论石油化工仪表系统的防雷体系
【摘 要】化工企业常常因为遭受雷击，造成仪表自动化控制系统瘫痪，使企业蒙受经济损失。文中阐述了雷电对石油化工企业仪器仪表设备造成的重大影响，及企业仪表自控系统的防雷体系，和石油化工企业仪表设备防雷保护的基本原则和措施
【关键词】雷电种类；接地类型；防护措施
1.雷电的种类及对仪表影响最大的雷电种类
一般的防雷措施主要是采用分流法，通过在仪表自控系统的信号回路等安装浪涌保护器（Surge Protective device），以达到限制瞬间过电压和过电流的目的。但是单位SPD的特点是只能为回路的局部提供保护，例如安装在DCS系统控制室的单通道SPD只能对DCS系统相对应的卡件通道提供保护；安装在现场信号变送通道的SPD只能对变送器提供保护。如果每个I/O通道都安装SPD，这样不仅会大幅度增加企业成本，而且SPD的故障率也会导致整套仪表自控系统的维修率大大增加。因此，化工企业通常仅在一些相对重要的场合使用浪涌保护器，不能全面较好地解决化工仪表自控系统的防雷问题。
1.1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。
1.2感应雷击
所谓感应雷击就是雷电并未击中仪表自控系统中的任何部分，雷击导线或仪器仪表设备附近时，由于静电和电磁感应而在导线或仪器仪表设备上形成过电压的现象。
1）静电感应。雷电来临时，由于雷云电场的作用，地面金属类线缆导体被感应出大量电荷，接闪后大量电荷产生放电，由于瞬间电量极大，形成很高的电位差，放电电流若进入现场仪器仪表等设备，便会造成设备损坏。
2）电磁感应脉冲辐射。当接闪器发生接闪时，巨大的雷电流将瞬间流过接地引下线，并在引下线周围产生巨大的瞬变电磁场，并向外辐射电磁波，处在该电磁场中的金属类导体就会感应出较大的感应电动势，如果有回路便会在回路中产生较大的浪涌电流，从而造成仪器仪表设备故障，导致仪表自控系统失灵。
1.3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。
1.4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。由于大地具有一定的电阻，雷电流向大地释放必然会有一个过程，在该释放过程中，局部地电位将瞬间提高，如果两套接地极系统没有设计足够的安全距离，接地极之间就会产生极高电位差，形成巨大的瞬间反击电流，直接对仪表自动化控制系统产生巨大的破坏。
2.仪表系统接地类型与防雷之间的关系
仪表系统接地主要有：保护接地、工作接地（本安系统接地、COM）、防静电接地和防雷接地等。
2.1保护接地
仪表及控制系统的保护接地属于低压配电系统接地，所以应按电气专业的有关标准规范和方法进行，并应接入电气专业的低压配电系统接地网。一般来说，保护接地电阻应不大于4欧姆。
2.2工作接地（本安系统接地、COM汇流条）
不同形式的仪表，其工作接地连接方式是不一样的。例如：电三型仪表是典型的公共接地仪表。本质安全系统接地通常讨论的是齐纳式安全栅接地。（隔离式安全栅由于采用了三方隔离方式，因此无需系统接地线路。）从电气接线上，齐纳式安全栅的本质安全系统接地与仪表信号回路接地是分不开的，是电气系统接地。
2.3防静电接地
静电放电的特点是高电压、小电流、时间短。抑制或消除静电放电应采取多种措施，除尽量避免产生静电外，及时泄放静电是有效手段之一。很多相应的规范、资料规定防静电接地应与其它接地系统共用接地装置。
2.4防雷接地
当设置有单独的防雷系统时，接地电阻不应大于1Ω。国家标准GB50057《建筑物防雷设计规范》规定：“从防雷观点出发，较好是设共用接地装置，它适合供所有接地之用（例如：防雷、低压电力系统、电讯系统）。”在《石油化工仪表接地设计规范》一书也提到：根据接地工作原理和相关的国家标准、国际标准，规定了仪表及控制系统的工作接地、保护接地、防雷接地应共用一组接地装置。本质安全仪表系统接地不应是单独的接地系统，应与电气系统接地合一。尽管如此，在接地系统的施工规范中提到：虽然工作接地和保护接地最终是连接在一起的，但这两类接地应分别连接汇总，不许混接（见图2）。
3.石油化工企业仪表设备防雷保护的基本原则和措施
对于侵入仪表系统雷害的治理措施是多方面的，主要包括接闪、均压、分流、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。石油化企业仪表系统所采取的防雷措施应主要从以下几个方面来考虑：
3.1接闪
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）。
3.2均压
为防止瞬态电流流经导体与其周围金属物体之间的反击放电，导致仪器仪表设备的损坏，干扰仪表自控系统的正常运行，应当将穿越防雷保护区的仪表自控系统控制室的地面墙面、仪器仪表、设备管线、工艺装置等进行等电位连接，并且与仪表自控系统控制室的防雷接地系统相连接，以形成比较完善的等电位连接。