防雷技術(shù)
電閃雷鳴是一種自然現(xiàn)象，我國雷電的分布特點(diǎn)是：夏季多于春秋季，陸地多于海洋，山嶇多于平原，南方多于北方。雷電的電壓很高，瞬時(shí)電流強(qiáng)度很大，因此一次雷電的放電時(shí)間雖然只有0.01s左右，但其釋放出的能量卻大得驚人，雷電放電時(shí)可使電氣設(shè)備絕緣擊穿、建筑物造成破壞、家用電器擊毀、人體及牲畜死亡或受傷等。雷擊分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊兩種。雷云對地面物體或人畜直接放電的現(xiàn)象叫直接雷擊；架空電纜或室外天線被空中帶電云放電形成的強(qiáng)電場的感生電動勢沖擊家用電器或電子設(shè)備的現(xiàn)象叫感應(yīng)雷擊，避雷的方法視具體情況而定。
1.化工企業(yè)防雷的重要性
雷電是不可避免的自然災(zāi)害，地球上任何時(shí)候都有雷電在活動。雷電災(zāi)害是十種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。全球每天約發(fā)生800萬次雷電，每年因雷擊造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓等事故頻繁發(fā)生。從某種意義上說，科技越發(fā)達(dá)，雷擊對人類的危害就越大。我國是雷暴活動十分頻繁的國家，受災(zāi)率高，造成的災(zāi)害十分嚴(yán)重。據(jù)了解全國有21個(gè)省、區(qū)、市雷暴日在50天以上，最多的可達(dá)134天。雷暴給人們生活帶來了極大的安全隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年因雷擊造成人員傷亡達(dá)3000~4000人，財(cái)產(chǎn)損失50~100億元人民幣。電子信息系統(tǒng)受損比重急劇增加，現(xiàn)在化工企業(yè)也多為dcs控制，電氣和電子技術(shù)是現(xiàn)代物質(zhì)文明的基礎(chǔ)，其迅猛發(fā)展促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展，加速了社會繁榮與進(jìn)步的進(jìn)程，同時(shí)不知不覺地麻煩也應(yīng)運(yùn)而生，各類電磁干擾越來越嚴(yán)重。化工企業(yè)易燃易爆，有毒有害，一旦發(fā)生雷擊，后果不堪設(shè)想。做好防雷工作對化工企業(yè)有著極為重要的意義。
2.雷電的形成及特點(diǎn)
雷是一種大氣中放電現(xiàn)象，雷在形成過程中，它的某些部分積聚起正電荷，另一-部分積聚起負(fù)電荷，當(dāng)這些電荷積聚到--定程度時(shí)，就產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這種放電有的是在云層與云層之間進(jìn)行，有的是在云層與大地之間進(jìn)行。后一-種放電也就是落雷，它會破壞建筑物，損壞電氣設(shè)備，傷害人畜。雷電的產(chǎn)生原理：當(dāng)空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運(yùn)動的時(shí)候，經(jīng)過一些復(fù)雜過程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負(fù)電荷。那么，由于同一種物質(zhì)質(zhì)量相當(dāng)，又帶上相同的電荷。經(jīng)過運(yùn)動，帶上相同電荷的質(zhì)量較重的物質(zhì)會到達(dá)云層的下部(一般為負(fù)電荷)；帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會到達(dá)云層的上部(-般為正電荷)。這樣同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心，當(dāng)異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場擊穿時(shí)，就形成云間放電。當(dāng)帶負(fù)電荷的云層向下靠近地面時(shí)，地面的凸出物、金屬等會被感應(yīng)出正電荷，隨著電場的逐步增強(qiáng)，雷云向下形成下行先導(dǎo)，地面的物體形成向上內(nèi)流，二者相遇即形成對地放電。雷電的主要特點(diǎn)：①沖擊電流大②時(shí)間短③頻率高④沖擊電壓高，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的交變磁場，其感應(yīng)電壓可高達(dá)上億伏。
3.雷電的種類和危害
雷電主要有四種類形：直擊雷、感應(yīng)雷、霄電侵入波、球形雷
1)直擊雷：是帶電云層(雷云)與建筑物、其它物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，并由此伴隨而產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)或機(jī)械力等一系列的破壞作用。指帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，主要危害建筑物、建筑物內(nèi)電子設(shè)備和人。
2)感應(yīng)雷：是室內(nèi)弱電設(shè)備的天敵。直擊需放電過程中，強(qiáng)大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以及發(fā)生閃擊的現(xiàn)象，主要危害建筑物內(nèi)電子設(shè)備。是閃電放電瞬問，在附近導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
3)雷電侵入波：是由于雷擊而在架空線路上或空中金屬管道上產(chǎn)生的沖擊電壓沿線或管道迅速傳播的雷電波。其傳播速度為3x108m/s.雷電侵入波可毀壞電氣設(shè)備的絕緣，使高壓竄人低壓，造成嚴(yán)重的觸電事故。
4)球形雷：在雷電頻繁的雷雨季節(jié)，偶然會發(fā)現(xiàn)殷紅色、灰紅色、紫色、藍(lán)色的“火球”，直徑一般十到幾十厘米，甚至超過1米；有時(shí)從天而降，然后又在空中或沿地面水平移動，有時(shí)平移有時(shí)滾動，通過煙囪、開著的門窗和其他縫隙進(jìn)入室內(nèi)，或無聲地消失，或發(fā)出絲絲的聲音，或發(fā)生劇烈的爆炸，因而人們習(xí)慣稱之為“球形雷”較為罕見。
設(shè)備遭需擊受損通常有四種情況，一是直接遭受雷擊而損壞：二是需電脈沖沿著與設(shè)備相
連的信號線、電源線或其他金屬管線侵入使設(shè)備受損；三是設(shè)備接地體在雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電位形成地電位“反擊”而損壞；四是設(shè)備安裝的方法或安裝位置不當(dāng)，受需電在空間分布的電場、磁場影響而損壞。
在電力系統(tǒng)中實(shí)際采用的防雷保護(hù)裝置主要有：避雷針、避霄線、保護(hù)問隙與各種避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器紐、消弧線圈、自動重合閘等等。
4.化工設(shè)備的防雷要求
(1)當(dāng)罐項(xiàng)鋼板厚度大于4mm，且裝有呼吸閥時(shí)，可不裝設(shè)防雷裝置。但油罐體應(yīng)作良好的接地，接地點(diǎn)不少于2處，間距不大于30m，其接地裝置的沖擊接地電阻不大于30Ω。
(2)當(dāng)罐頂鋼板厚度小于4mm時(shí)，雖裝有呼吸閥，也應(yīng)在罐項(xiàng)裝設(shè)避雷針，且避雷針與呼吸閥的水平距離不應(yīng)小于3m，保護(hù)范圍高出呼吸閥不應(yīng)小于20m。
(3)浮頂油罐(包括內(nèi)浮頂油罐)可不設(shè)防雷裝置，但浮頂與罐體應(yīng)有可靠的電氣連接。
(4)非金屬易燃液體的儲罐應(yīng)采用獨(dú)立的避雷針，以防止直接雷擊。同時(shí)，還應(yīng)有感應(yīng)雷措施.避雷針沖擊接地電阻不大于30Ω。
(5)覆土厚度大于0.5m的地下油罐，可不考慮防雷措施，但呼吸閥、f油孔、采氣孔應(yīng)做良好接地。接地點(diǎn)不少于2處，沖擊接地電阻不大于10Ω。
(6)易燃液體的敞開貯罐應(yīng)設(shè)獨(dú)立避雷針，其沖擊接地電阻不大于5Ω。
(7)戶外架空管道的防雷：
1)戶外輸送可燃?xì)怏w、易燃或可燃體的管道，可在管道的始端、終端、分支處、轉(zhuǎn)角處以及直線部分每隔100m處，每處接地電阻不大于30Ω。
2)當(dāng)管道與襮炸危險(xiǎn)廠房平行敷設(shè)的間距小于10m時(shí)，在接近廠房的一段，其兩端及每隔30m—40m應(yīng)接地，接地電阻不大于20Ω。
3)當(dāng)管道連接點(diǎn)(彎頭、閥門、法蘭盤等)，不能保持良好的電氣接觸時(shí)，應(yīng)用金屬線跨接。
4)接地引下線可利用金屬支架，若是活動金屬支架，在管道與支持物之間必須增設(shè)跨接線；若是非金屬支架，必須另作引下線。
5)接地裝置可利用電氣設(shè)備保護(hù)接地的裝置。
5.化工企業(yè)外部防雷系統(tǒng)及防護(hù)措施
外部防雷系統(tǒng)由接閃器(避雷針)、引下線、接地網(wǎng)等有機(jī)組成，三者缺-不可，主要用于防直擊雷的防護(hù)系統(tǒng)。下面分別對以上三個(gè)主要因素的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行描述。避雷針位于建筑物的頂部，其作用是引雷或叫截獲閃電，即把雷電流引下。引下線，上與接閃器連接，下與接地裝置連接，它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。
接閃器：直接截受雷擊，以及用作接閃的器具、金屬構(gòu)件和金屬屋面等。功能是把接引來的雷電流，通過引下線和接地裝置因如大地中泄放，保護(hù)建筑物免受雷害。包括避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)。
①避雷針：靠把雷雨云所帶的異種電荷引導(dǎo)到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護(hù)建筑物不受雷擊。由于避雷針與大地有良好的電氣連接，能把大地積存的電荷能量迅速傳遞到霄雨云層中泄放；或把雷雨云層中積存的電荷能量傳遞到大地中泄放，使雷擊而造成的過電壓時(shí)間大大的縮短，從很大程度上降低了雷擊的危害性，這就是避雷針的工作原理。
②避雷線：電力系統(tǒng)，為了使輸電線路少受雷擊，采用了在輸電線路上方架設(shè)平行的鋼線避雷的方法，在實(shí)用中，由于它簡單有效，逐步得到了推廣。這種架設(shè)在輸電線路.上方的鋼線，稱之為避雷線。
③避雷帶：在房屋建筑雷電保護(hù)上，用扁平的金屬帶代替鋼線接閃的方法稱之為避雷帶，它是由避雷線改進(jìn)而來。
④避雷網(wǎng)：指利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)作為雷電保護(hù)的方法(必要時(shí)還可以輔助避雷網(wǎng))，也叫做暗裝避雷網(wǎng)。它是根據(jù)古典電學(xué)中法拉第籠的原理達(dá)到雷電保護(hù)的金屬導(dǎo)電體網(wǎng)絡(luò)。
引下線：連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體稱為引下線。雷擊時(shí)引下線上有很大的雷電流流過，會對附近接地的設(shè)備、金屬管道、電源線等產(chǎn)生反擊或旁側(cè)閃擊。為了減少和避免這種反擊，現(xiàn)代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下線，經(jīng)過實(shí)踐證明這種方法不但可行，而且比專門引下線有更多的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橹摻钆c木梁、樓板的鋼筋，都是連接在一起的和接地網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)整體的"法拉第"籠，均處于等電位狀態(tài)。引下線應(yīng)裝在人員不易碰到的隱蔽地點(diǎn)，以防接觸電壓的危害。
接地網(wǎng)：具有接地功能與大地有良好接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土中的鋼筋、埋地金屬管道和設(shè)施，并連成網(wǎng)絡(luò)。
防護(hù)措施：建筑物根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求
分為三類。并相應(yīng)分為三類防雷措施。
第一類：應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針或架空避雷線(網(wǎng))，使被保護(hù)的建筑物及風(fēng)帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。架空避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于5mX5m或6mX4m。避雷針或網(wǎng)格不大于5mX5m或6mX4m的避雷網(wǎng)或由其混合組成的接閃器直接裝在建筑物上，避雷網(wǎng)應(yīng)按規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷擊的部位敷設(shè)。并必須符合下列要求：
1)所有避雷針應(yīng)采用避雷帶互相連接。
2)引下線不應(yīng)少于兩根，并應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于12m。
3)排放爆炸危險(xiǎn)氣體、蒸氣或粉塵的管道符合獨(dú)立避雷針(網(wǎng))防直擊雷措施的二、三款的要求。
4)建筑物應(yīng)裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間垂直距離不應(yīng)大于12m，所有引下線、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)和金屬設(shè)備均應(yīng)連到均壓環(huán)上，均壓環(huán)可利用電氣設(shè)備的接地干線環(huán)路。
5)防直擊雷的接地裝置應(yīng)建筑物敷設(shè)成環(huán)形接地體，每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于10Ω，并應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置及所有進(jìn)入建筑物的金屬管道相連，此接地裝置可兼作防雷電感應(yīng)之用。
第二類：采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)(帶)應(yīng)按規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于10mX10m或12mX8m的網(wǎng)格，所有避雷針應(yīng)采用避雷帶相互連接。
第三類：宜采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)(帶)或避雷針或由這兩種混合組成的接閃器。避雷網(wǎng)(帶)應(yīng)按規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷擊的部位敷設(shè)。并應(yīng)在整個(gè)屋面組成不大于20mX20m或24mX16m的網(wǎng)格。平屋面的建筑物，當(dāng)其寬度不大于20m時(shí)，可僅沿周連敷設(shè)一圈避雷帶。
突出屋面的物體的保護(hù)方式應(yīng)符合第二類防雷建筑物防直擊雷措施中的二、三款的規(guī)定。引下線不應(yīng)少于兩根，但周長不超過25m且高度不超過40m的建筑物可設(shè)一根引下線。引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應(yīng)大于25m，當(dāng)僅利用建筑物四周的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線時(shí)，可按跨度設(shè)引下線，但引下線的平均間距不應(yīng)大于25m。
6.化工企業(yè)建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)及防護(hù)措施
內(nèi)部防雷系統(tǒng)由等電位連接系統(tǒng)、共用接地系統(tǒng)、屏蔽系統(tǒng)、合理布線系統(tǒng)、浪涌保護(hù)器等組成，主要用于減少和防止雷電流在需防空間內(nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。作用是減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次危害。建筑物內(nèi)部防雷工程涉及面較寬，面對的是包括感應(yīng)雷、球雷、傳導(dǎo)雷或因線路上浪涌高電壓所造成電網(wǎng)波動在內(nèi)的眾多損害，歸納起來危害最大的主要方面是高電壓引入。
高電壓引入的電源有三種：
其一是直擊雷直接擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；
第二種是來自感應(yīng)儒的高電壓脈沖，即由于雷雨云對大地放電或雷雨云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，感生出幾KV到幾十KV至數(shù)百KV的地電位反擊，這種反擊會沿著電力系統(tǒng)的零線，保護(hù)接地線和各種形式的接地線，以波的形式傳入室內(nèi)或傳播到更大的室內(nèi)范圍，造成大面積的危害。
雷擊電子設(shè)備的途徑，雷擊電子設(shè)備的途徑可分為三種情況：
①雷電直接擊中電子設(shè)備網(wǎng)絡(luò)物理
②感應(yīng)過電壓
③雷擊地電位抬高入侵
防護(hù)措施：
1)大樓通過建筑物主鋼筋，上端與接閃器，下端與地網(wǎng)連接，中間與各層均壓網(wǎng)或環(huán)形均壓帶連接，對進(jìn)入建筑物的各種金屬管線實(shí)施均壓等電位連接，具有特殊要求的各種不同地線進(jìn)行等電位處理。
2)對計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在建筑物樓內(nèi)的布線和接地方式要求：通信電纜以及地線的布放應(yīng)盡量集中在建筑物的中部。通信電纜線槽以及地線線槽的布放應(yīng)盡量避免緊靠建筑物立柱或橫梁，并與之保持較長的距離，通信電纜線槽以及地線線槽的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠(yuǎn)的位置。
3)根據(jù)雷電保護(hù)區(qū)的劃分要求，建筑物大樓外部是直接雷擊區(qū)域：建筑物內(nèi)部及計(jì)算機(jī)房所處的位置為非暴露區(qū)，越往內(nèi)部，危險(xiǎn)程度越低。雷電過電壓對內(nèi)部電子設(shè)備的損害主要是沿線路引入。保護(hù)區(qū)的界面由外部的防雷系統(tǒng)、建筑物的鋼筋混凝土及金屬外殼等構(gòu)成的屏敞層形成。電氣通道以及金屬管等金屬構(gòu)件，穿過各級雷電保護(hù)區(qū)時(shí)必須在每一穿過點(diǎn)做等電位連接。
4)進(jìn)入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在LPZO與LPZI、LPZI與LPZ2區(qū)交界處、以及終端設(shè)備的前端，根據(jù)IEC1312--雷電電磁脈沖防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，安裝上電源類SPD，以及通訊網(wǎng)絡(luò)類SPD(瞬態(tài)過電壓保護(hù)器).SPD是用以防護(hù)電子設(shè)備因受雷電閃擊及其它干擾造成傳導(dǎo)電涌過電壓危害的有效手段。
7.變電所配電設(shè)備防雷措施
(1)配電變壓器按現(xiàn)行規(guī)范采用閥型避雷器來保護(hù)。閥型避雷器要求越靠近變壓器安裝、保護(hù)效果越好，一般要求裝在高壓跌落保險(xiǎn)的內(nèi)側(cè)。必須使避雷器的殘壓小于配電變壓器的耐壓，才能有效地對變壓器起保護(hù)作用。
(2)避雷器的選擇應(yīng)與線路額定電壓相符。若避雷器額定電壓高于設(shè)備額定電壓使設(shè)備受雷擊時(shí)失去可靠保護(hù)；避雷器額定電壓低于設(shè)備額定電壓，在正常的過電壓下避雷器頻繁動作引起線路接地跳閘。
(3)當(dāng)變壓器容量在100kVA及以上時(shí)，接地電阻應(yīng)盡可能降低到40以下；當(dāng)變壓器容量小于100kVA時(shí)，接地電阻可達(dá)到102及以下即可。如達(dá)不到.上述要求的變臺，應(yīng)進(jìn)行改造接地網(wǎng)使其阻值下降，從而使雷電流流過接地線上引起的電位降低。
(4)在配變低壓側(cè)也裝設(shè)保護(hù)裝置。10kV配變只在進(jìn)線處安裝避雷器不能保護(hù)配變低壓繞組，而且由于低壓側(cè)落雷也將造成雷電沖擊電壓直接通過計(jì)量裝置加在低壓繞組上，按變比感應(yīng)到高壓側(cè)產(chǎn)生高電壓、有可能首先擊穿高壓繞組。同時(shí)，雷電沖擊電壓通過低壓線路侵入用戶，造成家用電器的損壞。所以在配變低壓側(cè)應(yīng)裝設(shè)低壓避雷器(以裝設(shè)-組FYS型低壓金屬氧化物避雷器為宜)或500V的通訊用放電間隙保護(hù)器，并將避雷器、變壓器外殼和中性點(diǎn)可靠接地。
(5)在配電變壓器進(jìn)線處裝設(shè)電抗器。電抗器可以利用進(jìn)線制作，用進(jìn)線繞成直徑100mm，10至20匝的電感線圈。阻止雷電波的入侵，保護(hù)變壓器。
(6)避雷器安裝工藝要規(guī)范。避雷器的接地要良好，接地線聯(lián)接要可靠。農(nóng)村配變避雷器安裝工藝差、引線細(xì):接頭松或開路造成避雷器失去保護(hù)作用而導(dǎo)致配變遭雷擊燒壞是較常見的，所以防雷引線的截面積，引線連接頭，接地體埋設(shè)都要符合有關(guān)防雷接地規(guī)程要求。
(7)按期進(jìn)行預(yù)試和檢修，避雷器要按規(guī)程要求定期進(jìn)行絕緣電阻、工頻放電電壓試驗(yàn)，
對不合格和有缺陷的避雷器進(jìn)行更換.FS閥型避雷器經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，因避雷器自身老化其工頻放電電壓下降，絕緣電阻降低。當(dāng)其工頻放電電壓低于23kV，絕緣電阻低于2000MΩ時(shí)必須更換。對接地引下線，接地裝置要定期巡視檢修。雷雨季節(jié)前要清掃瓷體，緊固接頭，損壞部位立即更換。
隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，化工企業(yè)安全生產(chǎn)的重要性正逐步為人們所認(rèn)同，而在這些企業(yè)中，針對特殊構(gòu)筑物(油罐、戶外架空管道、露天可燃?xì)怏w儲藏罐額和儲藏柜)的防雷直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的持續(xù)安全運(yùn)行，我們必須站到歷史時(shí)代的新高度來認(rèn)識和研究現(xiàn)代化工企業(yè)的防雷技術(shù)，提高人類對雷災(zāi)防御的綜合能力。
