关键词:仪表系统 雷击 分析 解决措施
雷电是一种大气中的放电现象,积雨云在形成过程中,某些云团带上电荷,当电荷聚到一定程度时,不同电荷云团之间,开始游离放电,由于异性电荷的激烈中和,会出现很大的雷电流,并随之发生强烈的闪电和巨响,就形成雷电。雷电的入侵主要有直击雷、雷电电磁感应和球形雷三种方式。
进入20世纪80年代之后,现代高科技的迅猛发展改变了所有人的生产和生活状况,同时雷电灾害也出现崭新的形势,多数高科技产品和技术都遭受了雷电灾害的影响,计算机、通讯、电力、微电子等几个行业首当其冲。
1.仪表系统雷击情况统计与分析
1.1 仪表系统雷击情况
大庆地区的雷暴日数为年平均31.9天,尤其近年雷击事件愈来愈多,雷电频繁发生。经统计,从2003年到2005年,在大庆地区某采油厂仪器仪表遭受雷击共计113台次,对仪表系统造成了100余万元的直接经济损失。现场仪表损坏的部件多数为内部核心部件集成芯片,严重时站的测控系统处于瘫痪状态,给油田站安全生产造成了极大的影响。
1.2 雷击问题分析
油田站的仪器仪表设备中有大量的集成电路通过金属导线相连,同时仪器仪表设备采用了大量高集成度的微电子电路,其耐冲击水平较低,给仪表的正常使用带来极大的隐患。
我们认为雷电对油田站内部仪表系统的损害主要由以下三个途径进入:
①直击雷经过接闪器而直接入地,导致地网地电位上升,高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。
②雷电流沿引下线入地时,在引下线周围产生磁场,引下线周围的各种金属管上经感应而产生过电压。
③电源线和信号线在建筑物外受直击雷或雷电电磁感应而加载的雷电压及过电流沿线窜入,入侵电子设备。
2.油田站仪表系统防雷措施及方案设计
2.1 现代防雷技术措施简介
由于雷电的电磁脉冲无孔不入地从空间各方面侵袭各种现代科技设备,所以现代的防雷技术必须针锋相对,即全方位的防护、层层设防、综合治理,要考虑各行各业的不同特点,要同时保护人、物和设备这三种对象免受雷害,须把防雷工程看成一个系统工程。
外部防雷主要有接闪、引下、接地三种措施。
内部防雷主要有屏蔽、分区防护、等电位连接等。
2.2 油田站防雷设计方案
通过认真分析雷击原因,结合相关防雷措施,油田站综合防雷工程应该包含完善的外部防直击雷系统、良好的等电位连接以及合理配置过电压保护装置三个关键因素,从而构成一个有效的防雷体系。
联合站直击雷防护措施应符合下列要求:
①安装的避雷针应使被保护的建筑物、风帽等突出屋面的物体均处于接闪器保护范围内。
②防直击雷的接地装置冲击接地电阻不应大于10Ω。
③信号电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部,线槽布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁,并沿建筑物立柱或横梁布线较长的距离。
等电位连接的要求:
现代防雷技术要求穿过各防雷区界面的金属物和系统,以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在各防雷区界面处做等电位连接。
防雷器在联合站自控系统防雷中的配置
①接地装置:
接地系统是防雷的基础,所有的防雷措施都是建立在一个完善的接地系统之上。
交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地共用一组接地装置时,其接地电阻按其中最小值确定。
②电源防雷器部分:
对电源系统的避雷保护措施是整个防雷工程中必不可少的一个环节。要防止由外输电线路雷电电磁脉冲的侵入,使其在进入站电源系统之前将其泄放入地。由于单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的设备损坏,因此可以采用多级防雷模块。
③信号防雷器部分:
联合站内部的信号线种类接入方式较多,目前多数为如下几种不同的信号格式:
a)4-20mA或1-5V标准信号;
b)脉冲量信号;
c)Profibus工业总线;
d)开关量。
以上几种信号多为室外引入控制室,成为引雷的重要途径。对不同的仪表,因其工作原理不同,在信号防雷器的选择方面需采取不同方式。如电磁流量计采用4-20mA信号,由于线路较长容易引入过电压,我们必须进行重点防护。另外现场的Profibus工业总线是雷电感应过电压袭击的主要目标,也要使用相应的网络模块进行保护。
3.结语
针对仪表系统雷击情况,按照以上防雷设计要求,在油田站安装电源、信号防雷模块以及接地装置等防雷设备,可以在现有基础上对仪表系统进行最大限度的防雷保护,使仪表系统安全、准确、平稳运行,确保油田生产正常有序运行。◆
参考文献:
王时煦.综论建筑物防雷.中国雷电与防护.2005.NO.3
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