防雷技术与安全知识(上)

四川省防雷中心,防雷技术与安全知识主讲：潘波四川省防雷中心检测所,四川省防雷中心,一、防雷在安全生产中的重要性,1、雷电原理和特性2、雷电的危害2.1、雷电的危害方式2.1.1、直击雷2.1.2、雷电波侵入2.1.3、感应过电压2.1.4、地电位反击2.2、雷电危害的结果3、雷电灾害案例,四川省防雷中心,1、雷电原理和特性,云间闪,云地闪,四川省防雷中心,雷电的特性1、雷电发生频率高，且年年重复发生；2、雷电具有巨大的破坏性。目前人类无法阻止和控制它；3、雷电通过多种渠道侵害地面物：直击雷静电感应、电磁感应、电磁脉冲、反击及雷电过电压波；4、灾害波及面广，可能受到伤害的包括人、建筑物、电子设备、通讯线路、森林等；,四川省防雷中心,2、雷电的危害,自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数。据不完全统计，我国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤亡达3000至4000人，财产损失在50亿元到100亿元人民币。由于环境污染、气候变暖等现象的加剧，极端天气现象出现的频率加大，程度加重，造成的危害也越来越严重。,四川省防雷中心,2.1、雷电的危害方式,直击雷雷电波侵入感应过电压地电位反击,四川省防雷中心,雷击放电的模拟波形,后续雷击,首次雷击,四川省防雷中心,2.1.1、直击雷,带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。,四川省防雷中心,2.1.2、雷电波侵入,雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。,四川省防雷中心,2.1.3、感应过电压,雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。,四川省防雷中心,四川省防雷中心,2.1.4、地电位反击,如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种信息系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种信息，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。,四川省防雷中心,四川省防雷中心,2.2、雷电危害的结果,作为自然界三大灾害之一的雷电灾害，每年所造成的人员伤亡、财产损失不计其数。雷电灾害所造成的损失通常分为两部分：其中，在雷击事故中由雷电所引发的火灾、爆炸以及设备损坏等造成的直接损失是十分巨大的；在雷击事故中由雷电所引发的控制、通讯等服务的中断而造成的间接损失也是难以估计的。随着电子技术的发展，自动化控制、通讯应用在生产、生活中扮演着越来越重要的角色，由雷击事故所引发的间接损失也越来越严重。,四川省防雷中心,3、雷电灾害案例,1、1989年8月12日青岛市黄岛油库遭受雷击引起5号油罐爆炸起火，大火燃烧了104个小时，烧掉了原油4万多立方米烧毁了250亩灌区的生产设施和10辆消防车，造成19人死亡，78人受伤，直接经济损失3540万元，加上间接损失的总损失高达8500万元。,四川省防雷中心,黄岛油库爆炸现场,四川省防雷中心,被雷击坏的模块,2、2006年某自动化脱水站遭雷击，致使数据信息采集终端充电器损坏，中间端子柜内的一组空气开关跳闸，PLC柜内一块BADU206、两块BDAU204模块损坏。,四川省防雷中心,3、2005年某配气站发生雷击事故，致使信号避雷器全坏、电脑显示器损坏。,被雷击坏的SPD,四川省防雷中心,4、2006年，某公司油库遭雷击，造成全自动控制系统故障，该雷击事故造成31台/次设备受损。直接经济损失93万元。5、1998年，武汉市黄陂区横店油库遭雷击起火，经济损失1000万元。6、据不完全统计，2002年因雷电灾害造成直接经济损失上千万元以上的实例为5起，上百万以上损失的35起。,四川省防雷中心,二、油气田油气站防雷特性,1、相关法规1.1、国家法规1.2、技术规范2、各类型井站防雷特性2.1、单井防雷特性2.2、集气、输气、配气等站防雷特性2.3、增压、脱水、脱硫、净化等站防雷特性2.4、自动控制井站防雷特性2.5、加油站防雷特征2.6、加气站防雷特征,四川省防雷中心,3、防雷措施3.1、直击雷防护措施3.2、供电系统防护措施3.3、信号系统防护措施3.4、防静电措施3.5、布线及屏蔽3.6、接地系统,四川省防雷中心,1、相关法规,1.1、国家法规防雷工程的设计与施工的好坏关系着人民生命、财产的安全。所以国家有关部门出台了一系列法规对其进行严格控制。,四川省防雷中心,第10号令第一章第四条甲级资质单位可以从事建筑物防雷设计规范规定的第一类、第二类、第三类防雷建（构）筑物和油库、气库、加油加气站、液化天然气、油（气）管道站场、阀室等爆炸危险环境的防雷工程、整改工程和新增防雷工程等项目的设计或者施工。,四川省防雷中心,1.2、相关技术规范,四川省防雷中心,2、各类型井站防雷特性,由于各类型井站地势开阔平坦，大多处于郊外、山区，大风容易长驱直入，与站内地面和工艺设备快速摩擦产生静电，而上空的云层往往带有大量的电荷，云地之间构成了一个巨大的电容器，电容器内部的电荷相互感应和传递，一触即发。且各类井站内的工艺设备均为金属物，与周围环境相比更易于电荷的泻放，同时，近年来随着空气污染的加剧，空气中带电粒子的浓度增大，雷云层更容易建立对地放电通道，形成雷击。,四川省防雷中心,2.1、单井防雷特性,多数单井井站内工艺流程简单，工艺设备较少。因此防雷措施相对简单。但简单并不意味着可以省略，单井井站是天然气采集处理中的第一个环节，所采集的气体未经过任何处理，含有各种对环境、人体有害的物质。一旦因雷击事故引发气体泄漏（特别是井口），将对周围大范围内的环境和人造成伤害。所以在单井井站内的工艺设备（包括井口）都应处于避雷针的保护范围之内。供电系统中应做到有2-3级电源SPD的保护，少数井站内只有一个配电箱的建议安装组合式电源SPD。,四川省防雷中心,直击雷防雷措施,四川省防雷中心,第一级三相电源SPD,四川省防雷中心,第二级单相电源SPD,四川省防雷中心,第三级三相电源SPD,四川省防雷中心,2.2、集气、输气、配气等站防雷特性,集气、输气、配气等站站内设备较单井多。其中压力检测和气体流量检测是其重点。工艺区内压力变送器和流量计由于耐压水平低且其所处位置位于LPZ0B区，是电磁场没有衰减的区域，且压力变送器和流量计通过信号传输线缆与仪表室内的信号端子柜相连。所以对压力变送器和流量计信号的保护就成为这类场站的重点。在这类场站连接工艺设备区变送器、传感器和值班室设备的信号线路两端应安装适配的阻燃防爆型信号SPD，信号SPD的选择，应根据信号线路的特性：工作电压、工作频率、带宽、特性阻抗、传输速率、接口等参数，选用适配的SPD。,进、出值班室的信号线缆，宜选用有金属屏蔽层的电缆并宜穿钢管埋地敷设。屏蔽层及钢管至少首末端应做等电位连接并接地。,四川省防雷中心,工艺区内变送器信号SPD,信号SPD,四川省防雷中心,信号端子柜内信号SPD,信号SPD,四川省防雷中心,信号线屏蔽层接地,四川省防雷中心,2.3、增压、脱水、脱硫、净化等站防雷特性,增压、脱水、脱硫、净化等场站内工艺设备站地面积广水套炉烟囱、灼烧炉、放散口等工艺设备较高，工艺设备复杂。不易于避雷针的安装的敷设。所以增压、脱水、脱硫、净化等场站内的避雷针应尽量符合多针、矮针的原则，以达到即能够保护站内所有设备，又能够减小因用少针而采用高针会增大雷击概率的风险。,四川省防雷中心,同时由于增压、脱水、脱硫、净化等场站自动化控制所占比例较大，因此场站内的信号系统与电源系统的防雷也是整个防雷工程中的重点之一。所以在连接工艺设备区变送器、传感器和值班室设备的信号线路两端应安装适配的阻燃防爆型信号SPD，信号SPD的选择，应根据信号线路的特性：工作电压、工作频率、带宽、特性阻抗、传输速率、接口等参数，选用适配的SPD。场站内供电系统建议采用TN-S或TN-C-S制，并根据站内具体情况和雷电防护分级确定安装2至4级电源SPD；同时，DCS控制系统（仪表端子柜）内直流电源应选用标称放电电流（8/20s）10KA的直流电源SPD对其进行保护。,四川省防雷中心,直击雷防护措施,四川省防雷中心,端子柜内信号SPD,信号SPD,四川省防雷中心,连接工艺设备区变送器、传感器和值班室设备的信号线路两端应安装适配的阻燃防爆型信号SPD；摄像机视频信号线路、控制信号线路接入值班室设备端口处应安装相适配的信号SPD；引入值班室的卫星天馈线路、GPS天馈线路、数据信号线路、通信信号线路与设备连接端口处应安装相适配的信号SPD；信号SPD的选择，应根据信号线路的特性：工作电压、工作频率、带宽、特性阻抗、传输速率、接口等参数，选用适配的SPD。,四川省防雷中心,自动化井站内供电系统建议采用TN-S或TN-C-S制，并根据自动化井站的站内具体情况和雷电防护分级确定安装2至4级电源SPD；同时，DCS控制系统（仪表端子柜）内直流电源应选用标称放电电流（8/20s）10KA的直流电源SPD对其进行保护。,四川省防雷中心,视频信号SPD,四川省防雷中心,2.4、自动控制井站防雷特性,随着科技的发展，微电子器件在我们的生活中起着越来越重要的作用。自动控制、监控、通讯系统为井站的工作带来了便利，但同时井站遭受雷击的风险和雷击后的损失也相应的增加。所以自动控制井站中信号系统和供电系统的防雷是整个站场防雷的重点。,四川省防雷中心,直流电源SPD,四川省防雷中心,四川省防雷中心,2.5、加油站防雷特征,1.加油亭2.加油机3.油罐区4.静电装置5.办公区6.配电系统,四川省防雷中心,2.6、加气站防雷特征,1.加气亭2.加气机3.气罐区（空压机房）4.静电装置5.办公区6.配电系统,四川省防雷中心,油气站检查要点1.接闪器的检查（1）检查接闪器与顶部外露的其他金属物的电气连接、与避雷引下线的电气连接。（主要检查金属广告牌）（2）首次检测应检查避雷针、避雷带（网、吊）的尺寸是否符合标准要求，加气站、配气站应注意接闪器是否完全保护放散管。（3）检查接闪器上方是否有电源线、信号线经过，针、带上不宜扎有电源线、信号线。（4）接闪器应选材热镀锌或涂漆（不要太厚）；在腐蚀性较强的场所，应采取加大截面积或其他防腐措施。注：固定顶或者浮顶金属油（气）罐，利用罐体作为接闪器时，其钢板厚度不得小于4MM。,四川省防雷中心,油气站检查要点,1.加油（气）站、油库内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架等和突出屋面的放散管、风帽等金属物，均应该连接到防雷电感应的接地装置上。2.平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100MM时应采用金属线跨接，跨接点的间距不大于30M；交叉净距小于100MM时，其交叉处应跨接。3.当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03欧时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。4.防雷电感应的接地装置应和电气设备、信息系统等接地装置共用或将分开的接地装置进行电气连接。5.加油（气）站、油库内露天钢质封闭油（气）罐，接地点不应少于两处，两接地点间距不宜大于30M。,四川省防雷中心,3、防雷措施,每一种井站都有其防雷的侧重点，但是雷电的入侵途径是多种多样的，只考虑其中的某些因素是远远不够的。所以任何一个井站的防雷措施都应该结合现场情况对雷电可能入侵的途径进行防护。综合防雷措施包括以下几个方面：直击雷防护供电系统防护信号系统防护防静电措施接地系统等电位连接布线及屏蔽,四川省防雷中心,3.1、直击雷防护措施,场站工艺设备区应安装避雷针,避雷针的高度和数量,依工艺设备区范围和设备高度用滚球法确定；工艺设备区防直击雷宜采用矮针、多针、组成区域防护，以减小因用少针而采用高针会增大雷击概率的风险；避雷针工频接地电阻10；避雷针地网宜与工艺设备区防静电地网连接成共用地网，以减弱地电位反击。,四川省防雷中心,3.2、供电系统防护措施,场站供电系统宜采用TN-S或TN-C-S制；根据场站弱电设备的数量，抗扰度和雷电防护分级确定安装浪涌保护器（SPD）24级；直流电源系统应选用标称放电电流（8/20s）10KA适配的SPD；电源SPD工频接地电阻4。,四川省防雷中心,3.3、信号系统防护,进、出值班室的信号线缆，宜选用有金属屏蔽层的电缆并宜穿钢管埋地敷设。屏蔽层及钢管至少首末端应做等电位连接并接地；连接工艺设备区变送器、传感器和值班室设备的信号线路两端应安装适配的阻燃防爆型信号SPD；监控系统中摄像机视频信号线路、控制信号线路接入值班室设备端口处应安装相适配的信号SPD；引入值班室的卫星天馈线路、GPS天馈线路、数据信号线路、通信信号线路与设备连接端口处应安装相适配的信号SPD；信号SPD的选择，应根据信号线路的特性：工作电压、工作频率、带宽、特性阻抗、传输速率、接口等参数，选用适配的SPD。,四川省防雷中心,3.4、防静电措施,在有电子信息系统的值班室内应设防静电地板，防静电地板金属支架应多处与机房等电位连接网络相连接；工艺设备防静电措施：用404镀锌扁钢将工艺设备以断接卡的形式就近接入共用地网；防静电接地装置可与防雷电感应的接地装置合用，其工频接地电阻4。,四川省防雷中心,3.5、接地系统,场站宜采用共用接地系统：即将防直击雷装置地、电源保护地、SPD地、设备保护地、防静电接地及接地装置等连接在一起的接地系统；共用接地系统的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。,四川省防雷中心,3.6、等电位连接,仪表室应设等电位连接排或环。电气和电子设备的金属外壳、屏蔽线缆屏蔽层、防静电地、安全保护地、SPD接地端等均以最短的距离与之连接；目的是减少和消除各种系统