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石油化工儀表防雷接地系統設計與實(shí)現研究
發(fā)布時(shí)間:
2023-11-29 09:03
動(dòng)化生產(chǎn)是工業(yè)發(fā)展過(guò)程中的顯著(zhù)進(jìn)步, 隨著(zhù)自動(dòng)化程度的加深, 在石油化工生產(chǎn)中, 需要使用到大量的自動(dòng)化儀表設備來(lái)檢測生產(chǎn)設備。 為了保證自動(dòng)化儀表設備不會(huì )受到高壓電、 電磁脈沖的影響, 必須做好對自動(dòng)化儀表設備接地保護工作, 防雷接地保護系統就是為了保護自動(dòng)化儀表設備而產(chǎn)生的, 其可以有效的防止雷擊對自動(dòng)化儀表設備造成的影響。 在設計防雷接地保護系統時(shí), 要對雷擊現象進(jìn)行充分的分析, 找出雷擊對自動(dòng)化儀表設備的影響因素, 進(jìn)而在設計系統時(shí)可以考慮的更加全面, 最終讓接地保護系統的功效更加顯著(zhù)。
1 雷擊對自動(dòng)化儀表設備的影響因素
1. 1 直擊雷對自動(dòng)化儀表設備的影響
直擊雷是雷擊中最常見(jiàn)的影響因素, 當儀表設備或其他關(guān)聯(lián)電路直接被雷電擊中后, 其內部的傳感器模板或電子線(xiàn)路板會(huì )被直接燒穿, 進(jìn)而讓儀表設備或關(guān)聯(lián)電路損壞。 同時(shí),直接雷攜帶的電流直接接觸儀表設備時(shí), 會(huì )順著(zhù)儀表設備導入大地, 這個(gè)導入過(guò)程會(huì )產(chǎn)生一個(gè)范圍較大的磁場(chǎng), 該磁場(chǎng)會(huì )將通信線(xiàn)路及其他信號傳輸裝置造成破壞, 進(jìn)而使儀表設備的通信端失靈, 無(wú)法實(shí)現應有的信息傳輸功能。
1. 2 雷擊感應對自動(dòng)化儀表設備的影響
與地面接觸的物體都會(huì )有不同程度的電流傳導能力, 其中攜帶大量自由電荷的物體導電能力更強。 因此, 在雷雨天,自動(dòng)化儀表設備周?chē)奈矬w出現放電現象, 其釋放的電流就有可能傳導到自動(dòng)化儀表設備中, 進(jìn)而讓儀表設備中的電路出現損壞。
1. 3 過(guò)電壓對自動(dòng)化儀表設備的影響
雷擊分為兩種類(lèi)型, 一種為直擊雷, 另一種為感應雷,這兩種雷擊現象都會(huì )形成過(guò)高的電壓, 這些過(guò)電壓流入到信號傳輸線(xiàn)路、 儀表設備電路, 就會(huì )對儀表設備中的精密組件造成損害, 進(jìn)而引起檢測失靈、 設備損壞、 火災等危害。
1. 4 放電現象對自動(dòng)化儀表設備的影響
一些防雷系統設計的不合理, 在吸收雷擊后, 會(huì )將雷擊攜帶的大量電流倒入到地面, 而地面也是具有電阻的, 不能將這些電流有效分散, 就會(huì )讓電路不能迅速的釋放, 進(jìn)而出現局部區域電位上漲的問(wèn)題。 而如果電位上漲區域與儀表設備接地位置過(guò)近, 就會(huì )將電位上漲區域的電流順著(zhù)接地點(diǎn)傳導到儀表設備上, 進(jìn)而產(chǎn)生反擊電流的現象, 反擊電流會(huì )將儀表設備的控制電路燒毀, 進(jìn)而讓儀表設備失靈。
2 接地裝置的分類(lèi)及在防雷接地系統中的應用
接地裝置以其具體作用可分為工作接地、 保護接地以及靜電接地。
2. 1 工作接地的應用
工作接地的作用是為了確保自動(dòng)化儀表設備的正常運行, 其具有抗干擾能力, 其根據安裝位置以及功能的不同,可以細分為屏蔽用接地、 本安儀表系統接地以及信號回路用接地。
(1) 屏蔽用接地, 其主要功能就是過(guò)濾電磁干擾, 過(guò)線(xiàn)纜絕緣管及橋架等接地, 實(shí)現與儀表設備電氣接地網(wǎng)的連接, 可以有效避免電磁干擾對儀表設備連接電纜的影響。另一種是將儀表設備控制室內的信號線(xiàn)屏蔽層直接連接到地面, 信號源接地時(shí), 需要保證信號與屏蔽層都與地面連接,而線(xiàn)纜的屏蔽應通過(guò)單點(diǎn)接地的方式連接地面。
(2) 本安儀表系統接地, 本安儀表系統主要由本安儀表以及安全限能器組成, 安全限能器分類(lèi)兩類(lèi), 一種為齊納式安全柵, 另一種為隔離式安全柵, 兩類(lèi)安全限能器都可以實(shí)現對電壓電流的限制, 其布置在本質(zhì)安全電路與非本質(zhì)安全電路之間的位置。 由于安全限能器本身就具有的電壓電流限制功能, 因此在設計防雷接地系統時(shí), 可以不對該裝置設置接地。 齊納式安全柵主要由快速熔斷器、 限壓二極管以及
限流電阻組成, 但是其安裝要求較高, 必須以可靠的接地系統為基礎, 因此其安裝及使用的條件比較苛刻。 隔離式安全柵通過(guò)輸入端、 輸出端以及電源端之間的相互電氣隔離實(shí)現對電流電壓的限制, 安裝時(shí)不需要相應的接地系統作為基礎條件, 因此具有較高的應用價(jià)值
(3) 信號回路用接地, 自動(dòng)化儀表設備的信號系統沒(méi)有設置屏蔽保護時(shí), 必須對其進(jìn)行負極接地, 這樣可以讓信號系統形成信號回路, 進(jìn)而完成對信號系統的保護。 當信號系統設置有屏蔽保護時(shí), 可以減少負極接地的步驟。
2. 2 保護接地的應用
保護接地主要作用是防止儀表設備帶電, 確保不會(huì )出現儀表設備帶電危害工作人員生命安全的事故。 在石油化工生產(chǎn)中, 設備外殼不帶電, 是安全生產(chǎn)的基本標準, 但是在設備的使用過(guò)程中, 設備外殼往往會(huì )受到外界環(huán)境因素的影響,絕緣材料的老化、 破損會(huì )讓設備的絕緣能力下降, 進(jìn)而讓電纜的電流導入到設備外殼上, 此時(shí)工作人員碰觸到帶電設備外殼, 就會(huì )出現觸電的事故。 在設備外殼上加裝保護接地,可以將設備外殼上攜帶的電流導入地面, 進(jìn)而減少外殼帶電對工作人員的危害。
2. 3 靜電接地的應用
靜電是自然界中的一種常見(jiàn)現象, 儀表設備上產(chǎn)生的靜電如果不能及時(shí)釋放, 就會(huì )干擾儀表設備的信號系統以及檢測裝置, 不僅會(huì )影響儀表設備的檢測質(zhì)量, 嚴重時(shí)也會(huì )降低儀表設備的使用壽命, 甚至讓儀表設備及信號系統出現損壞。在進(jìn)行防雷接地系統設計時(shí), 應該確保較好的靜電接地設計質(zhì)量, 靜電接地電阻必須控制在 100Ω 以下, 安裝時(shí)技術(shù)人員必須遵照設計標準進(jìn)行操作。
3 防雷接地系統的設計
3. 1 防雷接地系統的構成
在防雷接地系統中, 接地電極、 接地導線(xiàn)以及接地銅排都是系統的重要組件, 在構建防雷接地系統時(shí), 應該保證接地導線(xiàn)截面積符合接地要求, 這樣才能保證防雷接地系統的防雷效果, 設計人員應該根據實(shí)際情況進(jìn)行接地導線(xiàn)截面積的選擇, 接地導線(xiàn)截面積的具體選擇范圍如表 1 所示。
3. 2 防雷接地系統的設計標準
在設計防雷接地系統時(shí), 必須保證工作接地與保護接地的接地點(diǎn)在相同的位置, 這樣可以防止出現電位差問(wèn)題。 對一些比較重要的儀表裝置, 應該根據實(shí)際情況及布置位置的工作環(huán)境, 選擇相應的隔離方式加以隔離; 對儀表盤(pán)、 控制箱等設備應該同時(shí)采用工作接地和保護接地進(jìn)行保護; 設計本安儀表接地及信號回路用接地時(shí), 應該依照相關(guān)要求連接工作接地銅排, 確保接地電阻符合接地要求, 接地電阻值不得高于 5Ω , 這樣可以確保接地裝置具有較高的導電能力。
對儀表控制系統進(jìn)行防雷接地設計時(shí), 應該著(zhù)重考慮接地效果, 精確掌握接地電阻的數值。 設計人員應該對接地端到總線(xiàn)板之間的電阻值進(jìn)行測量, 設計中保證其電阻值在0. 5-1Ω 的范圍之內, 儀表小節點(diǎn)系統的接地電阻應該控制在 2-4Ω 的范圍之內。
3. 3 防雷接地系統的電路設計
防雷接地系統以 Lm3 58 放大器作為整個(gè)系統電路結構的核心, 電路中包括交流放大器、 濾波器、 檢波器以及和直流放大器等, 防雷接地系統中采用 MAX3491DSP 芯片作為主控芯片, 同時(shí)在電路中加入 ADM706 電壓控制芯片, 可以精確的控制防雷接地保護系統的輸出電壓在 3. 3V 的安全范圍之內, 以運算放大裝置引導 16 位或 24 位的尋址工作, 利用AD/DA 轉換器進(jìn)行 24 倍頻的數模轉換, 通過(guò)交流放大器的設計, 將防雷接地系統的有效頻率范圍控制在 200-2000Hz 之內。 交流放大器的具體放大倍數為:
在對濾波器的設計中, 級聯(lián)的方式組件高通檢波電路,其可以通過(guò)二極管檢波電路進(jìn)行檢波, 接地保護耦合的控制通過(guò)震蕩幅度調制方法來(lái)實(shí)現, 利用 D/A 轉換器將輸出電壓信號控制在 0-4V 之間。 在濾波器的設計基礎之上, 加入直流放大器的設計, 利用 PCB 構成一個(gè)完整的防雷接地保護體系, 這樣可以對防雷接地保護的直流電流量加以放大, 進(jìn)而完成對儀表設備的接地保護工作。
4 結束語(yǔ)
自動(dòng)化儀表設備是確保石油化工安全生產(chǎn)的重要監測設備, 自動(dòng)化儀表設備的穩定運行, 直接影響著(zhù)石油化工生產(chǎn)設備的穩定運行。 因此, 石油化工企業(yè)必須將儀表防雷接地保護工作重視起來(lái), 根據不同儀表設備的特點(diǎn), 更加合理的選擇接地方式, 做好防雷接地系統的設計工作, 為自動(dòng)化儀表的安全運行提供基礎保障, 進(jìn)而達到促進(jìn)石油化工業(yè)穩定發(fā)展的目的。
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