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，瞬時電流強度很大，因此一次雷電的放電時間雖然只有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害，地球上任何時候都有雷電在活動。雷電災害是十種最嚴重的自然災害之一。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、財產(chǎn)損失不計其數(shù)。導致火災、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，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，受災率高，造成的災害十分嚴重。據(jù)了解全國有21個省、區(qū)、市雷暴日在50天以上，最多的可達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，我國每年因雷擊造成人員傷亡達3000~4000人，財產(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)展促進了生產(chǎn)力的發(fā)展，加速了社會繁榮與進步的進程，同時不知不覺地麻煩也應運而生，各類電磁干擾越來越嚴重?；て髽I(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
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-部分積聚起負電荷，當這些電荷積聚到--定程度時，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行，有的是在云層與大地之間進行。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：當空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運動的時候，經(jīng)過一些復雜過程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負電荷。那么，由于同一種物質(zhì)質(zhì)量相當，又帶上相同的電荷。經(jīng)過運動，帶上相同電荷的質(zhì)量較重的物質(zhì)會到達云層的下部(一般為負電荷)；帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會到達云層的上部(-般為正電荷)。這樣同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心，當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時，就形成云間放電。當帶負電荷的云層向下靠近地面時，地面的凸出物、金屬等會被感應出正電荷，隨著電場的逐步增強，雷云向下形成下行先導，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：①沖擊電流大②時間短③頻率高④沖擊電壓高，強大的電流產(chǎn)生的交變磁場，其感應電壓可高達上億伏。
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、熱效應或機械力等一系列的破壞作用。指帶電的云層與大地上某一點之間發(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)感應雷：是室內(nèi)弱電設(shè)備的天敵。直擊需放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導線或金屬物產(chǎn)生電磁感應發(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，在附近導體產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應現(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、藍色的“火球”，直徑一般十到幾十厘米，甚至超過1米；有時從天而降，然后又在空中或沿地面水平移動，有時平移有時滾動，通過煙囪、開著的門窗和其他縫隙進入室內(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，受需電在空間分布的電場、磁場影響而損壞。
在電力系統(tǒng)中實際采用的防雷保護裝置主要有：避雷針、避霄線、保護問隙與各種避雷器、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)當罐項鋼板厚度大于4mm，且裝有呼吸閥時，可不裝設(shè)防雷裝置。但油罐體應作良好的接地，接地點不少于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)當罐頂鋼板厚度小于4mm時，雖裝有呼吸閥，也應在罐項裝設(shè)避雷針，且避雷針與呼吸閥的水平距離不應小于3m，保護范圍高出呼吸閥不應小于20m。
(3)浮頂油罐(包括內(nèi)浮頂油罐)可不設(shè)防雷裝置，但浮頂與罐體應有可靠的電氣連接。
(4)非金屬易燃液體的儲罐應采用獨立的避雷針，以防止直接雷擊。同時，還應有感應雷措施.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、采氣孔應做良好接地。接地點不少于2處，沖擊接地電阻不大于10Ω。
(6)易燃液體的敞開貯罐應設(shè)獨立避雷針，其沖擊接地電阻不大于5Ω。
(7)戶外架空管道的防雷：
1)戶外輸送可燃氣體、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)當管道與襮炸危險廠房平行敷設(shè)的間距小于10m時，在接近廠房的一段，其兩端及每隔30m—40m應接地，接地電阻不大于20Ω。
3)當管道連接點(彎頭、閥門、法蘭盤等)，不能保持良好的電氣接觸時，應用金屬線跨接。
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)備保護接地的裝置。
5.化工企業(yè)外部防雷系統(tǒng)及防護措施
外部防雷系統(tǒng)由接閃器(避雷針)、引下線、接地網(wǎng)等有機組成，三者缺-不可，主要用于防直擊雷的防護系統(tǒng)。下面分別對以上三個主要因素的相關(guān)技術(shù)進行描述。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到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護建筑物不受雷擊。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)作為雷電保護的方法(必要時還可以輔助避雷網(wǎng))，也叫做暗裝避雷網(wǎng)。它是根據(jù)古典電學中法拉第籠的原理達到雷電保護的金屬導電體網(wǎng)絡。
引下線：連接接閃器與接地裝置的金屬導體稱為引下線。雷擊時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，因為柱鋼筋與木梁、樓板的鋼筋，都是連接在一起的和接地網(wǎng)絡形成一個整體的"法拉第"籠，均處于等電位狀態(tài)。引下線應裝在人員不易碰到的隱蔽地點，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。
防護措施：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。并相應分為三類防雷措施。
第一類：應裝設(shè)獨立避雷針或架空避雷線(網(wǎng))，使被保護的建筑物及風帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器的保護范圍內(nèi)。架空避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不應大于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)所有避雷針應采用避雷帶互相連接。
2)引下線不應少于兩根，并應沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應大于12m。
3)排放爆炸危險氣體、蒸氣或粉塵的管道符合獨立避雷針(網(wǎng))防直擊雷措施的二、三款的要求。
4)建筑物應裝設(shè)均壓環(huán)，環(huán)間垂直距離不應大于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大于10Ω，并應和電氣設(shè)備接地裝置及所有進入建筑物的金屬管道相連，此接地裝置可兼作防雷電感應之用。
第二類：采用裝設(shè)在建筑物上的避雷網(wǎng)(帶)應按規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應在整個屋面組成不大于10mX10m或12mX8m的網(wǎng)格，所有避雷針應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)。并應在整個屋面組成不大于20mX20m或24mX16m的網(wǎng)格。平屋面的建筑物，當其寬度不大于20m時，可僅沿周連敷設(shè)一圈避雷帶。
突出屋面的物體的保護方式應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。引下線應沿建筑物四周均勻或?qū)ΨQ布置，其間距不應大于25m，當僅利用建筑物四周的鋼柱或柱子鋼筋作為引下線時，可按跨度設(shè)引下線，但引下線的平均間距不應大于25m。
6.化工企業(yè)建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)及防護措施
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。作用是減少建筑物內(nèi)的雷電流和所產(chǎn)生的電磁效應以及防止反擊、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，面對的是包括感應雷、球雷、傳導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線，讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內(nèi)；
第二種是來自感應儒的高電壓脈沖，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和電磁感應，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)絡物理
②感應過電壓
③雷擊地電位抬高入侵
防護措施：
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，對進入建筑物的各種金屬管線實施均壓等電位連接，具有特殊要求的各種不同地線進行等電位處理。
2)對計算機通信網(wǎng)絡系統(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)計應盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠的位置。
3)根據(jù)雷電保護區(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)部及計算機房所處的位置為非暴露區(qū)，越往內(nèi)部，危險程度越低。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，穿過各級雷電保護區(qū)時必須在每一穿過點做等電位連接。
4)進入建筑物大樓的電源線和通訊線應在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--雷電電磁脈沖防護標準，安裝上電源類SPD，以及通訊網(wǎng)絡類SPD(瞬態(tài)過電壓保護器).SPD是用以防護電子設(shè)備因受雷電閃擊及其它干擾造成傳導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。閥型避雷器要求越靠近變壓器安裝、保護效果越好，一般要求裝在高壓跌落保險的內(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作用。
(2)避雷器的選擇應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)備受雷擊時失去可靠保護；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)當變壓器容量在100kVA及以上時，接地電阻應盡可能降低到40以下；當變壓器容量小于100kVA時，接地電阻可達到102及以下即可。如達不到.上述要求的變臺，應進行改造接地網(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)保護裝置。10kV配變只在進線處安裝避雷器不能保護配變低壓繞組，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量裝置加在低壓繞組上，按變比感應到高壓側(cè)產(chǎn)生高電壓、有可能首先擊穿高壓繞組。同時，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器，并將避雷器、變壓器外殼和中性點可靠接地。
(5)在配電變壓器進線處裝設(shè)電抗器。電抗器可以利用進線制作，用進線繞成直徑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:接頭松或開路造成避雷器失去保護作用而導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)按期進行預試和檢修，避雷器要按規(guī)程要求定期進行絕緣電阻、工頻放電電壓試驗，
對不合格和有缺陷的避雷器進行更換.FS閥型避雷器經(jīng)一段時間運行后，因避雷器自身老化其工頻放電電壓下降，絕緣電阻降低。當其工頻放電電壓低于23kV，絕緣電阻低于2000MΩ時必須更換。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、露天可燃氣體儲藏罐額和儲藏柜)的防雷直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的持續(xù)安全運行，我們必須站到歷史時代的新高度來認識和研究現(xiàn)代化工企業(yè)的防雷技術(shù)，提高人類對雷災防御的綜合能力。
