雷电对人类的生活和生产活动造成巨大的影响,威胁着人类的生命安全,常使建筑、电力、电子、通信和航空、航天等诸多部门遭受严重破坏。近年来,石油化工企业的规模、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,而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,一旦仪表设备受到直接雷击或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,威胁仪表设备的正常工作和安全运行。如果防护不当,轻则使仪表设备工作失灵,重则使仪表设备永久性损坏,严重时还可能造成人员伤亡、生产事故。
雷击从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种,对仪表系统可能产生的危害形式划分为下列几种:
1、直接雷击
雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路,通常会损坏仪表的传感器模件并且可能损坏变送器的电子线路板。雷电流在沿仪表支架流入大地的过程中,产生强大的感应磁场,能通过信号传输线路耦合到控制室DCS 等电子设备内,损坏DCS 等电子设备。
2、感应雷击
(1)静电感应。当雷云来临时,地面物体,尤其是导体聚积大量电荷产生放电,放电电流若进入现场仪表和用电设备,造成设备损坏。
(2)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,以及各类金属导体上,产生感应电动势或感生电流,造成设备故障,损坏以致控制系统失灵。
3、雷电过电压侵入
直接击雷或雷电感应都可能使导线或金属管道产生过电压,此雷电过电压沿各种金属管道、电缆槽、电缆线路就可能将高电位引入仪表系统,造成干扰和破坏。
4、反击
防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置,由于大地电阻的存在,雷电电荷不能快速向大地泄放,必然会引起局部地电位上升(可能上百千伏),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,可直接击穿用电器的绝缘部分,会对仪表控制系统产生干扰乃至破坏。
仪表系统防雷的主要措施
对于侵入仪表系统雷害的治理的措施是多方面的,主要包括接闪、分流、均压、接地和屏蔽等。这些措施必须综合运用,才能真正达到仪表系统的防雷。目前石油化工仪表系统所采取的防雷措施如下: