综合录井仪防雷技术探讨

褚艳丽

摘要：综合录井仪各种信号线以及电源线通常悬在空中，这样就容易遭受感应雷的袭击。本文对综合录井仪防雷技术进行了阐述，以避免雷击破坏。

关键词：雷击；综合录井仪；防雷技术；探讨

综合录井仪是以计算机系统控制为核心、多种电子线路相配套的大型复杂系统。信号处理系统集中于集装箱所形成的仪器房内，各种传感器分别安装于钻井架、泥浆罐附近。在录井施工区域，高耸的井架是最高点，由于井架顶端还安装有避雷针用于防雷，因此综合录井仪基本可以避免遭受直击雷的破坏。另一方面，仪器房尽管距离地面较低，但是受仪器房本身钢质材料的影响，一旦通过接地线与大地保持较好的导通性，仍可以基本避免滚地雷的破坏。

各种信号线以及电源线通常悬在空中，这样就容易遭受感应雷的袭击。所以，对综合录井仪造成严重破坏的雷电大多是感应雷。

1综合录井仪防雷

由于雷电的侵袭是无孔不入的，任何单一的防护措施，其效果都是有限的。因此综合录井仪防雷是综合性的系统工程，所采取的技术措施也是多方面的。这些防护措施可概括为：外部防护和内部防护，防护技术包括屏蔽、等电位连接、分流接地和过压保护、电源防雷、信号防雷。不同部分和各项技术都有其重要作用，相互之间紧密联系，不能将它们割裂开来，也不存在替代性。

2外部防雷保护

（1）屏蔽

屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。由于电场、磁场及电磁场的性质不同，因而屏蔽的机理也不同。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种。

静电屏蔽（电场屏蔽）是为了消除和抑制静电电场的干扰。磁场屏蔽：是为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。

磁场屏蔽又分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种情况。电磁场屏蔽：一般在远离干扰源的空间单纯的电场或磁场是少见的，干扰是以电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射的形式发生的。雷电电磁脉冲在远场条件下可看作平面电磁场传播。因此，应同时考虑电场和磁场的屏蔽。

信号传输电缆的全屏蔽。电缆的屏蔽要求对机房内、外所有架空、埋地的电缆都用金属层屏蔽起来，以防雷电电磁脉冲的干扰，这称作全屏蔽。当全屏蔽电缆接触或穿过另一金属部分时，还要采用中间接地点，因此，全屏蔽电缆要求多点接地。

（2）等电位连接

等电位连接也称电位均衡连接。就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，如金属管道，线缆屏蔽层，设备的金属底座、金属外壳等；带电导体通过避雷器连接，如电源线、各种信号传输线等。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即避雷器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。

该电位补偿系统的作用，一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地泄放。二是使系统各部分不产生足以致损的电位差。即在瞬态现象存在的极短时间里，通过电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起五个等电位区域。这个区域相对于外界可能存在着数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不能存在显著的电位差，从而达到保护设备和人身安全的目的。

仪器房的所有用电设备零线都必须可靠连接到汇集排上。使整个建筑物及其内部设备形成一个良好的等电位体，从而避免建筑物内的设备遭受高电位反击和人被雷击事故。

（3）分流接地

分流是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能多、尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。由于雷电流在分流之后，仍会有少部分沿导线进入设备，这对于不耐高压的微电子设备来说仍是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分流。

由于雷电过电压的能量很大，单一的措施或一道防线都无法消除雷电过电压的侵害，必须采取多级防护措施才能将侵入的雷电过电压限制在安全的、设备能够承受的范围之内。

接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下线上的电压，避免发生反击。接地是释放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。没有良好的接地系统或者接地不良的避雷设施会成为引雷入室的祸患；避雷装置接地不好，还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会。

3内部防雷保护

雷电过电压对仪器房内部电子设备的损害主要有以下三个途径进入：直击雷经过接闪器而直放入地，导致地网地电位上升，高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管线上经感应而产生过电压。进出仪器房的电源线和通信线等在录井机房外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。

（1）电源防雷

在电源进入端安装低压总电源防雷器，将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放，以确保后接设备的安全。作为系统电源进线端的防雷器，在雷击多发地带至少应有60～100KA的通流容量，可将数万甚至数十万伏的雷击过电压限制到数千伏，防雷器可并联安装在板房电源进线端。

（2）信号防雷

一方面紧固传感器，确保与井架之间具有良好的导电性，另一方面在传感器的信号线上加装防雷器。另外485控制线路上需要串联防雷器。在GPRS天线进入接收设备前，需要加装相应的馈线防雷器。以防感应雷电流通过馈线系统侵入接收机。对于数据采集卡，数据总线进入仪器房后，在分配箱内的进线处与采集卡电路板之间的合适位置分别加装防雷器，拦截雷电能量。

4防雷接地

“接地”通常有两种含义：一种是“大地”（安全地）；另一种是“系统基准地”（信号地）；接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连，由于大地的电容非常大，一般认为大地的电势为零。在弱电系统中的接地一般不是真实意义上与地球相连的接地。对于电力电子设备将地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当有电流通过该参考电位时，接地点是电路中的共同参考点，这点的电压为0V，电路中其他各点的电压高低都是以这点为基准的。

参考文献

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[2]董永明浅谈雷电对石油化工企业的危害与防护《甘肃科技》2008年第19期。

[3]左小五仪器仪表的防雷设计技术《仪器仪表学报》2006年第6期。

[4]杨保平避雷地线的埋设及数据计算。