干貨 | 提前領悟SH/T3164-2021 《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》
防雷工程設計規范 干貨 | 提前領悟SH/T3164-2021 《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》 2021-05-19 干貨 | 提前領悟SH/T3164-2021 《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》 8561

我國每年因為雷電危害造成的生產損失數以萬計,為了規范儀表防雷,減少雷電風險,2005年,立項了《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》,2007年8月著手起草,編制很快,2008年10月報批,批復卻歷經4年,于2012年11月由工信部批準,2013年實施這是我國首篇儀表防雷工程設計的標準規范,是第一個相關領域和相關專業的規范,規定了儀表防雷的基本方法,填補了國內外的空白。實施以來,成為儀表及控制系統雷電防護的重要規范。

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經過多年的實踐,有一些可以簡化和改進的工程實施方法需要加入到規范中, 2018年10月,對2012版《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》進行修訂,2020年12月報批。修訂過程注意到國家關于防災減災政策,吸收了國際標準的一些基本觀點,翻閱了大量雷電防護的論文資料,借鑒了多年來包括全廠型的工程項目設計實踐。


01 新規范修改了什么?   

本規范主要內容包括:儀表防雷工程的確定;儀表防雷工程基本方法;儀表防雷工程接地系統;電涌防護器的應用;控制室儀表防雷;現場儀表防雷;儀表電纜防雷;本質安全系統防雷;現場總線系統防雷等等。


本次修訂的重點是:

——規定了網型結構的接地系統;

——確定了控制室儀表防雷接地采用網型結構;

——刪除了其他類型的接地結構;

——規范了儀表防雷工程的方法;

——增加了網型結構設計參考圖和電纜屏蔽接地圖兩個附錄。

本次修訂對2012版做了重大修改,使儀表防雷工程更加穩妥有效!簡化了方法,使工程設計和實施簡便易行。


02 直擊雷與感應雷是什么關系?   

雷電電涌是由雷電流通過電磁感應在線路上產生的沖擊電流,電涌強度根據實際情況而異,約為幾十到幾百安培。直擊雷(左)和感應雷(右)如下圖所示:

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03 室內電子設備還需要防雷嗎?   

雷電電磁脈沖(LEMP)可以由以下途徑損壞電子設備:

a)通過鏈接導線傳輸給設備的傳導和感應電涌;

b)輻射電磁場直接作用于設備上的效應。


建筑物外部或內部都可產生電涌:

——建筑物外部電涌由雷擊入戶電線或附近地面產生,并經電線本身傳輸到電氣和電子統;

——建筑物內部電涌由雷擊建筑物或其附近地面產生。



大量研究的文獻資料都證實雷電通過多種電磁耦合形式產生電涌:
——電阻耦合(例如建筑物接地裝置的接地阻抗或電纜屏蔽層電阻);
——磁場耦合(例如由于電氣和電子系統中線路構成的回路或搭接導體的電感所引起);
——電場耦合(例如由于天線接受所引起);


04 怎樣確定儀表防雷工程?  


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確定區域雷電活動程度:根據年平均雷暴日確定雷電活動程度。


確定保護目標的重要程度:

根據備保護系統的社會、經濟和安全的重要程度;


確定雷電防護:

確定實施儀表防雷工程,應根據地區雷害程度、裝置運營的承受能力以及投資情況綜合決策。

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雷電活動的劃分關系到防雷工程設計,是確定雷電防護等級的重要依據之一。我國的雷電氣象記錄采用年平均雷暴日,沒有雷擊頻率的記錄。而地區氣象資料是雷電活動的官方統計資料,統一地區的不同區域可能不一樣,要考慮區域小氣候。


注意:年平均雷暴日不能表達雷電強度的大小,也難于確定雷擊次數和頻率。


在評價雷電活動程度的概率時,僅僅根據地區的年平均雷暴日數量是不能準確反應實際雷擊情況的,還應綜合考慮裝置所處的局部區域的雷電活動情況、地理環境、建(構)筑物形式等因素,目前還沒有定量的辦法。


雖然采用平均雷暴日不能表征雷擊頻率,但可以用于雷電活動程度間接評估。


近年來我國和一些國家開始監測年雷擊次數和強度,逐漸獲得相對準確的數據。


有的規范將被保護設備、系統所在的空間由外到內劃分為不同的雷電保護區,以區別各空間雷電電磁場強度的大小。不同的規范對雷電防護區的劃分不同,對不同的雷電防護區,防雷工程的處理方法有所區別。


GB/T21724.2-2015/IEC62305-2 2010 《雷電防護 第2部分:風險管理》、GB50343-2021《建筑物電子信息系統防雷技術規范》等規范中,規定了不同的雷電防護等級(LPL),定義不同的雷電流參數,用戶設置雷電防護措施。


由于實際雷擊過程雷電流的隨機和分散,雷電流計算參數有很多不確定因素,工程中很難確定和采納。


SH/T 3164:


沒有采用不同的雷電參數作為雷電防護程度的度量;

沒有直接采用雷擊頻率;

沒有采用雷擊預計次數;

具體規定了實用的防雷工程方法;

避免根據雷電流參數采用的復雜防護方法;

避免不確定因素和不明確的計算依據;

簡化了評估方法;

避免了復雜繁瑣的風險評估。


05 電涌防護器、儀表接地、電纜屏蔽、儀表屏蔽是什么關系?   

儀表接地為雷電提供了泄放通路,但雷電流的泄放還需要電涌防護器等方法的配合,屏蔽只能減小雷電電涌的強度,不能有效地將電涌限制在儀表能夠承受的范圍內,電涌防護器需要接地系統的配合。


06 為什么要安裝電涌防護器?儀表已經接地了還用電涌防護器嗎?

雷擊試驗證明電涌防護器是保護儀表不受雷電電涌的沖擊,減少儀表損壞和相關損失的有效措施,是其他防雷措施不能代替的。其他的防雷措施僅僅能減輕電涌強度。

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07 等電位接地?還是接地實現了等電位?有接地連接不等電位的嗎?   

接地連接是手段,等電位是結果,接地連接實現了連接目標的等電位。

等電位連接、接地線的敷設、合理布線等措施已經體現在主要方法的規定中,因此不作為單獨方法規定。


08 儀表防雷采用什么接地方式?與通常的接地有什么不同?   

SH/T 3164-2012 《石油化工儀表系統防雷工程設計規范》規定:采用網型結構接地。

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控制室的保護接地、工作接地、本質安全接地、屏蔽接地、電涌防護器接地等儀表系統接地均應就近接到網型結構接地系統。


網型結構避免了接地結構的復雜和不確定性,徹底解決了接地系統的雷電流泄放、地電位差、接地線過長、地線感抗、地電流干擾和多功能接地功效的問題,并且使施工簡便易行。



工業用的材料雖然很多,但對石化接地工程來說,規范規定的網型結構接地材料來源和成本已不成問題。



網型結構采用多根接地排連接成網格的形式,根據室內儀表機柜的排列在機柜下方成行設置,接地排在兩端及中間連接形成網格接地排。

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網型結構接地排采用截面積≥40mmx4mm(寬x厚)的銅材或熱鍍鋅扁鋼焊接制作,安裝在機柜底部支撐或支架上,可采用絕緣或非絕緣安裝。


網型結構接地排形成了雷電電涌泄放的良好條件,適用于儀表系統所有種類的共用接地。


電涌防護器接地導軌應直接接到機柜下方的接地排或在機柜內就近接到匯流條。


電涌防護器、安全柵、控制系統、直流電源、機柜外殼的接地都可以直接接到網型結構接地排。

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儀表或機柜的所有接地就近接到統一的網型結構接地排,不再區分工作接地和保護接地。

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沿供電電纜路徑敷設截面積≥40mmx4mm(寬x厚)的銅材或熱鍍鋅扁鋼作為接地排,操作臺就近接到接地排。


操作臺設備沒有儀表工作接地,一些儀表、設備和非金屬操作臺也沒有保護接地,操作臺接地僅僅是為金屬操作臺和個別需要外接保護接地的設備用的,否則可以不設接地排。

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計算機和服務器,是不需要接地的!

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網型接地結構與室外接地裝置連為一體,等于把室外接地裝置引到室內。


網型結構的室內接地網應采用至少4條截面積≥40mmx4mm(寬x厚)的銅材或熱鍍鋅扁鋼接地連接導體,經不同路徑、至少兩個方向的連接方式分別接到電氣接地裝置引到室內的接地連接板。接地連接板宜均勻分布。

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連接的路徑和導體越多,接地網的效能越好!

儀表或機柜的所有接地就近接到統一的網型結構接地排,不再區分工作接地和保護接地!


接地導線應盡可能短,宜采用直線路徑敷設。不得保留多余導線,也不應將導線彎曲盤成環狀。


09 繼電器、安全柵不能防雷嗎?  


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試驗證明,繼電器會被雷擊電涌燒毀。

安全柵是低頻小功率器件不能防止雷擊電涌。


10 控制室儀表系統的防雷方法?   

控制室設備有機柜屏蔽,因為機柜的鋼板屏蔽比建筑物的屏蔽容易控制。

——鋼板材料的比機柜或儀表箱是很好的屏蔽體。


機柜、儀表箱和儀表金屬外殼等屏蔽體應接地。


機柜和儀表金屬外殼的電位升高僅涉及到絕緣的耐壓。


雷電防護區界面的等電位連接:

——有的規范規定:電纜屏蔽層或金屬管要在雷電防護區界面的等電位連接,實際工程中是不切實際的,甚至是做不到的。

——雷電防護區界面是相對的,電磁場隨距離的衰減變化是漸變的而不是突變的,這種規定沒有實際意義。


室內電涌防護器:

——儀表電纜進入控制室后,應首先接到電涌防護器,然后再接后續儀表。

——電涌防護器應安裝在控制室機柜內。


11 現場儀表的防雷方法?   

現場儀表的防護:

——現場儀表的電涌防護采用屏蔽、接地極安裝電涌防護器的方法。

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現場儀表的金屬外殼、金屬保護箱盡量用全封閉式,并應就近接地:

——鋼(鐵)板材質為好。


當現場儀表的安裝位置有可能形成接閃物體,又無法移位時(例如:油罐頂部等),應采用裝進全封閉鋼(鐵)板材質的儀表保護箱的方式,箱體應接地。


位于爆炸危險場所的儀表及金屬支架,應防止出現連接間隙,避免雷電引起火花。


現場儀表金屬外殼可通過接地螺釘與金屬安裝支架相連,或金屬設備、容器、塔器和操作平臺等設備自然接地。

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非金屬設備頂部安裝的儀表,應就近接地。


12 現場儀表怎么接地?接到哪兒,一定要拉接地線嗎?   

安裝支架、儀表保護箱,接線箱及機柜的金屬外殼:

——就近與電氣接地設施連接或接地的金屬體相連接。

——可利用儀表保護鋼管、金屬支架、金屬護欄、金屬槽體、金屬結構等可靠導電的物體作為接地連接中的某段導體。

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如果有上述接地條件,不要單獨拉接地線到接地設施。


所有用于雷電電流泄放的導體、電線、電纜應盡可能短,并采用直線路徑敷設,避免彎曲路徑,不得保留多余導線或導線盤成環狀。

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——由于電感的影響和集膚效應,較短的連接導線比粗的導線對雷電流的導流效果更好。

——導線長度的影響要比導線截面積大得多,導致越短越好,不能用增大導線截面積彌補。

——對于相同的截面積,宜采用扁平形狀、多股導線或管狀的導體。


儀表防雷工程誤解


雷擊損壞的途徑和作用方式是復雜的、綜合的。


每個防護對象的區域、場景、每次雷擊的情況都是不同的。


某些事例只能表明一些現場,不能作為充分必要條件,例如:

——采取了某種防雷措施仍然遭受雷擊損失,證明這種方法沒用;

——采用了某種防雷措施后,效果很好,證明其他防雷方法可以放棄;

——沒有防雷工程的裝置受雷擊損害比鄰近有防雷工程的裝置還少,證明防雷工程無效。


雷電防護如同打傘防雨淋、安全氣囊、開車闖紅燈、安全防護。


每一種防護措施都有應用條件和工程條件,如果條件被破壞了,就可能使防護失效,失去防護作用。



總的來說:


建筑物和工廠結構的雷電防護雖然能防止建筑物內和設備及框架下的儀表遭受直擊雷,但不能阻擋雷電電磁感應在儀表內部和線路上產生的電涌。


根據GB50057-2010第三章節確定設置了雷電防護的建筑物說明該建筑物及附近區域具有明確的雷電風險,內部的電子設備處于易遭受雷電電涌襲擊的危險環境之中。


雷電試驗證明電涌防護器是保護儀表不受雷電電涌的沖擊,減少儀表損壞和相關損失的最有效措施,是其他防雷措施不能代替的。 


電涌防護器需要接地系統的配合,其他防雷措施僅僅能減輕電涌強度。


網型結構簡化了其他接地結構的復雜和不確定性,徹底解決了接地系統的接地線過長,雷電流泄放、地電位差、地線感抗、地電流干擾和不同接地功效的問題,經過十余年的工程實踐證明非常有效,并使施工簡便易行。



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本文轉自:儀表圈

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