石油化工仪表防雷接地系统设计与实现

石油化工仪表防雷接地系统设计与实现
摘要：本文首先介绍了雷电的危害形式，分析了接地的作用和分类，最后对石
油化工仪表防雷、接地的设计应用做一些介绍，以期为同行提供一些借鉴。

关键词：石油化工仪表防雷接地设计
在整个石油化工工业中，仪表系统对整个装置的生产过程实时测量、监控，
保证生产的稳定运行及产品质量的合格。

而防雷、接地系统的适用性、可靠性是
保证仪表精准工作、控制系统稳定运行的重要前提，良好的防雷、接地设计会降
低干扰及测量过程中产生的误差，有效保仪表系统的运行，同时对提高生产效率、改善生产都具有积极的意义。

一旦雷电、接地造成故障，轻则仪表系仪表被干扰、数据丢失，重则电子元件被损坏或导致石化装置停车，甚至出现设备和人员安全
事故。

1雷电的危害形式及防护
雷电的危害形式有直击雷、雷闪电流产生的脉冲电磁场干扰、雷云产生的静
电感应等几种形式。

仪表系统通常采用的模拟信号为毫安或毫伏级，极易受到瞬
间雷电波或放电产生的感应电压的干扰和损害。

雷电压可达数百或数千伏以上，
大大超过电子元件的耐压和允许干扰值。

1.1直击雷
直击雷是带电云层与建筑物、其它物体、大地或者防雷装置之间发生的迅猛
放电效应，具有巨大的电磁效应、热电效应和机械效应。

主要危害建筑物、建筑
物内电子设备及人员，可以使物体炸裂、电气绝缘破坏及导线熔断。

对于石化装
置内仪表和控制系统来说，仪表选择抗干扰能力强的，仪表、接线箱、桥架各紧
固件安装正确，并接地良好，保证仪表跟整个装置可靠连接形成一个等电位连接体。

而控制系统所在的控制室，在石化装置中通常是独立的建筑物按第三类防雷
建筑物设计，屋顶避雷网、经引下线接至防雷接地网，同时与仪表控制系统接地
网等电位连接，避免了防雷接地系统和仪表接地系统之间因绝缘距离不够产生雷
电反击，如果可能，整个石化装置采用等电位连接。

1.2电磁场干扰及静电感应
直击雷接闪时引下线会流过强大的雷电流，如果在一定距离内存在电缆（电源、信号、通讯电缆），就会产生电磁感应，引入雷电波到控制系统。

除此以外，当控制室周围雷击放电，在电缆或金属管道上也会产生感应电压，这些电缆、管
道也可能会把高电位引入控制室控制系统；或控制室上空有携带电荷的雷云经过，静电感应使地面某一范围带上异种电荷，当云层带电消失，而地面由于散流电阻
大出现局部高电位，周围电缆或金属管道上的感应电压也会对控制系统造成干扰
和损坏。

为了消除电磁干扰和静电感应，控制室墙面和屋内钢筋、金属门窗等等
电位连接后与防直击雷装置相连，形成一个类似“法拉第笼”，同时防雷系统接地
和仪表控制系统接地等电位连接，包括控制控制内外金属管道、桥架、以及控制
室内盘柜等等电位连接，消除电磁干扰或静电干扰产生的电位差。

信号电缆采用
双层屏蔽，作为外屏蔽的穿管或者桥架中间连接良好且至少两端等电位连接。

从
经济的角度出发，控制系统选择性加装浪涌保护器。

在工程设计时，进入控制室的仪表电缆或管道必须要避开防雷引下线2米距离，特别是用建筑物配筋做引下线时。

防雷是个综合问题，虽然防雷不能单独依
靠接地实现，但很多措施都涉及到仪表接地系统的设计，仪表接地设计是保证整
个装置安全的关键。

2接地的作用和分类
通常情况下，按照接地的作用来分，可以将接地类型分为保护接地、工作接
地和静电接地。

2.1保护接地
避免设备带电，保证人员不会受到电力伤害是保护接地最直接的作用。

在生
产过程中，设备的外壳不会带电，但是由于受到环境以及工作时间等因素的影响，随着时间的延长，包裹电线的外壳容易受到损坏，一旦人员碰触，就会有触电的
风险。

通过保护接地，可以在人员碰触时，将电流快速传输给大地，降低对人员
的伤害。

在实际工作中，会根据设备的类别选择是否使用保护接地。

2.2工作接地
工作接地可以为仪表正常工作提供有利的环境条件，同时还起到降低干扰的
作用，保证仪表的性能。

具体又包含本安仪表接地、屏蔽接地和信号回路接地。

（1）本安仪表系统接地。

本安仪表和安全栅是构成本安仪表系统的两个主要部分。

安全栅有隔离式和齐纳式两种类型。

隔离式安全栅电路结构使输入、输出
和电源三者隔离，并对能量进行一定的限制。

这种结构由于具备一定的隔离效果，因此不必进行系统接地设计。

齐纳栅结构则通过对快速熔断器、限流电阻以及限
压二极管对输入的电量进行限制，保证结构的安全性。

现场仪表使用齐纳栅时，
为避免出现电势差，通常会使用同一个接地。

（2）屏蔽接地。

防电磁干扰是屏蔽接地的主要目的，仪表屏蔽分两种。

一种是电缆保护管、桥架等接地，与装置电气接地网等电位连接。

另一种是信号屏蔽
电缆接地，通常在控制室内完成，将信号线的屏蔽层连接到接地板上。

当信号源
也接地时，应该将信号和屏蔽层同时接地。

信号电缆的屏蔽接地应为单点接地。

（3）信号回路接地。

当信号系统未采取隔离措施时，通常按照直流电源的方式进行处理，采用负极接地的方式。

对于有隔离措施的信号系统，由于隔离的作用，不用额外的信号回路接地。

2.3静电接地
静电在自然界是无法避免的，会给生产带来一定的不利影响，甚至是仪表或
整个系统的损坏，导致巨大的经济损失。

所以防静电接地也是仪表设计安装过程
中的重要工作。

静电接地电阻通常要保证在100Ω以内，针对专业的电气设备进
行设计时，应该参照说明书有专门的技术人员完成接地作业。

防静电接地可以和
其它接地系统共用。

3仪表接地系统的设计应用
3.1接地系统的构成
接地导线、接地铜排、接地电极是组成接地系统的三个重要部分。

接地导线
的截面积在接地系统中是重要参数，不同的线路段应该使用不同的截面积，具体
如表1所示。

接地导线的截面积主要受连接部位、数量长度等因素的影响。

3.2接地系统的设计原则
接地系统设计最基本的原则，保证工作接地和保护接地使用同一个接地点，
以免产生电位差。

对于特殊性仪表，应根据使用情况以及工作环境采取一定的隔
离措施。

通常仪表盘、控制柜内同时有保护接地和工作接地，接线时应该分别进行。

将本安仪表接地、屏蔽接地和信号回路接地按照要求接入工作接地铜排，其中，接地电阻值的选择也是影响接地设计安装质量的重要因素，在保证功能的同时，使用的电阻值越低，说明实现的接地效果就越好。

在仪表系统安装过程中，
使用的接地电阻通常可以分为两类：连接电阻和接地电阻。

在具体的仪表控制系
统接地设计时，不仅要充分考虑接地电阻的大小，对连接电阻的数值也要精准把握。

接地使用的连接电阻指的是接地端到总线板之间的电阻值，通常控制在1Ω以内。

仪表小节点系统使用的电阻保证在4Ω以内。

其中接地导线的截面积、长度以及连接方式都会对阻值造成一定的影响，因此务必将影响因素加以考虑。

4结束语
综上所述，在石油化工生产中，仪表系统的安全、稳定性对提供生产数据、反应生产情况具有重要意义。

保证仪表系统安全可靠运行的前提是各部分都有稳定的工作环境。

其中，防雷、接地对于仪表系统排除干扰、稳定运行具有直接作用。

因此在设计阶段重视防雷接地设计的同时，在生产使用中还要定期检查、维护，对使用过程中发生偶然事件，进行讨论、分析并做出一定的科学处理。

参考文献：
[1]李昌银.仪表控制系统的防雷现状分析[J].科技展望，2017（6）：123-124.
[2]代冬柏.罐区仪表系统雷电感应防护[J].石油化工自动化，2016（6）：46.
[3]程亮，柳晓林.化工厂仪表系统防雷及优化[J].广东化工，2016（8）：145.。