我國每年因為雷電危害造成的生產(chǎn)損失數(shù)以萬計，為了規(guī)范儀表防雷，減少雷電風(fēng)險，2005年，立項了《石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計規(guī)范》，2007年8月著手起草，編制很快，2008年10月報批，批復(fù)卻歷經(jīng)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(shè)計的標準規(guī)范，是第一個相關(guān)領(lǐng)域和相關(guān)專業(yè)的規(guī)范，規(guī)定了儀表防雷的基本方法，填補了國內(nèi)外的空白。實施以來，成為儀表及控制系統(tǒng)雷電防護的重要規(guī)范。
經(jīng)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(guī)范中，2018年10月，對2012版《石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計規(guī)范》進行修訂，2020年12月報批。修訂過程注意到國家關(guān)于防災(zāi)減災(zāi)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(shè)計實踐。
1、SH/T3164-2021新規(guī)范修改了什么?
SH/T3164-2021規(guī)范主要內(nèi)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(tǒng)；電涌防護器的應(yīng)用；控制室儀表防雷；現(xiàn)場儀表防雷；儀表電纜防雷；本質(zhì)安全系統(tǒng)防雷；現(xiàn)場總線系統(tǒng)防雷等等。
本次修訂的重點是：
①規(guī)定了網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的接地系統(tǒng)；
②確定了控制室儀表防雷接地采用網(wǎng)型結(jié)構(gòu)；
③刪除了其他類型的接地結(jié)構(gòu)；
④規(guī)范了儀表防雷工程的方法；
⑤增加了網(wǎng)型結(jié)構(gòu)設(shè)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(wěn)妥有效！簡化了方法，使工程設(shè)計和實施簡便易行。
2、直擊雷與感應(yīng)雷是什么關(guān)系?
雷電電涌是由雷電流通過電磁感應(yīng)在線路上產(chǎn)生的沖擊電流，電涌強度根據(jù)實際情況而異，約為幾十到幾百安培。直擊雷(左)和感應(yīng)雷(右)如下圖所示：
3、室內(nèi)電子設(shè)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(shè)備：
①通過鏈接導(dǎo)線傳輸給設(shè)備的傳導(dǎo)和感應(yīng)電涌；
③輻射電磁場直接作用于設(shè)備上的效應(yīng)。
建筑物外部或內(nèi)部都可產(chǎn)生電涌：
①建筑物外部電涌由雷擊入戶電線或附近地面產(chǎn)生，并經(jīng)電線本身傳輸?shù)诫姎夂碗娮咏y(tǒng)；
②建筑物內(nèi)部電涌由雷擊建筑物或其附近地面產(chǎn)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(chǎn)生電涌：
①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)；
②磁場耦合(例如由于電氣和電子系統(tǒng)中線路構(gòu)成的回路或搭接導(dǎo)體的電感所引起)；
③電場耦合(例如由于天線接受所引起)；
4、怎樣確定儀表防雷工程？
儀表防雷工程需確定區(qū)域雷電活動程度和保護目標的重要程度，從而選擇合適的雷電防護措施。
①確定區(qū)域雷電活動程度：根據(jù)年平均雷暴日確定雷電活動程度。
②確定保護目標的重要程度：根據(jù)備保護系統(tǒng)的社會、經(jīng)濟和安全的重要程度；
③確定雷電防護：確定實施儀表防雷工程，應(yīng)根據(jù)地區(qū)雷害程度、裝置運營的承受能力以及投資情況綜合決策。
雷電活動的劃分關(guān)系到防雷工程設(shè)計，是確定雷電防護等級的重要依據(jù)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(qū)氣象資料是雷電活動的官方統(tǒng)計資料，統(tǒng)一地區(qū)的不同區(qū)域可能不一樣，要考慮區(qū)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(shù)和頻率。
在評價雷電活動程度的概率時，僅僅根據(jù)地區(qū)的年平均雷暴日數(shù)量是不能準確反應(yīng)實際雷擊情況的，還應(yīng)綜合考慮裝置所處的局部區(qū)域的雷電活動情況、地理環(huán)境、建(構(gòu))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(jiān)測年雷擊次數(shù)和強度，逐漸獲得相對準確的數(shù)據(jù)。
有的規(guī)范將被保護設(shè)備、系統(tǒng)所在的空間由外到內(nèi)劃分為不同的雷電保護區(qū)，以區(qū)別各空間雷電電磁場強度的大小。不同的規(guī)范對雷電防護區(qū)的劃分不同，對不同的雷電防護區(qū)，防雷工程的處理方法有所區(qū)別。
GB/T21724.2-2015/IEC62305-2 2010 雷電防護 第2部分：風(fēng)險管理》、GB50343-2021《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范中，規(guī)定了不同的雷電防護等級(LPL)，定義不同的雷電流參數(shù)，用戶設(shè)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(shù)有很多不確定因素，工程中很難確定和采納。
SH/T3164-2021：
◆ 沒有采用不同的雷電參數(shù)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(yù)計次數(shù)；
◆ 具體規(guī)定了實用的防雷工程方法；
◆ 避免根據(jù)雷電流參數(shù)采用的復(fù)雜防護方法；
◆ 避免不確定因素和不明確的計算依據(jù)；
◆ 簡化了評估方法；
◆ 避免了復(fù)雜繁瑣的風(fēng)險評估。
5、電涌防護器、儀表接地、電纜屏蔽、儀表屏蔽是什么關(guān)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(nèi)，電涌防護器需要接地系統(tǒng)的配合。
6、為什么要安裝電涌防護器？儀表已經(jīng)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(guān)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。
7、等電位接地？還是接地實現(xiàn)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(jié)果，接地連接實現(xiàn)了連接目標的等電位。等電位聯(lián)接、接地線的敷設(shè)、合理布線等措施已經(jīng)體現(xiàn)在主要方法的規(guī)定中，因此不作為單獨方法規(guī)定。
8、儀表防雷采用什么接地方式？與通常的接地有什么不同？
SH/T3164-2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：采用網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地。控制室的保護接地、工作接地、本質(zhì)安全接地、屏蔽接地、電涌防護器接地等儀表系統(tǒng)接地均應(yīng)就近接到網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地系統(tǒng)。
網(wǎng)型結(jié)構(gòu)避免了接地結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和不確定性，徹底解決了接地系統(tǒng)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(yè)用的材料雖然很多，但對石化接地工程來說，規(guī)范規(guī)定的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地材料來源和成本已不成問題。
網(wǎng)型結(jié)構(gòu)采用多根接地排連接成網(wǎng)格的形式，根據(jù)室內(nèi)儀表機柜的排列在機柜下方成行設(shè)置，接地排在兩端及中間連接形成網(wǎng)格接地排。
網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地排采用截面積≥40mm×4mm(寬×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(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地排形成了雷電電涌泄放的良好條件，適用于儀表系統(tǒng)所有種類的共用接地。
①電涌防護器接地導(dǎo)軌應(yīng)直接接到機柜下方的接地排或在機柜內(nèi)就近接到匯流條。
②電涌防護器、安全柵、控制系統(tǒng)、直流電源、機柜外殼的接地都可以直接接到網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地排。
③儀表或機柜的所有接地就近接到統(tǒng)一的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地排，不再區(qū)分工作接地和保護接地。
④沿供電電纜路徑敷設(shè)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。
⑤操作臺設(shè)備沒有儀表工作接地，一些儀表、設(shè)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⑥保護接地的設(shè)備用的，否則可以不設(shè)接地排。
⑦計算機和服務(wù)器，是不需要接地的！
⑧網(wǎng)型接地結(jié)構(gòu)與室外接地裝置連為一體，等于把室外接地裝置引到室內(nèi)。
⑨網(wǎng)型結(jié)構(gòu)的室內(nèi)接地網(wǎng)應(yīng)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(dǎo)體，經(jīng)不同路徑、至少兩個方⑩向的連接方式分別接到電氣接地裝置引到室內(nèi)的接地連接板。接地連接板宜均勻分布。
連接的路徑和導(dǎo)體越多，接地網(wǎng)的效能越好！
儀表或機柜的所有接地就近接到統(tǒng)一的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)接地排，不再區(qū)分工作接地和保護接地！
接地導(dǎo)線應(yīng)盡可能短，宜采用直線路徑敷設(shè)。不得保留多余導(dǎo)線，也不應(yīng)將導(dǎo)線彎曲盤成環(huán)狀。
9、繼電器、安全柵不能防雷嗎？
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(tǒng)的防雷方法？
控制室設(shè)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(yīng)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(qū)界面的等電位連接：
◆ 有的規(guī)范規(guī)定：電纜屏蔽層或金屬管要在雷電防護區(qū)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(qū)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(guī)定沒有實際意義。
室內(nèi)電涌防護器：
◆ 儀表電纜進入控制室后，應(yīng)首先接到電涌防護器，然后再接后續(xù)儀表。
◆ 電涌防護器應(yīng)安裝在控制室機柜內(nèi)。
11、現(xiàn)場儀表的防雷方法？
①現(xiàn)場儀表的防護：現(xiàn)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。
②現(xiàn)場儀表的金屬外殼、金屬保護箱盡量用全封閉式，并應(yīng)就近接地：鋼(鐵)板材質(zhì)為好。
③當現(xiàn)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(yīng)采用裝進全封閉鋼(鐵)板材質(zhì)的儀表保護箱的方式，箱體應(yīng)接地。
④位于爆炸危險場所的儀表及金屬支架，應(yīng)防止出現(xiàn)連接間隙，避免雷電引起火花。
⑤現(xiàn)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(shè)備、容器、塔器和操作平臺等設(shè)備自然接地。
⑥非金屬設(shè)備頂部安裝的儀表，應(yīng)就近接地。
12、現(xiàn)場儀表怎么接地？接到哪兒，一定要拉接地線嗎？
①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(shè)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(jié)構(gòu)等可靠導(dǎo)電的物體作為接地連接中的某段導(dǎo)體。
②如果有上述接地條件，不要單獨拉接地線到接地設(shè)施。
③所有用于雷電電流泄放的導(dǎo)體、電線、電纜應(yīng)盡可能短，并采用直線路徑敷設(shè)，避免彎曲路徑，不得保留多余導(dǎo)線或?qū)Ь€盤成環(huán)狀。
◆ 由于電感的影響和集膚效應(yīng)，較短的連接導(dǎo)線比粗的導(dǎo)線對雷電流的導(dǎo)流效果更好。
◆ 導(dǎo)線長度的影響要比導(dǎo)線截面積大得多，導(dǎo)致越短越好，不能用增大導(dǎo)線截面積彌補。
◆ 對于相同的截面積，宜采用扁平形狀、多股導(dǎo)線或管狀的導(dǎo)體。
④儀表防雷工程誤解
◆ 雷擊損壞的途徑和作用方式是復(fù)雜的、綜合的。
◆ 每個防護對象的區(qū)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(xiàn)場，不能作為充分必要條件，例如：
a、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；
b、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；
c、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(yīng)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(jié)構(gòu)的雷電防護雖然能防止建筑物內(nèi)和設(shè)備及框架下的儀表遭受直擊雷，但不能阻擋雷電電磁感應(yīng)在儀表內(nèi)部和線路上產(chǎn)生的電涌。
根據(jù)GB50057-2010第三章節(jié)確定設(shè)置了雷電防護的建筑物說明該建筑物及附近區(qū)域具有明確的雷電風(fēng)險，內(nèi)部的電子設(shè)備處于易遭受雷電電涌襲擊的危險環(huán)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(guān)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(tǒng)的配合，其他防雷措施僅僅能減輕電涌強度。
網(wǎng)型結(jié)構(gòu)簡化了其他接地結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和不確定性，徹底解決了接地系統(tǒng)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(jīng)過十余年的工程實踐證明非常有效，并使施工簡便易行。
作者：葉向東
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