防雷、防静电与接地

防雷、防静电与接地1 防雷基础1) 雷击是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。

雷电对人参、设备设施的主要方式有：雷击、雷电感应、雷击电磁脉冲。

防雷主要采取以下措施：传导、搭接、接地、分流、屏蔽、躲避。

2) 雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害。

3) 直击雷：是带电云层（雷云）与建筑物构架、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用，危害建筑物、建筑物内电子设备和人。

直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几十k A乃至几百kA，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几μs到几百μs）就释放出来，瞬间功率巨大的。

防御直击雷：通常都是充分利用建筑物的基础桩、梁柱等结构钢筋作为引下线和接地装置，采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。

4) 雷电感应：指当雷云来临时地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生出很高的静电电压（感应电压），其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压往往会造成附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成的危害。

另外，在雷电闪击时，由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成了一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。

感应雷虽然没有直接雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。

阻止感应雷的有效手段是屏蔽，将建筑物屋顶、墙体中的钢筋以及金属门窗、引入建筑物、构筑物的金属管道等通通连起来，达到一定的网格距就可以防御雷电感应。

5) 雷电浪涌：当线路遭受直击雷或产生雷电感应，高电位便会沿着导线电源线以及信号侵入变电站或建筑物内，这种雷电波侵入也会对电气设备造成危害或使建筑物内的金属设备放电，引起破坏作用。

最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。

一方面由于电子设备内部结构高度集成化，从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降，对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降，另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波侵入。

浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜人电脑设备。

信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。

防雷击电磁脉冲：线路进入建筑物处与接地装置连接、装设浪涌保护器。

2 避雷针及保护范围1) 避雷针：避雷针的作用实质上是主动引雷入地，防止被保护物遭雷击。

避雷针尖（又称接闪器）引入雷雨云上的电荷，引下线将电荷引到接地体上，接地体将电荷快速释放到大地中。

避雷针由接受器、接地引下线和接地体（接地极）三部分串联组成。

避雷针的接受器是指避雷针顶端部分的金属针头。

接受器的位置都高于被保护的物体。

接地引下线是避雷针的中间部分，是用来连接雷电接受器和接地体的。

接地引下线的截面积不但应根据雷电流通过时的发热情况计算，使其不会因过热而熔化，而且还要有足够的机械强度。

接地体是整个避雷针的最底下部分。

它的作用不仅是安全地把雷电流由此导入地中，而且还要进一步使雷电流在流入大地时均匀地分散开去。

当单支或双支避雷针不足以保护全部设备或建筑物时，可装三支或更多支形成更大范围的联合保护。

需要注意的是，雷电时期内，在避雷针接地装置附近，由于跨步电压甚高，人员接近时有触电的危险，一般在避雷针接地装置附近约10米的范围内是比较危险的。

2) 避雷针的保护范围：避雷针保护其附近比它矮的建筑物或设备免受雷击是有一定范围的。

这范围像一顶以避雷针为中心的圆锥形的帐篷，罩在帐篷里面空间的物体，可以免遭雷击，这就是避雷针的保护范围。

国际电工委员会(IEC)推荐的滚球法计算。

1、根避雷针的保护范围：当避雷针的高度h≤hr时，距地面hr处作一条平行于地面的平行线，以避雷针的针尖为圆心，hr为半径画弧，交水平线于A、B 两点，又分别以A、B两点为圆心，hr为半径，从针尖向地面画弧。

如图5.1所示，则图中曲线就是避雷针保护范围的边界，保护范围是一个对称的锥体。

当避雷针的高度h≤hr时，在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针针尖作圆心，其余做法同上。

以图1中O点为原点，地面为X轴，避雷针为Y轴，建立直角坐标系。

那么B点的坐标为即。

以B点为圆心，避雷针在高度为hx的水平面上的保护半径r x为：。

当避雷针的高度h≥hr时：在避雷针上取高度为hr的一点代替单根避雷针针尖作圆心，其余做法同上。

2、两根等高避雷针的保护范围：当避雷针的高度h≤hr时，若两针之间的距离其保护范围按单根避雷针保护范围方法确定。

若，其保护范围按下面方法确定：在地面上，分别以两根避雷针为圆心，为半径画弧，两弧相交于E、C两点。

在AEBC外侧的保护范围，按单根避雷针的方法确定。

在地面每侧的最小保护宽度b0为：（勾股定理）因为。

在AOB轴线上，O’距地面高度为hr，以O’为圆心，O’A为半径，在AB两点间画弧。

若以O’O为y轴，地面为x轴建立直角坐标系，则O’的坐标为（0，hr），弧轨迹方程为：，那么，距离中心线任一距离x处，其保护范围边缘上的保护高度hr可由该式得出：3 燃气调压站防雷1) 露天设置的燃气调压设施最常用的避雷针是防御直击雷。

2) 燃气调压站布置在建筑物、构筑物内的，应按GB50057 的有关规定执行防雷分类及防雷措施。

3) 露天布置时，按GB 50183-2004的规定，由于阀门、管道、容器等是密闭的，且钢板厚度都大4mm，雷电流无法击穿，不需要装设避雷针(线)，但应做好防雷接地，冲击接地电阻不应大于30Ω。

4) 仪表信号和计算机等弱电设备电源防雷：雷电侵害主要是通过线路侵入。

对380VAC和220VAC的低压线路应进行过电压保护，按国家规范应有三部分：建议在高压变压器后端到二次低压设备的总配电盘间的电缆内芯线两端应对地加避雷器或保护器，作一级保护；在二次低压设备的总配电盘至二次低压设备的配电箱间电缆内芯线两端应对地加装避雷器保护器，作二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端应对地加装避雷器或保护器，作为三级保护。

目的是用分流(限幅)技术即采用高吸收能量的分流设备(避雷器)将雷电过电压(脉冲)能量分流泄人大地，达到保护目的，所以，分流(限幅)技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络保护的关键，因此，选择合格优良的避雷器或保护器至关重要。

5) 仪表信号和计算机等弱电设备信号防雷：对于信息系统，应分为粗保护和精细保护。

粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。

6) 防雷端子：对于信号系统的防雷，由于仪表信号的电源和信号线路一般汇集在附近控制室的控制柜内，因此常以接线端子形式出现，俗称防雷端子、雷电浪涌保护器等。

需要注意的是，各种信号如4~20mA、RS232/485、以太网络、视频网络线路等必须安装与信号类别匹配的浪涌保护器。

目前普遍对仪表信号系统的雷电浪涌防护还重视不够，常常引起设备的损坏。

7) 接地：不管哪种防雷保护型式，都必须有一个良好的接地系统，因所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄人大地，从而保护设备和人身安全。

另外还有防干扰的屏蔽问题，防静电的问题都需要通过建立良好的接地系统来解决。

8) 防雷问题是一个综合性的工作，要完善外部雷电防护：(1)设备防雷：通过避雷针或金属设备直接接地将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散。

(2)电源防雷：阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波。

(3)信号防雷：限制被保护设备上浪涌过压过流幅值在设备可承受的范围。

4 防静电1) 工业静电（industrial s tatic electricity）静电是对观测者处于相对静止的电荷。

由它所引起的磁场效应较之电场效应可以忽略不计。

静电可由物质的接触与分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。

工业静电是生产、储运过程中在物料、装置、人体、器材和构筑物上产生和积累起来的静电。

2) 在生产加工、储运过程中，设备、管道、操作工具及人体等，有可能产生和积聚静电而造成静电危害时，应采取静电接地措施。

3) 在进行静电接地时，必须注意下列部位的接地：1 装在设备内部而通常从外部不能进行检查的导体；2 装在绝缘物体上的金属部件；3 与绝缘物体同时使用的导体；4 被涂料或粉体绝缘的导体；5 容易腐蚀而造成接触不良的导体；6 在液面上悬浮的导体。

4) 固定设备：固定设备（塔、容器、机泵、换热器、过滤器等）的外壳，应进行静电接地。

若为覆土设备一般可不做静电接地。

与地绝缘的金属部件（如法兰、胶管接头、喷嘴等），应采用铜芯软绞线跨接引出接地。

5) 管道系统：管道在进出装置区（含生产车间厂房）处、分岔处应进行接地。

长距离无分支管道应每隔100m接地一次。

平行管道净距小于100mm时，应每隔20m加跨接线。

当管道交叉且净距小于100mm时，应加跨接线。

容量为50m3及以上的贮罐，其接地点不应少于两处，且接地点的间距不应大于30m，并应在罐体底部周围对称与接地体连接，接地体应连接成环形的闭合回路。

易燃或可燃液体的浮动式贮罐，在无防雷接地时，其罐顶与罐体之间应采用铜软线作不少于两处跨接，其截面不应小于25mm2，且其浮动式电气测量装置的电缆，应在引入贮罐处将铠装、金属外壳可靠地与罐体连接。

当金属法兰采用金属螺栓或卡子紧固时，一般可不必另装静电连接线，但应保证至少有两个螺栓或卡子间具有良好的导电接触面。

工艺管道的加热伴管，应在伴管进汽口、回水口处与工艺管道等电位连接。

风管及保温层的保护罩当采用薄金属板制作时，应咬口并利用机械固定的螺栓等电位连接。

金属配管中间的非导体管段，除需做特殊防静电处理外，两端的金属管应分别与接地干线相连，或用截面不小于6mm2的铜芯软绞线跨接后接地。

非导体管段上的所有金属件均应接地。

地下直埋金属管道可不做静电接地。

6) 人体防静电：操作人员在可能产生静电危害的场所，应采取下列措施：应正确使用各种防静电防护用品（如防静电鞋、防静电工作服、防静电手套等），不得穿戴合成纤维及丝绸衣物。

操作人员应徒手或徒手戴防静电手套触摸接地金属物体后方可进入工作场所。

禁止在爆炸危险场所穿脱衣服、帽子等。

5 接地系统1) 仪控系统大量采用仪表和RTU/PLC控制系统，其可靠性直接关系到燃气调压站的安全、稳定地运行。