石油、化工等行业控制系统防雷技术.ppt

1、石油、化工等行业控制系统防雷技术,主要内容,1 雷电灾害 2 综合防雷技术的组成 3 控制系统的雷电防护,雷 电,云际闪发生在雷云之间 云内闪发生在雷云内部 云地闪发生在雷云与大地之间， 又称直击雷 球形雷一种特殊的带电球体,直击雷,闪电直接击在地面上，产生电效应、热效应和机械力（冲击波）,雷击电磁脉冲（LEMP）,因直击雷的路（雷电流引入）和场（空 间电磁场）效应，对电气和电子设备的破坏,第一部分 雷电灾害,直击雷灾害 雷击电磁脉冲（LEMP）造成的损 害和损失,雷击点、损害类型和损失类型,L2，L4 L2，L4,雷击点、损害类型和损失类型 损害类型 D1：接触和跨步电压导致的人员伤亡（人

2、和牲畜） D2：实体损害 D3：过电压导致的电气和电子系统的失效 损失类型 L1：生命损失 L2：向大众服务的公共设施的损失 L3：文化遗产损失 L4：经济损失,Statistics of damage 19941994年各种灾害造成的损害统计,0,5,10,15,20,25,30,35,Surge voltage/indir. strike 过电压/间接雷击,Drop/摔损,Burglary/破门盗窃,Negligence/过失，失职,Short circuit/短路,Water/水害,Fire/火灾,Theft out of cars 偷窃机动车,Other/其它,11,1 %,9,3 %

3、,8,7 %,4,3 %,3,6 %,3,4 %,2,2 %,23,6 %,33,8 %,Analysis of the W黵ttembergische Assurance Company,TT 04 CN 18.11.98,德国法兰克福ELELTRA WUBA保险公司,1997年赔款比例,近年灾情,1989.8.12 黄岛油库5号罐雷击起火，大火燃烧了104小时，事故中19人 死亡，78人受伤。 1999.8.27 上海炼油厂105号罐雷击起火。 1990.7.10 江苏仪征输油泵站，有53m高的消雷器，遭雷击损坏油罐上 液位汁和送变器的集成块，仪表中断使用一年之久。1994.4.19又一次

4、雷击损 坏11个油罐的光导电子液位汁，现场一次表和二次表。二次共经济损失 65万元。 1994.4 广石化在54m高消雷塔下遭雷击，计算机受损。 1997.47月间广州油制气厂多次雷击，中控室仪表损坏。 1998年夏，大连石化一罐区遭雷，18个罐的传感器损坏。,第二部分 综合防雷技术,直击雷防护（1）,“迄今为止，尚无一种方法和设备能改变大自然的气 象现象阻止雷电的发生，或阻止雷电击中建筑物及 附近大地”。 消雷、拒雷、阻雷、等离子避雷试图“人定胜天”，不 如认识雷电趋利避害。,直击雷防护 （2）,安文思（葡萄牙传教士1640年来华，达37年）1668年中国的十二大奇迹，1688年译为英、法文

5、。 “巨兽（皇宫上）的舌头指向空中，其腹内穿过金属条。金属条一端插入地里。这样，当闪电落在屋上或皇宫时，闪电就被龙舌引向金属条通道，并且直奔地下而消散，因而不致伤害任何人。人们清楚地看到，这个民族极有智慧，他们知道，如何以自己的劳动成果将美 和实用结合在一起，如何将聪明睿智寓于精致的工艺之中。”,直击雷防护（3）,1754年前后，富兰克林、罗蒙诺索夫等一批欧美学者用试验证实“雷就是电”，并发明了用金属材料拦截雷闪（接闪）、引下线和接地装置的外部防雷装置（LPS）。 250年的实践证明，LPS是迄今唯一有效和广泛使用的直击雷防护装置。,滚球法（1）,滚球法（2）,滚球法（3）,接闪器规格（1）,

6、注：扁钢厚度4mm,接闪器规格（2）,引下线规格,一般：圆钢直径8mm、扁钢截面48mm2 暗敷：圆钢直径10mm、扁钢截面80mm2 烟囱：圆钢直径12mm、扁钢截面100mm2 宜利用建筑物钢柱、消防梯等金属构件,对外部防雷装置的要求, 防 腐 热镀锌 涂漆 加大截面 阴极保护措施等 可利用 旗杆 围栏 装饰物等永久性 金属物接闪 断接卡 在0.31.8m处设置 保 护 地面1.7地下0.3m绝缘层 间 距 垂直或水平接地体间距5m,降阻方法和防跨步电压, 降阻方法 外引、深埋、降阻剂、换土 防跨步电压 距出入口（人行道）3m 小于3m时措施（取其一） 深埋不小于1m 包5080mm厚的沥

7、青 沥青碎石地面厚5080mm，宽度 超过接地体2m,直击雷防护指标,注：粮棉堆场的避雷针滚球半径按100m计算,第一类 低压线路埋地敷设或埋地长度为： l 2 （不应小于15m） 第二类 严格型：低压线路埋地方法同第 一类 架空金属管道25m内接地一次 一般型：低压线入户处加避雷器、接地5 入户前三杆接地10 和20 架空金属管道接防雷地 第三类 进出线和架空金属管道做等电位连接，架空线 加避雷器,防雷电波侵入,防雷电感应,第一类 金属物等电位连接 跨接：平行金属物间距小于100mm时，每30m一次 交叉净距小于100mm时，交叉处跨接 长金属物法兰盘过渡电阻大于0.03 时跨接 共地：电气

8、、防雷电感应接地共用 第二类中（4、5、6种） 金属物等电位连接 跨接同第一类，但长金属物法兰盘不要求 共地，防雷电感应的接地干线与共地连接不少于两处,Application of Air Termination Rods,Berechnung H S. A2,2293.ppt / 09.12.99 / OB,2293_a,屏蔽（1）,屏蔽（2）,建筑物屏蔽 入户金属管线的屏蔽 设备的屏蔽,等电位连接（1）,等电位连接（2）,i,i,),1,1,2,),),),等电位连接（3）,金属立面,高度敏感的电子设备,等电位连接,等电位连接（5）,铜（钢）等电位连接带截面50mm2,EMC protec

9、tion zone concept电磁兼容保护区方案,EMC PZ 0 (LPZ 0),(PZ = 保护区),EMC PZ 1,EMC,PZ 2,EMC,PZ 3,EMC,PZ 3,TT 371 CN 18.11.98,防雷区（1）,防雷区（2）,防雷区（3）,LPZOA区：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全 部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减（直 击雷非防护区） LPZOB区：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径 对应的雷电流直接雷击；本区内的电磁场强度 没有衰减（直击雷防护区） LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各导 体的电流比LPZOB区更小；本区内的电磁场可

10、能 衰减，这取决于屏蔽措施（第一屏蔽防护区） LPZn+1：后续屏蔽防护区，进一步减小流入电流和电磁场 强度的防护区,防雷区（4）,确定等电位连接的位置 确定等电位连接导体的最小截面 确定SPD的安装位置 确定SPD的选型 计算H1或H2，决定是否增加屏蔽措施,第三部分 控制系统的雷电防护,防雷技术的核心 防雷要从客观实际出发 防雷要讲经济效益 防雷要“看二头选中间”,系统的定义,内部系统建筑物内部或其上部需保护的电气系统或 电子系统 电气系统组合了低压供电部件的系统 电子系统组合了敏感电子部件的系统，如信息技术 设备（ITE）、控制和仪表、无线电、电 力电子装置等,防雷需求,R1+R2+R3

11、RT 应防雷 R1：生命危害 R2：公共设施的损失 R3：文物损失 RT：可承受的风险,防雷经济核算,CLCRL+CPM 应防雷 CL：未采取防雷措施可能产生的损失 CRL：采取防雷措施后仍可产生的损失 CPM ：防雷成本和维护费用,接地分析（1）,第一类：土壤电阻率500m时 R5m时无须补加接地体（ R= A/） 土壤电阻率在5003000 m时 11-3600 R 时无须补加接地体 380,接地分析（2）,第二类：土壤电阻率3000 m时 R5m或A80m2 第三类：土壤电阻率3000 m时 防雷装置与其他接地装置和进出 建筑物金属管道相连,接地分析（3）,IEC62305-3中分： A

12、型（单独的水平/垂直接地体） B型（利用建筑物基础钢筋或围绕建 筑物的环型人工接地体）,接地分析（4）,A型 1.不少于2个接地极 2.在土壤电阻率很低，接地电阻很容易低 于10时，无 其他要求 3.土壤电阻率较高，接地电阻不易达到 10以下时，对各类防雷建筑物的接地体有 一长度要求。,接地分析（5）,接地分析（6）,B型 1.第二、三类防雷建筑物re 5m 2.第一类防雷建筑物： 总长度80%与土壤接触 环型地网的等效半径re = A/ re l （由上表查出）,接地分析（7）,a) b) c) 图 1 典型接地体的三种表示图,接地分析（8）,接地分析（9）25mm2铜导线,接地分析 （10

13、）107mm2铜导线,接地分析 （11）,图10 活动地板下专设等电位连接基准网,SPD（1）,Components / 元器件,SPD（2）,电涌保护器目的在于限制瞬态过电压和分走电涌 电流的器件，它至少含有一非线性元 件。 电源SPD连接到低压配电系统的SPD。 信号SPD连接到电信和信号网络的SPD。 适用电压：直流1500V 交流1000V,SPD（3）,电源SPD T1（I级分类试验） 用标称放电电流In、1.2/50s冲击电压和10/350 s冲击电流Iimp做的试验，对应为电压开关型SPD T2（级分类试验） 用标称放电电流In、 1.2/50s冲击电压和8/20 s最大放电电流

14、Imax做的试验，对应为限压型SPD。 T3（级分类试验） 用混合波（ 1.2/50s和8/20 s）做的试验， 对应为组合型SPD。,SPD（4） 信号SPD,SPD（5）,第6.4.4条（GB50057） SPD必须能承受预期通过它们的雷电流，并应符合以下两个附加要求：通过电涌时的最大钳压，有能力熄灭在雷电流通过后产生的工频续流。,SPD（6）,安装SPD的三项基本原则 安装SPD之后，在无电涌发生时，SPD不应 对电气（电子）系统正常运行产生影响。 安装SPD之后，在有电涌发生的情况下， SPD能承受预期通过的雷电流而不损坏， 并能箝制电涌电压和分走电涌电流 在电涌电流通过后，SPD应迅

15、速恢复高阻状 态，切断工频续流。,SPD（7）,Uc最大持续运行电压 可以持续加在SPD上而不导致SPD动作的最大交流电压（rms）或直流电压 为SPD的动作阈值，也是SPD的额定电压值。,SPD（8）,GB50057给定值与IEC给出的系数值相比偏大，原因是考虑我国供电系统的电压偏差较大，适当增加了系数值，给定值为： TT系统中 SPD安装在剩余电流保护器的负荷侧 Uc1.55Uo SPD安装在剩余电流保护器的电源侧 Uc1.15Uo TN系统中 Uc1.15U o IT系统中 Uc1.15U （U为线间电压，U = 3 Uo）,SPD（9）,SPD（10）,需要安装SPD2的条件 UP0.

16、8UW SPD与受保护设备距离太长 建筑物内有雷击放电和内部干扰源产生的电磁感应场,SPD（11）,由生产厂提供的一个表征SPD限制电压 的性能参数。 Up 设备的耐受电压UW Up Uc,SPD（12）,SPD（13）,SPD（14）TT系统（SPD在RCD的电源测）,SPD（15）,信号SPD连接示例,IEC/TC81新的标准体系,国家防雷技术标准,建筑物防雷设计规范GB50057-（94、2000、2007） 建筑物防雷装置安全检测技术规范GBXXXXX 雷击电磁脉冲的防护 1 通则GB19271.1-2003 雷击电磁脉冲的防护 2 屏蔽、等电位及连接化 GB19271.2-2005 雷击电磁脉冲的防护 3 SPDGB19271.3-2005