陆暮升
中石化南京工程有限公司 江苏 南京 211100
摘要：仪表防雷工程是一项复杂、综合的工程。石油化工仪表又有其应用的特殊性。实际工程设计中，每一种措施都有用意，如果偏重了某一项，则可能收效甚微，若忽视了某一项，就有可能影响到另一项措施的效能，这就是仪表防雷工程的复杂和关联影响。而石油化工仪表的固有工程方法又有对防雷工程有利的一面，探讨利用现有条件，用较少的投资，实施仪表防雷工程，减少雷电危害，有着重要的意义。
关键词：化工仪表；防雷；接地
引言
近年来，仪表系统雷电防护越来越受到关注和重视，由于雷电防护工程(以下简称防雷工程)是一项综合工程，需要多专业配合共同完成，而仪表系统防雷工程又属于电子系统(或称电子信息系统)防雷工程，所以涉及的领域和行业非常广泛，任何一篇文献或标准规范都不可能完全讲清楚。雷击现象和事件属于自然界多发性、多样性现象，而雷击事件又属于难以定量分析的小概率事件，学术界的讨论也非常活跃，各路专家的观点也经常有矛盾之处。“天天打雷，却没有重复的!”无论是现实当中还是实验室内，都不可能完全复制任意一次雷击事件。对于仪表系统防雷工程就更是一种“模糊”工程。
一、雷击危害分析
雷电较为常见，对化工仪表的损坏主要是因为冲击波迅猛、电磁辐射强烈、电流强大以及产生高温，主要包括入侵、雷电反击、感应雷击和直接雷击四个方面。
直接雷击。直接雷击是化工仪表设备或系统管路直接受到雷电打击，导致电子线路板、传感器模件的损坏，从而影响到仪表系统的计算机系统。直接雷击可能伴随着火灾和其他方面的影响，对工作人员和社会造成严重威胁，在防雷策略方面必须要加强直接雷击的预防。
感应雷击。雷雨放电产生的电磁感应或静电感应作用会使地面物体生产较多电荷，在化工仪表的尖端带电设备中电荷集中的现象更严重。设备上积累的电荷达到一定程度就会自行放电，仪表系统会因为此电流而被破坏，导致仪表系统无法正常运行。此外，感应雷击产生的电磁脉冲还存在脉冲辐射，作用在仪表系统就会形成感应电动势和感应电流，干扰和破坏电线槽、电缆电线和金属管道等设备，使其出现故障而无法正常运行。
雷电反击与入侵伤害。地面受到雷电直击后会生产巨大电流，但是有着较慢的消散速度，在局部会形成超过千百伏的高压，化工仪表系统在此高压作用下会严重受损，这就需要在系统内配置接闪器。接闪器接闪过程中引下线内会产生巨大的瞬时电流，从而导致高压，周围物体受到此高压的电击现象就称为雷电反击。仪表控制系统和变送器会因雷电反击形成巨大电位差，如果这一值超过仪表系统能承受的极限值，相关电子设备就会被击穿，造成干扰和破坏，系统无法正常运行。雷电入侵是仪表系统金属管道和导线在感应雷击或直接雷击作用下产生强大电流，会对仪表系统的仪器设备产生干扰和破坏，在防雷策略方面也应注意雷电入侵的预防。
二、接地作用和分类
根据接地作用的不同可将接地分为三类，即静电接地、工作接地和保护接地。
保护接地。主要是避免人员在接触带电设备时受到电力伤害。
正常生产过程中，设备外壳不会带电，但受到长时间运行和工作环境影响下可能出现电线绝缘层破裂等情况而带电，人员接触则会触电，在保护接地作用下，人员接触到带电设备后，电流会快速传递到大地而减轻人员伤害。
工作接地。主要包括本安仪表系统接地、屏蔽接地和信号回路接地三方面，本安仪表系统内的主要构成是安全栅和本安仪表。隔离式安全栅电路结构具有较好的隔离效果而不需要单独进行接地设计，齐纳式安全栅结构限制电量是通过限压二极管、限流电阻和快速熔断器实现，现场使用中需要接地来防止电势差。屏蔽接地的主要作用是防电磁干扰，一种是通过电缆桥架、保护管接地来保持其电位与装置电气接地网相同。另一种为信号屏蔽电缆接地，一般是将控制室内的信号屏蔽层连接到地面。在信号系统未采取隔离措施的情况下，一般的处理方式按照直流电源采用负极接地。信号系统有隔离措施的情况下不需要单独的信号回路接地。
静电接地。无处不在的静电可能会影响到生产安全，甚至损坏仪表和整个系统，造成恶劣影响，在防雷接地设计中要做好防静电接地。静电接地电阻一般不超过100Ω，如果是专业电气设备，设计接地时要按照对应说明书进行。防静电接地也可与其他接地系统共用。
三、仪表接地系统的设计
接地系统的构成主要包括三个部分：接地电极、接地铜排和接地导线。在接地导线的选用中，一个重要的参数就是其截面积，应根据线路段的不同选用对应的截面积。通常情况下，接地连线截面积是1到2.5mm2，接地干线截面积从10到25mm2，接地总干线截面积从16到50mm2。接地导线的数量长度和连接部位都会影响到截面积的选取。
在接地系统的设计方面，最基本的原则是将保护接地与工作接地设置为同一接地点，避免产生电位差。如果是特殊性仪表，需要根据工作环境和使用状况制定合理的隔离措施。一般情况下，控制柜和仪表盘同时有工作接地和保护接地，应分开进行接线。按照相关要求，将信号回路接地、屏蔽接地和本安仪表接地接入接地铜排，为了实现更好的接地效果，可选用更低的电阻值以保证其功能，这也是在接地设计安装质量中的一个重要影响因素。安装仪表系统时使用的接地电阻包括接地电阻和连接电阻两类，在设计具体的仪表控制系统接地时，要同时把握接地电阻和连接电阻的数量和大小。接地所用的连接电阻是总线板与接地端之间的电阻值，一般情况下不超过1Ω。对于仪表小节点系统，通常保证电阻不超过4Ω。阻值会受到接地线连接方式、长度以及截面积的影响，设计过程中要考虑此方面的影响。
四、结束语
在化工生产过程中，仪表系统的稳定和安全能为生产控制提供准确的数据基础，能有效反映当前的生产情况，具有很重要的意义。良好的防雷接地设计能大幅排除仪表系统受到的干扰，因此在设计阶段要予以重视，同时，在生产过程中还需要做好定期维护和检查，分析运行中的偶然事件并制定科学的应对措施，以此来保障化工生产的安全和高效。
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