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仪表系统防雷工程设计及应用摘要：介绍了仪表系统防雷等级划分方法，结合高雷区仪表系统的防雷工程设计，从控制室建筑物、现场仪表系统、控制室内仪表系统几个方面阐述了仪表系统防雷工程的设计及应用。
关键词：防雷工程；电涌防护器；接地；雷电防护等级近年来，由于仪表系统遭受雷击或雷电电磁脉冲而造成生产装置、大型机组停车的情况屡有发生。
为保证仪表系统的正常运行，避免或减少雷电袭击导致的直接及间接经济损失，对仪表系统实施适宜的防雷工程是很有必要的。
1仪表系统雷电防护等级划分及防雷工程实施仪表系统雷电防护等级的划分，采用被保护系统的重要程度结合当地年平均雷暴日来分级确定，具体见表1。
被保护系统的社会、经济和安全重要程度主要根据安全等级的评价、事故可能伤亡人数及事故可能造成的经济损失来综合评定。
其分类可以参考SH/T 3164-2012《石油化工仪表系统防雷设计规范》的表3.3来确定。
举例：项目所在地年平均雷暴日53d/a，社会、经济和安全重要程度分类为第二类，因此根据表1综合评估，该项目仪表系统雷电防护等级按一级防护划分。
根据SH/T 3164-2012《石油化工仪表系统防雷设计规范》第5.1.2条，防雷等级为一级的区域和控制室应实施仪表系统防雷工程。
2仪表系统雷电综合防护仪表系统防雷工程是一项系统工程，由多专业配合完成，才能达到仪表系统的有效防护。
IEC1024-1 中提出外部防雷和内部防雷的概念，按此分类主要的雷电防护措施如下：外部雷电防护（直击雷防护）措施包括接闪器、引下线、接地装置等。
其作用是：拦截击向建筑物的雷击，把雷电电流从雷击点直接引入大地泄放。
内部雷电防护（感应雷、反击雷）措施包括等电位连接与接地、屏蔽、合理布线、设置电涌防护器以及采用高抗干扰度的仪表系统等。
以下主要从控制室防直击雷、现场仪表和控制室内仪表系统几方面来介绍仪表系统的防雷设计。
3控制室防直击雷设计控制室的防雷设计主要由建筑和电气专业参照GB50057《建筑物防雷设计规范》及电气专业的有关规范进行设计。
《石油化工仪表系统防雷设计规范》
《石油化工仪表系统防雷设计规范》主要针对石油化工企业相关仪表系统，提出了针对防雷设计要求，具体要求如下：
一、仪表系统的参数
1. 建立仪表系统的参数表，其中应包括仪表功能、工作特性及电气参数等；
2. 按照相关安全规定设置设备保护水平，以确保安全操作；
3. 根据功能特点，确定与仪表系统有关的所有信号和设备插座的防雷要求；
二、雷击保护措施
1. 在石油化工仪表系统的安装地点设置放电装置，放电装置的性能必须满足《济南市低压电器认证验收标准》的相关要求；
2. 根据安装地点区域，确定合理的接地要求，并配备专用的接地装置，连接合理可靠；
3. 在仪表系统的进线端安装相应的进线保护器，并确保性能合格；
4. 对潜在危险的仪表插座要采取必要的防雷措施，可搭配保险裤以防雷电击入；
三、保护设备操作要求
1. 安装设备时必须遵守《石油化工仪表系统设计规范》、《安全技术制度》以及其他有关安全规范；
2. 外电缆接线要紧固牢固，设备接地极安全有效，连接可靠并平坦光洁；
3. 各保护器的线路连接要牢固，不能采用电抗材料连接；
4. 各防雷装置要定期维护，相关记录和操作要按照《电工安全技术操作规程》的规定实施；
四、系统测试检查
1. 对石油化工仪表系统的所有电气元件有责任人员进行测试和检查；
2. 检查放电装置的电流接头是否符合装置标准要求；
3. 检查仪表系统的各种仪器及插座的接线是否牢固，是否有明显的热源或异常情况；
4. 检查进线保护器的送供电系统和控制系统的联结情况，故障回路是否结实；
5. 合理检查及维修各层级的安全联锁装置，确保可靠性。
电气、仪表设备的雷击危害及防范李大帅摘要：“雷电”是多种最严重的人类必须面对的自然灾害之一，雷电发生后产生的物理效应主要表现为剧烈的冲击波强劲的电磁辐射还伴有超高的温度。
在电厂管理人员的眼中更是视雷如虎，如：XX联合站、XX转油站的仪表被雷击，造成很大的经济损失。
油田电气、仪表设备面临雷电的严重威胁，提高对雷电的认识，掌握防雷措施刻不容缓。
关键词：电厂电气、仪表设备；危害途径；防雷措施引言雷电对人类是个威胁，尤其是电厂电气、仪表设备。
必须仔细分析雷击的危害途径、认真做好电厂电气、仪表设备的防雷工作，采取有效便捷的方式方法，防患于未然。
结合实际情况，设计安装布置合格的共用接地网，从而使雷电的危害趋近为零。
1雷击的危害途径1.1雷击过电压直击雷与雷电波侵入是雷击过电压的两种一般常见表现。
天空上的云层有的带着强电，这种云层强电猛烈释放尤其针对地上的一点，就形成了直击雷。
应对这种破坏力相当巨大的直击雷的方法是及时将它的强电流泻放入大地。
建筑物外部安装有线缆，雷电释放电，侵入到这些线缆，就是雷电波侵入。
其特点是不直接放电在建筑和设备本身。
雷电波沿着电缆传播，损坏电子设备和控制系统。
防范这种雷电波侵入的方法就是设计安装布置符合规范要求的接地电阻。
1.2浪涌过电压浪涌过电压是一种“感应过电压”。
它发生的要素一是线路内是金属线；二是它的周围发生强烈的雷击。
它的强度与电线的“线阻”以及其架设的“高度”、距离雷电发生点的“距离”密切相关。
感应过电压以“电压波”的方式传播的，电线的绝缘水平起到关键作用，一般要高两到三倍于正常工作电压。
因此，拉接电线首要问题就是考虑绝缘水平。
1.3地电位反击地电位反击是指某建筑或设施安装有避雷装置，被雷电直接击中时，雷电流会从避雷装置的接地部分流向设备，或击穿地皮绝缘流向设备形成地电位反击。
地电位反击感生出的反击电压，有时会高达数百千伏，它以电磁波的形式沿着各样接地线向其他空间传播，范围之广，面积之大，超乎想象，破坏也是难以估量的。
石油化工仪表系统的防雷隐患及防雷技术分析摘要：多年来，我国的许多石油化工厂在排雷方面取得了显着成就，但近年来闪电的可能性继续增加。
在闪电的情况下，石油化工厂的现场仪器设备不仅会受到严重损坏，而且寿命也会大大缩短。
为此目的，有关人员只有根据相关的防雷原则并设计科学的防雷系统，才能消除闪电的危险，并确保石油化工厂的生产安全。
基于此，本文章对石油化工仪表系统的防雷隐患及防雷技术分析进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：石油化工仪表系统；防雷隐患；防雷技术引言雷电是一种自然现场，雷电发生一瞬间会释放大量几十安培甚至上百万安培的电流，雷电泄流通道周围会出现电磁感应，导致金属部件、电子装置以及电气元件受到电磁脉冲的影响，电力设备和电子仪器无法正常使用。
石油化工仪表在石油化工厂生产过程中发挥重要作用，受到雷电影响可能产生过电压和脉冲现场，导致仪表无法正常运行。
因此，为了确保石油厂化工安全生产，必须加强现场仪表的防雷措施，避免生产安全事故的发生。
一、石油化工企业会遇到雷击的原因分析如果要进一步分析石油化工企业如何避免仪器受到雷电影响，首先必须分析雷电的原因。
在大多数情况下，石油化工企业在闪电过程中具有一定的随机性，因为云在形成过程中没有固定的目标，在闪光形成过程中其电荷积累具有很大的随机性。
闪电引起的下降放电时间本身是选择性的，地面的电子电阻率较低或地面电阻率变化区，会有电场随着雷电积聚相对较大的负荷。
在分析任何石油化工企业时，应考虑到企业的客观地理环境，如果企业的防雷设施本身并不完善，则应通过现场调查和事故原因的讨论采取相应的保护措施，并采取一系列措施。
二、石油化工仪表系统的防雷隐患分析（一）雷击直接侵入仪表系统受到闪电直接攻击的主要是设备本身、操作系统和所有连接管路，然后损坏传感器模块、发射机电子电路板等。
，这将使系统无法正常运行。
与此同时，地雷电流可对设备造成不同程度和不同类型的损害，方法是将仪器支架用作传输介质，立即将其导向地球，产生强感应磁场，对系统信号传输线造成瘫痪损害，并将电流连接到所有电子设备。
石油化工仪表系统防雷设计规范
石油化工仪表系统防雷设计规范是石油化工行业设计和施工的一项重要技术规范，它是指为了保护石油化工仪表系统及其运行设备免受雷击及其他电磁干扰，而采取的一系列防雷技术措施。
主要包括以下几方面：
一、建筑物防雷设计：主要包括建筑物的屋面、墙壁、地面等的防雷接地设计，以及建筑物内部的防雷接地设计。
二、电气设备防雷设计：主要包括石油化工仪表系统的电气设备的防雷设计，如电缆、线缆、电缆桥架、设备桥架、绝缘桥架、电缆接头等的防雷设计，以及石油化工仪表系统的防雷接地设计。
三、仪表防雷设计：主要包括石油化工仪表系统的仪表设备的防雷设计，如仪表的外壳、仪表外壳的防雷接地设计、仪表的保护电路设计、仪表的防雷接地线设计等。
四、系统防雷设计：主要包括石油化工仪表系统的电气设备、仪表设备、系统控制设备、通讯设备等的防雷设计。
五、抗雷击措施：主要包括石油化工仪表系统的抗雷击措施，如设置雷电接地系统、设置雷电抑制器、安装雷电抑制垫片、安装雷电抑制器和抗雷击接地系统等。
石油化工仪表系统防雷石油化工系统防雷术语介绍控制室建筑物防雷设计仪表系统防雷工程方法等电位接地系统设计控制室仪表系统防雷电涌保护器的设置现场仪表的防雷本质安全系统的防雷电缆的敷设和屏蔽现场总线系统的防雷防雷术语介绍综合防雷工程1、接闪器 Air-termination system用于直接接受或承受雷击的金属物体和金属结构，如：避雷针、避雷带（线）、避雷网等。
2、引下线 Down conductor system连接接闪器与接地装置的金属导体。
3、接地装置 Earth termination system接地体和接地体连接导体的总和。
4、接地体 Earth electrode埋入地中直接与大地接触的金属导体。
也称接地极。
直接与大地接触的各种金属构件、金属设施、金属管道、金属设备等可以兼作接地体，称为自然接地体。
5、接地体连接导体 Earth conductor从电气设备接地端子接到接地装置的连接导线或导体，或从需要等电位连接的金属物体、总接地端子、接地汇总板、总接地排、等电位连接排至接地装置的连接导线或导体。
6、直击雷 Direct lightning flash直接击在建筑物、大地或防雷装置等实际物体的雷电。
7、地电位反击 Back flashover雷电流经过接地点或接地系统而引起该区域地电位的变化。
地电位反击会引起接地系统电位的变化，可能造成电子设备、电气设备的损坏。
8、雷电防护系统 Lightning protection system（LPS）减少雷电对建筑物、装置等防护目标造成损害的系统，包括外部和内部雷电防护系统。
8.1 外部雷电防护系统 External lightning protection system建（构）筑物外部或本体的雷电防护部分，通常由接闪器、引下线和接地装置组成，用于防直击雷。
8.2内部雷电防护系统 Internal lightning protection system建（构）筑物内部的雷电防护部分，通常由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线雷电电磁感应1、雷电感应 Lightning induction闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应。
黧塑鲺．管道SC A D A及仪表系统防雷措施李艳t赵飞z(1．中石化管道储运公司管道技术作业分公司，江苏徐州221008；2．中石化管道储运公司沧州输油处德州站，山东德州253034)睛要】本文针对雷电浪涌入侵s cA D A及议表系统的主要途径。
提出scA D A强仪表系统防雷应采取的基拳措施。
口；键词sc A D A及仪表系统；雷电感应电流；等电位接地；直接连接；分组连接S CA D A控制系统是石化管道输油生产过程控制的指挥中心，它的正常运行对输油生产的影响很大，同时它也是一个复杂的弱电控制系统，如图1所示。
因此容易受到外部的干扰，特别是雷电浪涌的入侵对S CA D A控制系统的影响很大：一方面可造成仪表设备的损坏，另一方面也可造成S CA D A系统故障，严重的可能造成整个输油管线的停输、设备的误动作甚至重大的事故，因此SC A D A及仪表系统的二次防雷就显得很重要。
1雷电侵入仪控系统的途径—般来讲，雷电会通过如下三个途径对仪电系统产生影响：1)控制系统建筑物的防直击雷装置在接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流^．接地装置，会使局部的地电位泽动并产生跨步电压，如果防雷的接地装置是独立的，它和控制系统的接地体没有足够的绝缘距离的话，则它们之间会产生放电，这种现象称为雷电反击，它会对控制室内的SC A D A系统产生干扰乃至破坏；2)当控制系统建筑物的防直击雷装置接闪时，在引下线内会通过强大的瞬间雷电流，如果在引下线周围的一定距离内设有连接S CA D A系统的电缆(包括电源、通信以及I／o电缆)，则引下线内的雷电流会对SC A D A的电缆产生电磁辐射，将雷电波(高电位)引入SC A D A系统，干扰或损坏SC A D A系统：3)当控制系统周围发生雷击放电时，空间辐射的电磁场会在各种金属管道、电缆线路上产生感应电压(包括电磁感应和静电感应)，从而使控制系统失效或损坏。
2SC A D A及仪表控制系统防雷的基本措施．综合防雷有建筑物、供配电防雷和仪表系统防雷等措施，其中，仪表系统防雷的基本措施主要有等电位连接、信号电缆的屏蔽与接地、仪表设备的屏蔽与接地、合理布线、设置浪涌防护器等。
仪表系统防雷保护技术
一、前言
随着现代电子技术的不断发展,大量精密电子设备不断得到使用和联网,安装在自动控制系统中的设备经受着直击雷、感应雷、雷电瞬间过电压、零电位漂移等浪涌和过电压的侵袭,经常会受到各种过电压、过电流的危害。
由于一些电子设备工作电压仅几伏,传输信号的电流也很小,对外界的干扰极其敏感,而雷电的电压可高达数十万伏,瞬间电流可高达数十万安,因此具有极大的破坏性。
避雷针能防止直接雷击,但不能阻止感应雷击过电压、零电位漂移过电压以及这些过电压在泄放电流时在其周围所产生的很强的感应电压,而这些过电压却是破坏大量电子设备的主要危险源。
因此有效地防止雷电对仪表系统所产生的危害,是保证仪表系统安全、稳定运行的重要前提。
二、雷电干扰对仪表系统的危害
对于仪表系统来说,由于控制系统安装在有保护的建筑物内,现场仪表一般都安装在设备或管道上,而它们都是良导体,另一方面,装置区都采取了防雷措施,又加上仪表本身体积较小,因此,仪表系统直接“接闪”的可能性较小。
然而连接现场仪表和控制室仪表的电缆,则有传导雷电感应电波的可能。
这主要因为电缆敷设在装置各个区域,连接距离长,当雷击发生时,靠近雷击点的电缆产生感应电压,并向“地”传导,形成瞬间浪涌电压或电流。
另外,由于电缆桥架的架空敷设,电缆汇线桥架单独引入雷电波的可能性也存在。
仪表系统遭受雷电干扰时,会使供电电压跌落、瞬变,传输的电信号产生误差、数据产生误码,影响传输的准确性和传输速率,甚至会使器件损坏。
三、仪表系统防雷保护措施
防雷技术的理论基础在于:闪电是电流源,防雷的基本途径就是要提供一条雷电流(包括雷电电磁脉冲辐射)对地泄放的合理的阻抗路径,
而不能让其随机地选择放电通道,简言之就是要控制雷电能量的泄放与转换。
防雷保护的三道防线:
①外部保护:将绝大部分雷电流直接引入大地泄散;
②内部保护:阻塞沿电源线或数据线、信号线侵入的雷电波危害设备;
③过电压保护:限制被保护设备上的雷电过电压幅值。
这三道防线相互配合,各尽其职,缺一不可。
而仪表系统防雷的重点是内部防护,即感应雷的防护和设置电压保护器。
感应雷的防护是从整体和系统建立起三维的防护体系,在被保护设备构成的系统中可采取以下措施:
1、等电位连接
等电位连接是将正常不带电(或不传输信号)的、未接地或未良好接地的设备金属外壳、电缆的金属外皮、建筑物的金属构架、金属管线的桥架与接地系统进行电气连接,防止这些物件上感应雷电高电压或接地装置上雷电入地高电位的传递对设备内部绝缘、电缆芯线造成反击。
仪表系统应设等电位连接网络,电气和仪表设备的金属外壳、机柜、屏蔽线外层、防静电接地、安全保护地、工作接地及各种SPD接地端应以最短的距离就近与等电位连接网络直接连接。
否则,会使仪表系统遭受到雷电电磁脉冲时在不同的接地极上产生瞬态电位升高,发生瞬态电位差和地电位反击现象,对仪表或系统造成损害。
2、接地
防御雷电电磁脉冲对接地的要求也很严格。
仪表系统的低频信号工作接地应采用单点接地系统,在整个建筑物内的接地线应为树干式结线布置。
各层或各段的低频信号工作接地均应直接接到单点接地板上,不得形成环路。
单点接地系统不应与用作防雷引下线的柱子平行,以防强磁场干扰。
由于利用建筑物结构钢筋进行屏蔽,因此必须采用综合共同接地方式,即将防雷接地、电源的工作接地、各种装置的外壳、金属管外皮的保护接地和高频电子设备的信号接地都统一接到建筑
物内的接地母线板上,接地母线板由接地干线引至室外接地装置上。
为避免杂散电流,单点接地系统必须采用绝缘线,其主接地板必须置于建筑物的最底层且直接与基础或室外接地装置连接。
各层单点接地系统的区域接地板或终端接地板如需要与综合共用接地系统的装置接地板连接,应在它们之间加装残压峰值不大于直流300V的放电管或压敏电阻。
综合共用接地的电阻一般应在4Ω以下,对于特殊的电子设备,可在1Ω以下。
确定接地电阻时,应考虑各种设备对接地电阻值的要求,在所要求的各种阻值下应取最低值。
3、屏蔽
仪表系统中使用了大量的半导体器件、集成电路以及传递信号的线缆,当有雷电电磁脉冲作用在这些物体上时,将在这些器件或与之相连接的设备上产生瞬态过电压,造成设备或装置误动作和损坏。
因此,合理必要的屏蔽措施将有效的防范雷击灾害。
仪表系统的屏蔽防护措施主要包括控制室屏蔽,现场仪表屏蔽和信号线缆屏蔽。
控制室应将等电位体与接地装置进行可靠电气连接,同时要做好门窗的屏蔽防护,不能留有死角。
现场仪表应尽可能安装在机箱或机柜中,并将其外壳与接地装置进行等电位连接。
信号线缆应使用双层屏蔽线并穿入金属管内或封闭式电缆桥架,然后将金属管或电缆桥架应与就近保护接地网有效连接。
4、合理布线
强电系统、弱电系统、信号系统对电磁干抗的敏感度各不相同,而且各类线缆在输送各信号中还会相互产生电磁干扰。
因此,仪表系统中电源线缆、信号线缆以及本安线缆分开敷设,进入控制室的各种信号线缆都要穿金属管保护或封闭式电缆桥架,以实现可靠的屏蔽。
另外,由于用作引下线的钢筋混凝土柱内的钢筋和整个建筑物的屏蔽网都在外墙处,雷电流需经此处的钢筋分流到接地装置上,所以外墙处的电流密度大、电磁场强。
因此,控制室中的电源和信号线路不应靠近外墙,最好设置在建筑物的中心部位。
控制系统电缆和防雷引下线的净
距要符合GB5043-2000《建筑物电子信息系统防雷技术规范》要求。
如表1所示:
表1 信号电缆和防雷引下线的净距
如果线缆敷设高度超过6000mm时,与防雷引下线的交叉距离应按下式计算:
S=0.05H
式中:H——交叉处防雷引下线距地面的高度(mm)
S——交叉净距(mm)
5、提高仪表系统的抗扰度
新型工业自动化仪表和系统包含许多电子线路,在化工、冶金、炼油和发电等较为恶劣的工业环境中应用,处于各种工业设备所产生的电磁骚扰影响之下。
为保证敏感的电子线路能正常工作,必须考虑仪表和系统的电磁兼容性。
仪表系统电源干扰类型主要有7种:跌落、失电、频率偏移、电气噪声、浪涌、谐波失真、瞬变,仪表信号干扰类型主要有共模干扰、串模干扰、浪涌等。
其中,跌落、浪涌、瞬变干扰主要是由雷击生产的。
6、浪涌抑制
为电子信息设备供电的电路在雷击或接通、断开电感负载时常常会产生很高的瞬时过电压(或过电流),这种瞬时过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流),是一种瞬变干扰。
电压的浪涌无处不在,电网、雷击、爆破,就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压。
据统计,电子设备的故障有75%是由浪涌造成的。
仪表系统抑制浪涌干扰的主要措施是应用浪涌保护器。
四、结束语
仪表系统防雷保护是一项系统工程,要从仪表系统设计制造、仪表工程设计与施工方面,全面地、整体地考虑、设计和实施多级防雷措施,从而实现仪表系统安全稳定运行。
