石油儀器設(shè)備電涌防護(hù)技術(shù)相關(guān)問題

王富民

中船重工第七一五研究所，浙江富陽 311400

各種先進(jìn)的電子設(shè)備隨著科技的飛速發(fā)展而逐漸應(yīng)用在石油行業(yè)中，和其他電子設(shè)備一樣，石油儀器設(shè)備存在一些缺點(diǎn)，比如過電流、電壓耐受能力差，絕緣等級較低，對外界干擾敏感等。石油儀器設(shè)備對電涌的防護(hù)不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障，降低設(shè)備使用壽命，甚至還有導(dǎo)致人員傷亡。而在我國石油儀器設(shè)備中電涌的威脅并沒有受到足夠的重視，所以研究石油設(shè)備中的電涌防護(hù)技術(shù)具有相當(dāng)重要的價(jià)值。

1 電涌的概述

電涌也叫浪涌，它是一種是異常大的微秒量級電流脈沖，其持續(xù)時(shí)間大約百萬分之一秒，單位能量在2.5-10MJ/Ω左右。電涌會(huì)產(chǎn)生短暫的過電壓，破壞電子設(shè)備。并且隨著半導(dǎo)體的厚度在減小，承受能力未成倍增長，電涌這種瞬態(tài)過電壓對電子設(shè)備的破壞的可能、程度也越來越大。

2 電涌產(chǎn)生的原因

2.1 直擊雷

直擊雷有兩種情況，一是雷電擊中建筑物具有引雷作用的裝置，會(huì)直接放電，并將電流引入建筑物的內(nèi)部設(shè)備中，其雷電流具有高能量。另外是雷電擊中建筑物的外部防雷裝置，這時(shí)雷電流就會(huì)通過引雷裝置傳輸?shù)酱蟮兀沟仉妱?dòng)勢提升，并從設(shè)備接地線反沖到設(shè)備中。

這兩種雷擊都會(huì)產(chǎn)生電涌現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備過流而損壞。

2.2 感應(yīng)雷及雷電波入侵

雷云放電會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，從而導(dǎo)致設(shè)備過電壓。感應(yīng)電荷沿著設(shè)備的線路產(chǎn)生過電流沖擊，另外，雷擊會(huì)產(chǎn)生交變電磁場，磁場的能量作用在設(shè)備上，對設(shè)備產(chǎn)生不同程度的損壞。感應(yīng)雷能量沒有直擊雷那么強(qiáng)，但其產(chǎn)生的概率要比直擊雷大得多。

2.3 系統(tǒng)過電壓或者電網(wǎng)波動(dòng)

導(dǎo)體上的電流在流動(dòng)時(shí)，會(huì)感應(yīng)出磁場并以磁場的形式儲(chǔ)存能量，如果設(shè)備中存在電感，那么設(shè)備在開關(guān)時(shí)就瞬態(tài)的過電壓。電網(wǎng)波動(dòng)與開關(guān)時(shí)的過電壓一樣，都有可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備電子元件損壞。

2.4 地電位反擊

雷擊到接閃器或者引下線，可能會(huì)引起地電位上升，從而對附近的電子設(shè)備產(chǎn)生反擊，導(dǎo)致設(shè)備的絕緣皮破壞，損壞其絕緣性能。

3 石油儀器設(shè)備電涌防護(hù)的措施

3.1 接閃

對于在戶外生產(chǎn)的石油儀器設(shè)備，如果建筑物的材質(zhì)，或者設(shè)備本身材料的壓力、溫度以及性質(zhì)等能夠防護(hù)雷擊，就可以選用設(shè)備本身為接閃器；如果設(shè)備內(nèi)燃料為易燃易爆物質(zhì)，并且其操作溫度大于閃點(diǎn)，金屬外殼面積較大，也可以不用設(shè)置額外的接閃器，而選用設(shè)備本身當(dāng)作接閃器；如果設(shè)備內(nèi)燃料操作溫度大于閃點(diǎn)，但是其金屬外殼較小，則需要在設(shè)備建筑頂部加設(shè)避雷針來接閃。

3.2 分流

不論石油設(shè)備的生產(chǎn)裝置是否裝設(shè)接閃器，都需要顧及到分流問題。盡可能多的布設(shè)接地點(diǎn)、下引線。對于大型的石油儀器設(shè)備，其接地點(diǎn)不能少于2處；對于小型的石油設(shè)備，必須接地。在一些特殊的位置，比如管道的分支處、始末端也需設(shè)置接地。可以選用接地可靠、導(dǎo)電性能好的金屬構(gòu)架把電流引到大地，避免電流流過受保護(hù)的石油儀器設(shè)備。設(shè)置分流的下引線的阻抗要低，這樣能有效降低電位，同時(shí)要求其散流好，使電流大面積地向大地泄漏，從而保護(hù)石油儀器設(shè)備以及人員的安全。

3.3 接地

在石油設(shè)備防護(hù)的接地裝置中，有防靜電接地、信號地、屏蔽電磁設(shè)置地 、防雷地裝置、SPD地等。對于這些起不同作用的接地，需要將它們接到一個(gè)共同的接地裝置中。并且該接地裝置的接地阻值不應(yīng)該大于4Ω。根據(jù)石油設(shè)備生產(chǎn)裝置的位置，比如配電儀表間、空壓機(jī)房等地點(diǎn)，將接地設(shè)置成環(huán)形閉合的形式。并且每個(gè)小型的環(huán)形閉合接地裝置通過扁鋼與相鄰的環(huán)形閉合接地裝置連接起來，整合成一個(gè)大型的環(huán)形接地裝置，將不同位置的機(jī)房統(tǒng)一起來。

3.4 均壓

在石油儀器設(shè)備所在的生產(chǎn)建筑物內(nèi)，選用導(dǎo)電體將設(shè)備本身的金屬殼體與鄰近設(shè)備的金屬殼體連接起來，連接的導(dǎo)體可以置在地上，也可以布置在地下，這樣可以使設(shè)備之間的感應(yīng)電動(dòng)勢平衡，避免發(fā)生電火花的現(xiàn)象。在兩個(gè)設(shè)備連接起來以后，操作人員應(yīng)避免同時(shí)接觸這兩個(gè)設(shè)備，否則可能會(huì)產(chǎn)生電擊。石油儀器設(shè)備的易爆危險(xiǎn)區(qū)域，就更需要進(jìn)行均壓設(shè)置。因?yàn)樵趦蓚€(gè)相鄰的金屬外殼的設(shè)備間，如果存在電動(dòng)勢差，即使只是空氣作為介質(zhì)，也可能會(huì)產(chǎn)生雷擊電火花，從而導(dǎo)致爆炸。另外，不允許有單獨(dú)的金屬導(dǎo)體布置在易爆的危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)，即使是與地面絕緣，但是與相鄰的導(dǎo)體間不連接的金屬也不能存在。

3.5 設(shè)備屏蔽

石油儀器設(shè)備大多都是在野外運(yùn)作的，其直接暴露在電磁以及電涌干擾中。對于這類戶外的石油儀器設(shè)備，可以利用屏蔽體將其屏蔽，減輕電磁對電子設(shè)備的干擾，衰減電涌的能量。一般工程中經(jīng)常應(yīng)用的石油設(shè)備屏蔽體有法拉第籠、屏蔽盒以及金屬設(shè)備本身的殼體等。

3.6 保護(hù)

石油儀器設(shè)備大多是弱電設(shè)備，有時(shí)采用以上的接閃、均壓、分流以及屏蔽等方法也足以消除電涌的威脅，因?yàn)槭蛢x器設(shè)備的耐過電壓能力不強(qiáng)，電涌雖然衰減了，但仍然高于設(shè)備的承受能力，所以還需要采用額外的保護(hù)措施。綜合不同防護(hù)方法的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建多級電涌保護(hù)，比如在電涌容易損壞的接口設(shè)置過電流、電壓保護(hù)裝置，電涌吸收裝置。在電子控制系統(tǒng)輸入端的電源線，輸出端的信號線上設(shè)置細(xì)保護(hù)、粗保護(hù)等，是侵入的瞬態(tài)過電壓衰減到設(shè)備能承受的范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

石油儀器設(shè)備的電涌防護(hù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。在實(shí)際的應(yīng)用中需要綜合使用不同的防護(hù)措施，協(xié)調(diào)各種防雷裝置的作用。在設(shè)計(jì)石油儀器設(shè)備電涌防護(hù)的時(shí)候，要從高標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)出發(fā)， 遵循“綜合運(yùn)用、多重防護(hù)、有效保護(hù)” 的基本思想，避免設(shè)備遭受電涌損壞，以及人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不測的發(fā)生。總之，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，以及人們對電涌過電流、電壓理論的研究的深入，石油儀器設(shè)備的電涌防護(hù)手段和等級將會(huì)得到有效的升級。

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