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石油仪器设备电涌防护技术

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-04-25 12:43【
各种先进的电子设备随着科技的飞速发展而逐渐应用在石油行业中,和其他电子设备一样,石油仪器设备存在一些缺点,比如过电流、电压耐受能力差,绝缘等级较低,对外界干扰敏感等。石油仪器设备对电涌的防护不当,会导致设备故障,降低设备使用寿命,甚至还有导致人员伤亡。而在我国石油仪器设备中电涌的威胁并没有受到足够的重视,所以研究石油设备中的电涌防护技术具有相当重要的价值。

1 电涌的概述
电涌也叫浪涌,它是一种是异常大的微秒量级电流脉冲,其持续时间大约百万分之一秒 ,单位能量在2.5-10MJ/Ω左右。电涌会产生短暂的过电压 ,破坏电子设备。并且随着半导体的厚度在减小 ,承受能力未成倍增长 ,电涌这种瞬态过电压对电子设备的破坏的可能、程度也越来越大。

2 电涌产生的原因
2.1 直击雷
直击雷有两种情况 ,一是雷电击中建筑物具有引雷作用的装置,会直接放电,并将电流引入建筑物的内部设备中,其雷电流具有高能量。另外是雷电击中建筑物的外部防雷装置,这时雷电流就会通过引雷装置传输到大地,使地电动势提升,并从设备接地线反冲到设备中。这两种雷击都会产生电涌现象,导致设备过流而损坏。

2.2 感应雷及雷电波入侵
雷云放电会使设备产生静电感应和电磁感应,从而导致设备过电压。感应电荷沿着设备的线路产生过电流冲击,另外,雷击会产生交变电磁场,磁场的能量作用在设备上,对设备产生不同程度的损坏。感应雷能量没有直击雷那么强,但其产生的概率要比直击雷大得多。

2.3 系统过电压或者电网波动
导体上的电流在流动时,会感应出磁场并以磁场的形式储存能量,如果设备中存在电感,那么设备在开关时就瞬态的过电压。电网波动与开关时的过电压一样,都有可能会导致设备电子元件损坏。

2.4 地电位反击
雷击到接闪器或者引下线,可能会引起地电位上升,从而对附近的电子设备产生反击,导致设备的绝缘皮破坏,损坏其绝缘性能。

3 石油仪器设备电涌防护的措施
3.1 接闪
对于在户外生产的石油仪器设备,如果建筑物的材质,或者设备本身材料的压力、温度以及性质等能够防护雷击,就可以选用设备本身为接闪器;如果设备内燃料为易燃易爆物质,并且其操作温度大于闪点,金属外壳面积较大,也可以不用设置额外的接闪器,而选用设备本身当作接闪器;如果设备内燃料操作温度大于闪点,但是其金属外壳较小,则需要在设备建筑顶部加设避雷针来接闪。

3.2 分流
不论石油设备的生产装置是否装设接闪器,都需要顾及到分流问题。尽可能多的布设接地点、下引线。对于大型的石油仪器设备,其接地点不能少于2处;对于小型的石油设备,必须接地。在一些特殊的位置,比如管道的分支处、始末端也需设置接地。可以选用接地可靠、导电性能好的金属构架把电流引到大地,避免电流流过受保护的石油仪器设备。设置分流的下引线的阻抗要低,这样能有效降低电位,同时要求其散流好,使电流大面积地向大地泄漏,从而保护石油仪器设备以及人员的安全。

3.3 接地
在石油设备防护的接地装置中,有防静电接地、信号地、屏蔽电磁设置地、防雷地装置、SPD 地等。对于这些起不同作用的接地,需要将它们接到一个共同的接地装置中。并且该接地装置的接地阻值不应该大于4Ω。根据石油设备生产装置的位置,比如配电仪表间、空压机房等地点,将接地设置成环形闭合的形式。并且每个小型的环形闭合接地装置通过扁钢与相邻的环形闭合接地装置连接起来,整合成一个大型的环形接地装置,将不同位置的机房统一起来。

3.4 均压
在石油仪器设备所在的生产建筑物内,选用导电体将设备本身的金属壳体与邻近设备的金属壳体连接起来,连接的导体可以置在地上,也可以布置在地下,这样可以使设备之间的感应电动势平衡,避免发生电火花的现象。在两个设备连接起来以后,操作人员应避免同时接触这两个设备,否则可能会产生电击。石油仪器设备的易爆危险区域,就更需要进行均压设置。因为在两个相邻的金属外壳的设备间,如果存在电动势差,即使只是空气作为介质,也可能会产生雷击电火花,从而导致爆炸。另外,不允许有单独的金属导体布置在易爆的危险区域内,即使是与地面绝缘,但是与相邻的导体间不连接的金属也不能存在。

3.5 设备屏蔽
石油仪器设备大多都是在野外运作的,其直接暴露在电磁以及电涌干扰中。对于这类户外的石油仪器设备,可以利用屏蔽体将其屏蔽,减轻电磁对电子设备的干扰,衰减电涌的能量。一般工程中经常应用的石油设备屏蔽体有法拉第笼、屏蔽盒以及金属设备本身的壳体等。

3.6 保护
石油仪器设备大多是弱电设备,有时采用以上的接闪、均压、分流以及屏蔽等方法也足以消除电涌的威胁,因为石油仪器设备的耐过电压能力不强,电涌虽然衰减了,但仍然高于设备的承受能力,所以还需要采用额外的保护措施。综合不同防护方法的优点 ,构建多级电涌保护,比如在电涌容易损坏的接口设置过电流、电压保护装置,电涌吸收装置。在电子控制系统输入端的电源线,输出端的信号线上设置细保护、粗保护等,是侵入的瞬态过电压衰减到设备能承受的范围之内。

4 结论
石油仪器设备的电涌防护是一项综合性很强的系统工程。在实际的应用中需要综合使用不同的防护措施,协调各种防雷装置的作用。在设计石油仪器设备电涌防护的时候,要从高标准的目标出发, 遵循“综合运用、多重防护、有效保护” 的基本思想,避免设备遭受电涌损坏,以及人员伤亡、财产损失不测的发生。总之,随着科学的不断发展,以及人们对电涌过电流、电压理论的研究的深入,石油仪器设备的电涌防护手段和等级将会得到有效的升级。