电涌防护（通用3篇）
电涌防护 篇1
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。
摘要：各种先进的电子设备对电流、电压脉冲的敏感度随着电子技术的迅猛发展越来越高。电涌是一种电子设备损坏的主要原因, 正确设计电涌防护, 避免内部电涌和外部电涌过压, 保证设备的正常运行。本文主要简单阐述了电涌的定义, 以及分析了电涌产生的原因, 并针对石油仪器设备的电涌防护的相关问题提出一些确实可行的措施。
关键词：电涌防护,石油仪器,措施
参考文献
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电涌防护 篇2
1 感应雷与直击雷的区别。
为了更好研究雷电防护措施, 我们先区分感应雷与直击雷的区别。在前言中说道雷电分为四种雷, 如果以对人体等的伤害作为区分, 可分为直击雷与感应雷。
直击雷大约占闪电的1/5-1/6左右, 主要是由于由于冰晶的凇附、水滴的破碎以及空气对流等过程, 使云中产生电荷, 这些带电云层直接对建筑物、大地或防雷装置发生的猛烈放电现象, 这些雷电称为直击雷, 人体可以承受的电压一般认为是36V左右, 而直击雷最高电压通常可以达到几万伏甚至可以达到几百万伏特, 电流最高值可达几十千安甚至到几百千安, 它所蕴藏的能量在很短的时间内释放, 破坏力非常强大, 严重威胁人的安危。通常采用的防避直击雷的方式是在建筑物上安装避雷针、避雷带等, 或者直接用金属物质最为接闪器把雷电接受下来, 然后传递到大地。
感应雷亦可称之为雷电感应或感应过电压, 其中可以按照对人或物的伤害原理分为静电感应雷与电磁感应雷。静电感应雷是指在带电云层来临后, 云层作用与一定范围内的地面上的一些物品, 尤其是金属导体之类的设备会因为静电感应而带上与云层相反的电荷, 在云层放电以后, 云层中的电荷就变成了一些自由电荷, 这些自由电荷与物品上的电荷就形成了感应电压, 电压峰值最高可以到达几十万伏, 这些感应电压会对所有的导线、金属设备等放电引起电火花, 从而造成伤害。电磁感应雷形成的情况具体是这样的, 雷电的电流不是一个固定的值, 这些变化的电流就会形成一个很强的感应电磁场, 通常这些电磁场也是变化的, 这些电磁场会对所有作用范围内的电子设备产生干扰甚至破坏作用, 若是作用于高压线, 高电位就会随着电源线流向建筑物内, 强大的电压引起的超负荷电流会对建筑物内的所有用电设施造成危害。对于这类雷电我们通常的采取的设施是在发生雷电之时, 禁用所有电子设备, 以及关掉电器并拔掉电源。
2 雷电对加油加气站造成的危害。
表1是我国加油加气站类雷击事故统计 (2001年-2003年) , 从表中可以看出雷电队加油加气站的危害。
雷电对加油站的危害很是强大, 下面对这些危害分为几个方面分别列出。
由于直击雷往往是直接作用于物品上, 所以直击雷对加气加油站的主要危害是电效应、热效应和机械力效应, 直击雷打到加油加气站的一些设备之上, 会造成电火花或是直接损坏物品, 摧毁一些服务设施。
对与感应雷, 一是雷电引起一些架空线路、电缆线路产生强大电流, 这些电流随着管线流入到加油机对人身及设备造成损害;二是加气加油站的一些金属设备在雷电作用下带点以后相互之间产生影响, 进而产生电火花, 严重威胁加气加油站的安全。
还有一种危害就是雷电流入大地以后, 在地下线及接地线上的道题上产生高电压, 危害附近地区的其他物品,
3 加油站应采取的防雷措施。
在建筑加油站防雷设施时, 时刻留意施工情况, 一定要选择符合建筑此类设施的钢筋, 在钢筋焊接时严格要求焊接一定要做到饱满、无夹渣, 并做好防腐处理。在防雷设施的建筑过程中一定要保障驳接长度超过直径的6倍, 并且三棱边的焊接面积要高于10cm2。对加油加气站的防雷措施主要有外部防雷措施与内部防雷措施。
3.1 外部防雷措施。
由于加气加油站的自身原因导致身背很多, 很多设备都需要进行都需要进行接地设施来防雷、防静电等, 而且这些接地设施为达到接地电阻小于4Ω, 最好采用公共的接地装置, 当然还要根据具体情况而定, 若是安装的避雷针是独立式的, 这些所有接地装置就需要分开来进行安装, 而且每个引下线的电阻要达到小于10Ω的要求, 在这个过程中就需要人员对当地的环境土壤的电阻进行考察, 根据具体的电阻数来确定接地体的长度, 或者进行大规模的换土工程。
在加油站的所有装置中金属油罐是最容易受到累积的设备, 所以每个金属油罐对要进行接地措施, 最好是专门的环形防雷接地措施, 保证有两个以上的主要接地点, 而且在整个环形措施中弧形距离要小于30m。若是在油罐顶部安装了避雷针, 接闪器是利用罐体的情况下, 就严格要求所有接地点的冲击接地电阻小于10Ω。接地装置设备中垂直接地体需要采用的材料为热镀锌角钢, 规格是50×50×5 mm, 水平接地体选用的材料为热镀锌扁钢, 规格为40×4 mm, 水平接地体与垂直接地体在地下的距离至少要距地面1m以上。
为防直击雷的危害建筑物的出入口的接地体距离和人行道要超过3m, 加油加气站采用平顶的金属罩棚, 形状不能太高也不能太大, 避雷网采取的措施应该大于10×10m或者是大于12×8m。
加气加油站若是需要采用避雷针来进行防雷措施就可以用金属杆塔本身作为引下线。在建筑过程中一定要做好电气连接, 增加导体的面积来更好的分散雷电流, 使得每根引下线的电流分布均匀, 尽量减少感应雷带来的损害。在安装引下线时若是需要外墙敷设来达到短路接地是, 引下线的材料可以是镀锌圆钢与镀锌扁钢, 规格分别是直径大于10毫米, 截面积大于80平方毫米。
3.2 加油加气站主要内部防雷措施。
目前我国科学技术得到快速发展, 计算机被用到每一个角落, 在加油加气站内所有系统装置达到了自动化, 在站内有很多的电子产品和计算机设备, 在雷电产生时, 感应雷会对岁有这些物品产生雷电电磁脉冲, 进而破坏这些设备, 所以在加气加油站一定要做好防雷电电磁脉冲措施。最要采取的措施是进行信号屏蔽与等电位连接, 而且好要安装浪涌保护器。
在对站内进行信号屏蔽时, 所用的电联需要穿钢管埋地或者也可以直接埋地, 长度要小于15m, 同时在电缆的两哦防静电措施。地面上的输气输油管道需要进行联合接地装置, 而且要保证总的电阻在10Ω以内。
感应雷产生的电涌波形, 也会对加油加气站的供电线路寄一些底子信息传输线造成影响, 为了更好地保护电子设备, 一般是在信息系统的信号线首末端和普通电线的起始端设置SPD (浪涌保护器) , 至于SPD的设置等级可根据设备具体情况而定。SPD的导线要保持平直不弯曲, 长度要小于0.5m。
在雷电对油加气站带来的危害中提到, 防雷设施会因为感应雷对周边的物品产生影响, 因此在建筑时一定要注意与周边物品的距离。根据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》中安全距离的计算公式
式中Sa是指防雷设施与周边物品的安全距离;I指的是雷电电流;R i指的是接地装置的电阻 (单位欧姆, Ω) ;ER指的是为500KμH/m;Lo是指单位长度引下线的电感, 取1.5μH/m, hx是指周边物品的高度 (单位米, m) ;di/dt指雷电流陡度 (k A/μs) ;EL指的是空气击穿强度, 在这里取值为600 (1+1/T1) (k V/m) , 其中T1是指波头时间 (单位为μs) , 可根据当地的具体空气击穿强度与雷电流陡度来计算安全距离。
4 结束语
随着我国机动车辆持续增加, 加气加油站的数量也会随之逐渐增加, 同时也增加了雷电事故在这方面造成的灾害, 给人们的生活与财产都带来严重影响, 依照依据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》来计算加气加油站是几类防雷建筑物, 一般油罐采取直埋地下式以方便导电, 通气口由于安装有防爆功能的阻火器, 不需要再加气加油站上安装避雷针, 相信按照文章所提的一些防雷措施可以降低加气加油站的雷电事故。
参考文献
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电涌防护 篇3
1 变电站的综合自动化系统
目前, 在我国的电力系统运行中已经广泛地应用综合自动化管理系统, 它以其独特优点得到了大众的认同。综合自动化系统为实现电力无人值守、电网自动运行等奠定了坚实的基础, 同时还为提供更安全、可靠的高质量电能创造了一定条件。在我国实现自动化管理后, 我国的变电站内部的电力装置全部发生了变化, 以微机系统和大规模集成电力线路共同取代了之前的传统控制屏幕、电力中央信号系统以及落后的继电保护装置。
在变电站内部的二次自动化中, 整个系统的中枢是中央处理机, 中央处理机能够利用串行口以及前端采集、信息处理模块等实现通讯, 同时将采集到的相关信息利用调制解调器本身的编码, 以通讯网络作为传播的载体将信息发送至远端的电力调度工作室中。这样本地的另外一些电力工作站也能够通过局域网这个媒介访问中央处理机, 利用并行口与打印机相连, 将数据打印出来, 真正实现远程化、自动化管理。变电站的综合自动化管理系统在我国发展较为迅速, 可以说是我国电力改革中的里程碑式事件。
2 闪电电涌侵入的相关内容
闪电电涌侵入主要指的是由于雷电的作用, 对架空线路以及电缆线路、金属管道等造成伤害。雷电波一般指的就是闪电电涌, 它能够沿着管线侵入到房屋内, 从而危害到人身安全以及电力设备。微机系统中的集成型电路, 在运行时的电压仅有数伏, 信号的电力仅有微安, 而且就电磁式的保护装置来讲, 它具备的耐热容量更小, 对浪涌的承受力更低。当雷击出现, 会使变电站内部的微机系统发生严重的损坏, 因此, 目前我国的变电所在综合自动化系统管理的基础上对自动化设备进行防雷工作, 已经是我国电力系统稳定运行中的重要课题之一。
3 电涌保护器
电涌保护器主要是一种电器的保护设备, 目的在于限制瞬态电压与分泄电涌电流, 它的组成至少会有一种非线性元件。
电涌保护器依照元件的性质进行分类可以分成电压开关型保护器、电压限制及组合型保护器。电压开关型保护器在无电涌产生时是高阻抗, 如果电压电涌发生突变则变为低阻抗, 相关的组件会选择放电间隙、闸流管以及三端双间可控的硅元件等。电压限制型的电涌保护器在无电涌发生时表现的是高阻抗状态, 但是随着电涌电流以及电涌电压逐渐上升, 相应的阻抗就会随之变小, 一般情况下组件采用的是压敏电阻与抑制二极管元件。
除此之外, 组合型保护器主要是由二者的主要元件共同组合而成的 (电压开关型保护器、电压限制型保护器) , 主要的特性是随电压特性而走, 主要表现的是电压开关型或者是电压限制型, 或者是两者都有。
4 闪电电涌侵入的主要防护措施
(一) 变电站中变压器本身的低压侧设置保护器
一般情况下, 变压器是变电站中最为重要的设备之一, 为了防止闪电电涌的侵入, 需要在变电站内部的变压器低压侧部位安装符合其等级的保护器。此类电涌保护器属于第一防护, 在400v的进线柜母线侧进行安装, 从而有效地将侵入到变电站内部的雷电电流泄掉, 起到安全保护作用。
(二) 在变电站内部的总配电柜设置保护器
为了更为有效地防止雷电电涌侵入, 需要在变电站内部的总交流配电柜处安装上标准等级的保护器, 通常都是在380v的线路上安装。此类电涌保护器是第二级的防护, 能够有效地阻止雷击过电压通过交流配电线进入到变电站的中控室内, 是一种二次设备。
(三) 在变电站的电子信息交流电源处安装保护器
除了上述提及的两种方式之外, 还可以在变电站内部的电子信息交流电源处, 依照标准安桩电涌保护器, 通常是在交流电源的进线端, 如UPS处进行安装。此类电涌保护器属于变电站内的三级防护, 能够有效地阻止雷电过电压通过交流线侵入到变电站内的电子信息设备上, 防止设备的损坏。
(四) 在变电站的直流电源处安装保护器
因为自动化检测系统的电源控制以及采集机构的特殊性, 必须要将站内的交流电完全转化成为直流电, 由此可见, 直流电的安全与稳定才是控制机构安全运行的关键所在。因此, 在直流电源侧或者是各个控制装置、采集机构前, 选择相应等级的保护器进行安装, 目的就是防止直流电源受到伤害。此类电涌保护器属于第四级的防护, 通过此类防护措施能够从根源部位解决雷击对站内直流系统的侵害, 最终保证变电站综合自动化系统的稳定运行。
5 结语
综上所述, 文章已经对变电站的综合自动化系统的闪电电涌侵入的相关内容进行了分析, 并对防护措施等提出了合理性建议。综合自动化保护系统能够通过逐级保护, 在遇到雷电时将电流控制在设备可承受的范围之间, 从而保证电力设备的安全运行, 提高我国变电站的运行稳定性, 让我国的电力系统得到更长远的发展。
参考文献
[1]彭涛.变电站综合自动化系统雷电过电压防护[J].科技资讯导报, 2007.