系統(tǒng)的接地防護技術(shù)主要有兩類，即浮地與多點接地。浮地就是將儀器儀表控制系統(tǒng)電路的接地地與大地?zé)o導(dǎo)體連接，對儀器儀表系統(tǒng)電路進行浮地，能夠預(yù)防大地電性能的影響，能夠使功率地（強電地）和信號地（弱電地）之間的隔離電阻很大，可以阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾到儀器儀表系統(tǒng)中。但雷電較強時，浮地很容易使儀器儀表外殼與其內(nèi)部電子電路之間可能出現(xiàn)很高的電壓，為避免絕緣間隙擊穿，造成電子線路損壞，可以在浮地與公共地之間跨接一個阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積累的電荷。

2.4 屏蔽防護技術(shù)

儀器儀表控制系統(tǒng)具有大量的半導(dǎo)體器件、集成電路以及傳遞信號的電纜，雷擊發(fā)生時，其產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁脈沖很容易對這些元器件進行直接輻射，也很容易在電源或信號線上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，入侵到電子設(shè)備使其失靈或損壞。因此，對儀器儀表雷電防護可以通過屏蔽體阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播。儀器儀表系統(tǒng)防雷屏蔽包括控制室屏蔽、現(xiàn)場儀表屏蔽、信號線和電源線屏蔽三個方面。

（1）控制室屏蔽防護技術(shù)

控制室內(nèi)的控制系統(tǒng)是儀表系統(tǒng)的中樞，容易受雷電電磁脈沖的干擾，因此，儀表控制室必須做成無窗封閉結(jié)構(gòu)，其墻壁中的結(jié)構(gòu)鋼筋交點處電氣連接，并與金屬門框焊接，構(gòu)成一個帶門開口的屏蔽籠，在室內(nèi)沿墻壁四周再做一圈保護接地環(huán)），接地環(huán)與屏蔽籠進行有效的電氣連接。

（2）現(xiàn)場儀表屏蔽防護技術(shù)

現(xiàn)場儀表屏蔽就是將儀表箱（罩）與其它現(xiàn)場的金屬設(shè)施實現(xiàn)等電位連接，并接人防雷接地系統(tǒng)。

（3）信號線和電源線屏蔽防護技術(shù)

信號線和電源線屏蔽防護技術(shù)就是為預(yù)防雷電電磁脈沖在信號或電源線路上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，所有的信號線及低壓電源線都應(yīng)采用有金屬屏蔽層的電纜。同時為預(yù)防多點接地所產(chǎn)生的低頻干擾，一般情況下將電纜穿入金屬管內(nèi)或采用雙屏蔽電纜，將金屬管或雙屏蔽電纜的外屏蔽層采取多點接地，金屬管內(nèi)或雙屏蔽電纜的內(nèi)屏蔽層可以采用一端接地。

2.5 分流

儀器儀表控制系統(tǒng)分流是回路繁瑣，在每個儀表回路中都使用SPD不現(xiàn)實，因此，可選擇地在重要回路和系統(tǒng)電源回路中裝設(shè)SPD或避雷器保護儀器儀表系統(tǒng)。

2.6 合理布線

強電、弱電以及信號等哥哥系統(tǒng)對電磁干抗的敏感度有差異，同時各類線纜在運行中很可能彼此產(chǎn)生電磁干擾。因此，為保護儀器儀表儀表系統(tǒng)，應(yīng)該將電源與信號線纜進行分開敷設(shè)，尤其是控制室的各種信號線纜應(yīng)該具有金屬管保護或者封閉式的電纜橋架，控制室遭遇雷擊時，外墻墻處有較大的電流密度與較強的電磁場強產(chǎn)生，因此，電源與信號線路在裝設(shè)時不要靠近不應(yīng)控制室的外墻，設(shè)置在建筑物的中心位置最佳。

2.7 裝設(shè)浪涌抑制保護器

電路在遭雷擊和在接通、斷開電感負載或大型負載時常常會產(chǎn)生很高的操作過電壓，這種瞬時過電壓（或過電流）稱為浪涌電壓（或浪涌電流），是一種瞬變干擾。為防止這種瞬間干擾，可以裝設(shè)浪涌電壓抑制器來保護儀器儀表控制系統(tǒng)免受浪涌高壓的損害。常用的浪涌吸收器有氧化鋅壓敏電阻，RCD組合浪涌吸收器、瞬態(tài)電壓抑制器等。

3 結(jié)束語

總之，儀器儀表系統(tǒng)的防雷技術(shù)要以企業(yè)生產(chǎn)裝置現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計等電位連接，綜合考慮控制室、現(xiàn)場儀表、儀表信號和電源線等各個因素，需要電氣、建筑、自控等專業(yè)協(xié)同合作來實現(xiàn)接閃、浮地、屏蔽、分流、合理布線以及裝設(shè)浪涌抑制保護器等多種措施。

參考文獻

[1]朱小兵.儀表防雷技術(shù)應(yīng)用探討[J].硅谷，2008，18

[2]徐義亨.關(guān)于儀表控制系統(tǒng)防雷的幾個問題[J].世界儀表與自動化，2008，12

[3]SH/T3081-2003石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范[S]

[4]葉向東.石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計[J].石油化工自動化，2008，2