2014安全工程師《生產(chǎn)技術(shù)》講義:雷擊和靜電防護技術(shù)

　　第三節(jié) 雷擊和靜電防護技術(shù)

　　一、防雷措施

　　1.建筑物防雷的分類

　　防雷的分類是指建筑物按其重要性、生產(chǎn)性質(zhì)、遭受雷擊的可能性和后果的嚴(yán)重性所進行的分類，劃分方法如下。

　　(1)第一類防雷建筑物，

　　1)凡制造、使用或儲存火炸藥及其制品的危險建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　2)具有0區(qū)或20區(qū)爆炸危險場所的建筑物。

　　3)具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險場所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　例如，火藥制造車間、乙炔站、電石庫、汽油提煉車間等。

　　(2)第二類防雷建筑物

　　1)國家級重點文物保護的建筑物。

　　2)國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站和飛機場、國賓館，國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。

　　3)國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義的建筑物。

　　4)國家特級和甲級大型體育館。

　　5)制造、使用或儲存火炸藥及其制品的危險建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡

　　者。

　　6)具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險場所的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　7)具有2區(qū)或22區(qū)爆炸危險場所的建筑物。

　　8)有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。

　　9)預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災(zāi)危險場所。

　　10)預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。

　　(3)第三類防雷建筑物

　　1)省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館。

　　2)預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災(zāi)危險場所。

　　3)預(yù)計雷擊次數(shù)大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。

　　4)在平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度在15m及以上的煙囪：水塔等孤立的高聳建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū)，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。

　　2.防雷技術(shù)分類

　　防雷主要分為外部防雷和內(nèi)部防雷以及防雷擊電磁脈沖。

　　1)外部防雷。即針對直擊雷的防護，不包括防止外部防雷裝置受到直接雷擊時向其他物體的反擊。

　　2)內(nèi)部防雷。包括防雷電感應(yīng)、防反擊以及防雷擊電涌侵入和防生命危險;

　　3)防雷擊電磁脈沖。是對建筑物內(nèi)電氣系統(tǒng)和電子系統(tǒng)防雷電流引發(fā)的電磁效應(yīng)，包含防經(jīng)導(dǎo)體傳導(dǎo)的閃電電涌和防輻射脈沖電磁場效應(yīng)。

　　3.防雷裝置

　　建筑物防雷裝置是指用于對建筑物進行雷電防護的整套裝置，由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成。

　　(1)外部防雷裝置。指用于防直擊雷的防雷裝置，由接閃器、引下線和接地裝置組成。

　　1)接閃器。接閃桿(以前稱為避雷針)、接閃帶(以前稱為避雷帶)、接閃線(以前稱為避雷線)、接閃網(wǎng)(以前稱為避雷網(wǎng))以及金屬屋面、金屬構(gòu)件等均為常用的接閃器。

　　接閃器是利用其高出被保護物的地位，把雷電引向自身，起到攔截閃擊的作用，通過引下線和接地裝置，把雷電流泄入大地，保護被保護物免受雷擊。

　　接閃器的保護范圍按滾球法確定。滾球法是假設(shè)以一定半徑的球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當(dāng)球體只觸及接閃器(包括被利用作為接閃器的金屬物)，和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物)，而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。此時對應(yīng)的球面線即保護范圍的輪廓線。滾球的半徑按建筑物防雷類別確定，一類為30m、二類為45m、三類為60m。

　　2)引下線。是連接接閃器與接地裝置的圓鋼或扁鋼等金屬導(dǎo)體，，用于將雷電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置。引下線應(yīng)滿足機械強度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求。防宜擊雷的專設(shè)引下線距建筑物出入口或人行道邊沿不宜小于3m。

　　3)接地裝置。是接地體和接地線的總合，用于傳導(dǎo)雷電流并將其流入大地。

　　除獨立接閃桿外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。

　　防雷接地電阻通常指沖擊接地電阻。沖擊接地電阻一般不等于工頻接地電阻，這是因為極大的雷電流自接地體流入土壤時，接地體附近形成很強的電場，擊穿土壤并產(chǎn)生火花，相當(dāng)于增大了接地體的泄放電流面積，減小了接地電阻。沖擊接地屯阻一般都小于工頻接地電阻。土壤電阻率越高，雷電流越大，以及接地體和接地線越短，則沖擊接地電阻減小越多。就接地電阻值而言，獨立接閃桿的沖擊接地電阻不宜大于10Ω;附設(shè)接閃器每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于 10Ω。為了防止跨步電壓傷人，防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口和人行道不應(yīng)小于3m。

　　【例題】建筑物防雷裝置是指用于對建筑物進行雷電防護的整套裝置，外部防雷裝置指用于防直擊雷的防雷裝置，以下不屬于外部防雷裝置的是()。

　　A.接閃器

　　B.電涌保護器

　　C.引下線

　　D.接地裝置

　　【答案】：B

　　(2)內(nèi)部防雷裝置。由屏蔽導(dǎo)體、等電位連接件和電涌保護器等組成。對于變配電設(shè)備，常采用避雷器作為防止雷電波侵入的裝置。

　　1)屏蔽導(dǎo)體。通常指電阻率小的良導(dǎo)體材料，如建筑物的鋼筋及金屬構(gòu)件;電氣設(shè)備及電子裝置金屬外殼;電氣及信號線路的外設(shè)金屬管、線槽、外皮、網(wǎng)、膜等。由屏蔽導(dǎo)體可構(gòu)成屏敝層，當(dāng)空間干擾電磁波入射到屏蔽層金屬體表面時，會產(chǎn)生反射和吸收，電磁能量被衰減，從而起到屏蔽作用。

　　2)等電位連接件。包括等電位連接帶、等電位連接導(dǎo)體等。利用其可將分開的裝置、諸導(dǎo)電物體連接起來以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差。

　　3)電涌保護器(SPD)。指用于限制瞬態(tài)過電壓和分泄電涌電流的器件。其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬態(tài)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，防止設(shè)備或系統(tǒng)遭受閃電電涌沖擊而損壞。

　　電涌保護器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少包含一個非線性元件。放電間隙、充氣放電管、晶體閘流管等非線性元器件在無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，當(dāng)出現(xiàn)電壓電涌時突變?yōu)榈妥杩?，由這類非線性元件作為基本元件的電涌保護器稱為“電壓開關(guān)型”或“克羅巴型”電涌保護器。壓敏電阻和抑制二極管等非線性元器件在無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗跟著連續(xù)變小，由這類非線性元件作為基本元件的電涌保護器稱為“限壓型”或“箝壓型”電，涌保護器。由電壓開關(guān)型元件和限壓型元件組合而成的電涌保護器，其特性隨所加電壓的特性可以表現(xiàn)為電壓開關(guān)型、限壓型或兩者皆有，被稱為“組合型”電涌保護器。

　　4)避雷器。避雷器是用來防護雷電產(chǎn)生的過電壓沿線路侵入變配電所或建筑物內(nèi)，以免危及被保護電氣設(shè)備的絕緣。按其結(jié)構(gòu)，避雷器主要分為閥型避雷器和氧化鋅避雷器等。閥型避雷器上端接在架空線路上，下端接地。正常時，避雷器對地保持絕緣狀態(tài);當(dāng)雷電沖擊波到來時，避雷器被擊穿，將雷電引入大地; 沖擊波過去后，避雷器自動恢復(fù)絕緣狀態(tài)。氧化鋅避雷器利用了氧化鋅閥片理想的非線性伏安特性，即在正常工頻電壓下呈高電阻特性，而在大電流時呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓。其具有無間隙、無續(xù)流、殘壓低等優(yōu)點，被廣泛使用。

　　4.防雷措施

　　各類防雷建筑物均應(yīng)設(shè)置防直擊雷的外部防雷裝置并應(yīng)采取防閃電電涌侵入的措施。此外，各類防雷建筑物還應(yīng)設(shè)內(nèi)部防雷裝置。在建筑物的地下室或地面層處，建筑物金屬體，金屬裝置，建筑物內(nèi)系統(tǒng)，進出建筑物的金屬管線等物體應(yīng)與防雷裝置做防雷等電位連接。并且，尚應(yīng)考慮外部防雷裝置與建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內(nèi)系統(tǒng)之間的間隔距離。

　　根據(jù)不同雷電種類，各類防雷建筑物所應(yīng)采取的主要防雷措施要求如下。

　　(1》直擊雷防護

　　第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物均應(yīng)設(shè)置防直擊雷的外部防雷裝置;高壓架空電力線路、變電站等也應(yīng)采取防直擊雷的措施。

　　直擊雷防護的主要措施是裝設(shè)接閃桿、架空接閃線或網(wǎng)。接閃桿分獨立接閃桿和附設(shè)接閃桿。獨立接閃桿是離開建筑物單獨裝設(shè)的，接地裝置應(yīng)當(dāng)單設(shè)。

　　第一類防雷建筑物的直擊雷防護，要求裝設(shè)獨立接閃桿、架空接閃線或網(wǎng)。

　　第二類和第三類防雷建筑物的直擊雷防護措施，宜采用裝設(shè)在建筑物上的接閃網(wǎng)、接閃帶或接閃桿，或由其混合組成的接閃器。

　　(2)閃電感應(yīng)防護

　　第一類防雷建筑物和具有爆炸危險的第二類防雷建筑物均應(yīng)采取防閃電感應(yīng)的防護措施。閃電感應(yīng)的防護主要有靜電感應(yīng)防護和電磁感應(yīng)防護兩方面。

　　1)靜電感應(yīng)防護――為了防止靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓，應(yīng)將建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架、鋼屋架、鋼窗、電纜金屬外皮等較大金屬物和突出屋面的放散管、風(fēng)管等金屬物，均應(yīng)與防閃電感應(yīng)的接地裝置相連。對第二類防雷建筑物可就近接至防直擊雷接地裝置或電氣設(shè)備的保護接地裝置上，可不單接接地裝置。

　　2)電磁感應(yīng)防護――為了防止電磁感應(yīng)，平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時，應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點之間的距離不應(yīng)超過30m;交叉凈距小于100mm時，其交叉處也應(yīng)跨接。當(dāng)長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處也應(yīng)用金屬線跨接。在非腐蝕環(huán)境下，對于不少于5根螺栓連接的法蘭盤可不跨接。防電磁感應(yīng)的接地裝置也可與其他接地裝置共用。

　　(3)閃電電涌侵入防護

　　第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物均應(yīng)采取防閃電電涌侵入的防護措施。屬于閃電電涌侵入造成的雷害事故很多。在低壓系統(tǒng)，這種事故占總雷害事故的70%以上。

　　室外低壓配電線路宜全線采用電纜直接埋地敷設(shè)，在入戶處應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管接到等電位連接帶或防閃電感應(yīng)的接地裝置上，在入戶處的總配電箱內(nèi)是否裝設(shè)電涌保護器應(yīng)根據(jù)具體情況按雷擊電磁脈沖防護的有關(guān)規(guī)定確定。

　　當(dāng)難于全線采用電纜時，不得將架空線路直接引入屋內(nèi)，允許從架空線上換接一段有金屬鎧裝(埋地部分的金屬鎧裝要直接與周圍土壤接觸)的電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入。這時，電纜首端必須裝設(shè)戶外型電涌保護器并與絕緣子鐵腳、金具、電纜金屬外皮等共同接地，入戶端的電纜金屬外皮、鋼管必須接到防閃電感應(yīng)接地裝置上。

　　(4)人身防雷

　　雷雨天氣情況下，人身防雷應(yīng)注意的要點如下。

　　1)為了防止直擊雷傷人，應(yīng)減少在戶外活動時間，盡量避免在野外逗留。應(yīng)盡量離開山丘、海濱、河邊、池旁，不要暴露于室外空曠區(qū)域。不要騎在牲畜上或騎自行車行走;不要用金屬桿的雨傘，不要把帶有金屬桿的工具如鐵鍬、鋤頭扛在肩上。避開鐵絲網(wǎng)、金屬曬衣繩。如有條件應(yīng)進入有寬大金屬構(gòu)架、有防雷設(shè)施的建筑物或金屬殼的汽車和船只。

　　2)為了防止二次放電和跨步電壓傷人，要遠離建筑物的接閃桿及其接地引下線;遠離各種天線、電線桿、高塔、，煙囪、旗桿、孤獨的樹木和沒有防雷裝置的孤立小建筑等。

　　3)雷雨天氣情況下，室內(nèi)人身防雷應(yīng)注意的要點有：

　　人體最好離開可能傳來雷電侵入波的照明線、動力線、電話線、廣播線、收音機和電視機電源線、收音機和電視機天線1.5m以上，盡量暫時不用電器，最好拔掉電源插頭。

　?、诓灰拷覂?nèi)的金屬管線，如暖氣片、自來水管、下水管等，以防止這些導(dǎo)體對人體的二次放電。

　?、坳P(guān)好門窗，防止球形雷竄入室內(nèi)造成危害。

　　二、靜電防護

　　1.環(huán)境危險程度的控制

　　為了防止靜電的危害，可采取以下控制所在環(huán)境爆炸和火災(zāi)危險性的措施。

　　(1)取代易燃介質(zhì)。例如，用三氯乙烯、四氯化碳、苛性鈉或苛性鉀代替汽油、煤油作洗滌劑，能夠具有良好的防爆效果。

　　(2)降低爆炸性氣體、蒸氣混合物的濃度。在爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境，采用機械通風(fēng)裝置及時排出爆炸性危險物質(zhì)。

　　(3)減少氧化劑含量。充填氮、二氧化碳或其他不活潑的氣體，減少爆炸性氣體、蒸氣或爆炸性粉塵中氧的含量，以消除燃燒條件?；旌衔镏醒鹾坎怀^8%時即不會引起燃燒。

　　2.工藝控制

　　工藝控制是消除靜電危害的重要方法。主要是從工藝上采取適當(dāng)?shù)拇胧拗坪捅苊忪o電的產(chǎn)生和積累。

　　(1)材料的選用

　　在存在摩擦而且容易產(chǎn)生靜電的工藝環(huán)節(jié)，生產(chǎn)設(shè)備宜使用與生產(chǎn)物料相同的材料，或采用位于靜電序列中段的金屬材料制成生產(chǎn)設(shè)備，以減輕靜電的危害。

　　(2)限制物料的運動速度

　　為了限制產(chǎn)生危險的靜電，汽車罐車采用頂部裝油時，裝油鶴管應(yīng)深入到槽罐的底部200mm。油罐裝油時，注油管出口應(yīng)盡可能接近油罐底部，對于電導(dǎo)率低于50pS/m的液體石油產(chǎn)品，初始流速不應(yīng)大于1m/s，當(dāng)注入口浸沒200mm后，可逐步提高流速，但最大流速不應(yīng)超過7m/s。灌裝鐵路罐車時，烴類液體在鶴管內(nèi)的容許流速按式(2??2)計算。式中V(單位：m/s)為烴類液體流速，D(單位：m)為鶴管內(nèi)徑的數(shù)值;灌裝汽車罐車時，烴類液體在鶴管內(nèi)的容許流速按式(2??3)計算。

　　VD≤0.8(2??2)

　　VD≤0.5(2??3)

　　(3)加大靜電消散過程

　　在輸送工藝過程中，在管道的末端加裝一個直徑較大的緩和器，可大大降低液體在管道內(nèi)流動時積累的靜電。例如，液體石油產(chǎn)品從精細過濾器出口到儲器應(yīng)留有30s的緩和時間。

　　為了防止靜電放電，在液體灌裝、循環(huán)或攪拌過程中不得進行取樣、檢測或測溫操作。進行上述操作前，應(yīng)使液體靜置一定的時間，使靜電得到足夠的消散或松弛。

　　3.靜電接地

　　接地是防靜電危害的最基本措施，它的目的是使工藝設(shè)備與大地之間構(gòu)成電氣上的泄漏通路，將產(chǎn)生在工藝過程的靜電泄漏于大地，防止靜電的積聚。在靜電危險場所，所有屬于靜電導(dǎo)體的物體必須接地。

　　凡用來加工、儲存、運輸各種易燃液體、易燃氣體和粉體的設(shè)備都必須接地。工廠或車間的氧氣、乙炔等管道必須連成一個整體，并予以接地?？赡墚a(chǎn)生靜電的管道兩端和每隔200―300m處均應(yīng)接地。平行管道相距10cm以內(nèi)時，每隔20m應(yīng)用連接線互相連接起來。管道與管道或管道與其他金屬物件交叉或接近，其間距離小于10cm時，也應(yīng)互相連接起來。

　　汽車槽車、鐵路槽車在裝油之前，應(yīng)與儲油設(shè)備跨接并接地;裝、卸完畢先拆除油管，后拆除跨接線和接地線。

　　因為靜電泄漏電流很小，所有單純?yōu)榱讼龑?dǎo)體上靜電的接地，其防靜電接地電阻原則上不得超過1MΩ即可;但出于檢測方便等考慮，規(guī)程要求接地電阻不應(yīng)大于100Ω。

　　4.增濕

　　局部環(huán)境的相對濕度宜增加至50%以上。增濕的作用主要是增強靜電沿絕緣體表面的泄漏。增濕并非對絕緣體都有效果，關(guān)鍵是要看其能否在表面形成水膜。只有當(dāng)隨濕度的增加，表面容易形成水膜的絕緣體如醋酸纖維、紙張、橡膠等，才能有效消除靜電。

　　5.抗靜電添加劑

　　抗靜電添加劑是具有良好導(dǎo)電性或較強吸濕性的化學(xué)藥劑。加入抗靜電添加劑之后，材料能降低體積電阻率或表面電阻率。

　　6.靜電中和器

　　靜電中和器是指將氣體分子進行電離，產(chǎn)生消除靜電所必要的離子(一般為正、負(fù)離子對)的機器，也稱為靜電消除器。使用靜電中和器，讓與帶電物體上靜電荷極性相反的離子去中和帶電物體上的靜電，以減少物體上的帶電量。

　　7.為了防止人體靜電的危害，在氣體爆炸危險場所的等級屬0區(qū)及1區(qū)時，作業(yè)人員應(yīng)穿防靜電工作服，防靜電工作鞋、襪，佩戴防靜電手套。禁止在靜電危險場所穿脫衣物、帽子及類似物，并避免劇烈的身體運動。

　　【例題】為了防止靜電的危害，可采取的控制措施是( )、抗靜電添加劑、靜電中和器。

　　A.環(huán)境危險程度的控制

　　B.靜電接地

　　C.使用惰化技術(shù)

　　D.工藝控制

　　E.增濕

　　【答案】：ABDE

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