化工安全技術(shù)第六章電氣安全與靜電防護技術(shù)第一節(jié)電氣安全技術(shù)

第二節(jié)靜電防護技術(shù)

第三節(jié)防雷技術(shù)第六章電氣安全與靜電防護技術(shù)第三節(jié)防雷技術(shù)

一、雷電的形成、分類及危害

1．雷電的形成地面蒸發(fā)的水蒸氣在上升過程中遇到上部冷空氣凝成小水滴而形成積云，此外，水平移動的冷氣團或熱氣團在其前鋒交界面上也會形成積云。云中水滴受強氣流吹襲時，通常會分成較小和較大的部分，在此過程中發(fā)生了電荷的轉(zhuǎn)移，形成帶相反電荷的雷云。隨著電荷的增加，雷云的電位逐漸升高。當帶有不同電荷的雷云或雷云與大地凸出物相互接近到一定程度時，將會發(fā)生激烈的放電，同時出現(xiàn)強烈閃光。由于放電時溫度可高達20000℃，空氣受熱急劇膨脹，隨之發(fā)生爆炸的轟鳴聲，這就是電閃與雷鳴。

2．雷電的分類如前所述，雷電實質(zhì)上就是大氣中的放電現(xiàn)象，最常見的是線形雷，有時也能見到片形雷，個別情況下還會出現(xiàn)球形雷。雷電通?？煞譃橹睋衾缀透袘?yīng)雷兩種。

（1）直擊雷大氣中帶有電荷的雷云對地電壓可高達幾十萬千伏。當雷云同地面凸出物之間的電場強度達到該空間的擊穿強度時所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，就是通常所說的雷擊。這種對地面凸出物直接的雷擊稱為直擊雷。雷云接近地面時，地面感應(yīng)出異性電荷，兩者組成巨大的電容器。雷云中的電荷分布很不均勻，地面又是起伏不平，故其間的電場強度也是很不均勻的。全部放電時間一般不超過0.5S。（2）感應(yīng)雷也稱雷電感應(yīng)，分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種。靜電感應(yīng)是在雷云接近地面，在架空線路或其他凸出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起的。在雷云與其他部位放電后，架空線路或凸出物頂部的電荷失去束縛，以雷電波的形式，沿線路或凸出物極快地傳播。電磁感應(yīng)是由雷擊后伴隨的巨大雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場引起的。這種磁場能使附近金屬導(dǎo)體或金屬結(jié)構(gòu)感應(yīng)出很高的電壓。3．雷電的危害雷擊時，雷電流很大，其值可達數(shù)十至數(shù)百千安培，由于放電時間極短，故放電陡度甚高，每秒達50KA；同時雷電壓也極高。因此雷電有很大的破壞力，它會造成設(shè)備或設(shè)施的損壞，造成大面積停電及生命財產(chǎn)損失。其危害主要有以下幾個方面。

（1）電性質(zhì)破壞雷電放電產(chǎn)生極高的沖擊電壓，可擊穿電氣設(shè)備的絕緣，損壞電氣設(shè)備和線路，造成大面積停電。由于絕緣損壞還會引起短路，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故。絕緣的損壞為高壓竄入低壓、設(shè)備漏電創(chuàng)造了危險條件，并可能造成嚴重的觸電事故。巨大的雷電流流入地下，會在雷擊點及其連接的金屬部分產(chǎn)生極大的對地電壓，也可直接導(dǎo)致因接觸電壓或跨步電壓而產(chǎn)生的觸電事故。

（2）熱性質(zhì)破壞強大雷電流通過導(dǎo)體時，在極短的時間將轉(zhuǎn)換為大量熱量，產(chǎn)生的高溫會造成易燃物燃燒，或金屬熔化飛濺，而引起火災(zāi)、爆炸。

（3）機械性質(zhì)破壞由于熱效應(yīng)使雷電通道中木材纖維縫隙或其他結(jié)構(gòu)中縫隙里的空氣劇烈膨脹，同時使水分及其他物質(zhì)分解為氣體，因而在被雷擊物體內(nèi)部出現(xiàn)強大的機械壓力，使被擊物體遭受嚴重破壞或造成爆裂。

（4）電磁感應(yīng)雷電的強大電流所產(chǎn)生的強大交變電磁場會使導(dǎo)體感應(yīng)出較大的電動勢，并且還會在構(gòu)成閉合回路的金屬物中感應(yīng)出電流，這時如果回路中有的地方接觸電阻較大，就會發(fā)生局部發(fā)熱或發(fā)生火花放電，這對于存放易燃、易爆物品的場所是非常危險的。

（5）雷電波入侵雷電在架空線路、金屬管道上會產(chǎn)生沖擊電壓，使雷電波沿線路或管道迅速傳播。若侵入建筑物內(nèi)，可造成配電裝置和電氣線路絕緣層擊穿，產(chǎn)生短路，或使建筑物內(nèi)易燃易爆品燃燒和爆炸。

（6）防雷裝置上的高電壓對建筑物的反擊作用當防雷裝置受雷擊時，在接閃器、引下線和接地體上均具有很高的電壓。如果防雷裝置與建筑物內(nèi)、外的電氣設(shè)備、電氣線路或其他金屬管道的相隔距離很近，它們之間就會產(chǎn)生放電，這種現(xiàn)象稱為反擊。反擊可能引起電氣設(shè)備絕緣破壞，金屬管道燒穿，甚至造成易燃、易爆品著火和爆炸。

（7）雷電對人的危害雷擊電流若迅速通過人體，可立即使人的呼吸中樞麻痹，心室顫動、心跳驟停，以致使腦組織及一些主要臟器受到嚴重損壞，出現(xiàn)休克甚至突然死亡。雷擊時產(chǎn)生的火花、電弧，還會使人遭到不同程度的灼傷。二、常用防雷裝置的種類與作用常用防雷裝置主要包括避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶、保護間隙及避雷器。

完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置。而上述避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶及避雷器實際上都只是接閃器。除避雷器外，它們都是利用其高出被保護物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過引下線和接地裝置把雷電流泄入大地，使被保護物免受雷擊。各種防雷裝置的具體作用如下。防雷裝置引下線接地裝置接閃器避雷針:主要用來保護露天變配電設(shè)備及比較高大的建（構(gòu)）筑物。避雷線:主要用來保護輸電線路，線路上的避雷線也稱為架空地線。避雷網(wǎng)：主要用來保護建（構(gòu)）筑物。分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷同兩大類。避雷帶：主要用來保護建（構(gòu)）筑物。保護間隙及避雷器：是一種最簡單的避雷器。避雷器：主要用來保護電力設(shè)備，是一種專用的防雷設(shè)備。

（1）避雷針主要用來保護露天變配電設(shè)備及比較高大的建（構(gòu)）筑物。它是利用尖端放電原理，避免設(shè)置處所遭受直接雷擊。（2）避雷線主要用來保護輸電線路，線路上的避雷線也稱為架空地線。避雷線可以限制沿線路侵入變電所的雷電沖擊波幅值及陡度。

（3）避雷網(wǎng)主要用來保護建（構(gòu)）筑物。分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷同兩大類。沿建筑物上部明裝金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿外墻裝引下線接到接地裝置上，稱為明裝避雷網(wǎng)，一般建筑物中常采用這種方法。而把整個建筑物中的鋼筋結(jié)構(gòu)連成一體，構(gòu)成一個大型金屬同籠，稱為籠式避雷網(wǎng)?；\式避雷同又分為全部明裝避雷網(wǎng)、全部暗裝避雷網(wǎng)和部分明裝部分暗裝避雷網(wǎng)等幾種。如高層建筑中都用現(xiàn)澆的大模板和預(yù)制裝配式壁板，結(jié)構(gòu)中鋼筋較多，把它們從上到下與室內(nèi)的上下水管、熱力管網(wǎng)、煤氣管道、電氣管道、電氣設(shè)備及變壓器中性點等均連接起來，形成一個等電位的整體，叫做籠式暗裝避雷網(wǎng)。

（4）避雷帶主要用來保護建（構(gòu)）筑物。該裝置包括沿建筑物屋頂四周易受雷擊部位明設(shè)的金屬帶、沿外墻安裝的引下線及接地裝置構(gòu)成。多用在民用建筑，特別是山區(qū)的建筑。一般而言，使用避雷帶或避雷網(wǎng)的保護性能比避雷針的要好。

（5）保護間隙是一種最簡單的避雷器。

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（6）避雷器主要用來保護電力設(shè)備，是一種專用的防雷設(shè)備。分為管型和閥型兩類。它可進一步防止沿線路侵人變電所或變壓器的雷電沖擊波對電氣設(shè)備的破壞。防雷電波的接地電阻一般不得大于5～30Ω，其中閥型避雷器的接地電阻不得大于5～10Ω。（5）保護間隙是一種最簡單的避雷器。將它與被保護的設(shè)備并聯(lián)，當雷電波襲來時，間隙先行被擊穿，把雷電流引入大地，從而避免被保護設(shè)備因高幅值的過電壓而被擊穿。保護間隙的原理結(jié)構(gòu)如圖6－29所示。保護間隙主要由直徑6～9mm的鍍鋅圓鋼制成的主間隙；和輔助間隙組成。主間隙做成羊角型，以便其間產(chǎn)生電弧時，因空氣受熱上升，被推移到間隙的上方，拉長而熄滅。因為主間隙暴露在空氣中，比較容易短接，所以加上輔助間隙，防止意外短路。保護間隙的擊穿電壓應(yīng)低于被保護設(shè)備所能承受的最高電壓。

三、建（構(gòu)）筑物、化工設(shè)備及人體的防雷

1．建（構(gòu)）筑物的防雷

（1）第一類建筑物及其防雷保護凡在建筑物中存放爆炸物品或正常情況下能形成爆炸性混合物，因電火花而會發(fā)生爆炸，致使房屋毀壞和造成人身傷亡者。

這類建筑物應(yīng)裝設(shè)獨立避雷針防止直擊雷；對非金屬屋面應(yīng)敷設(shè)避雷網(wǎng)，室內(nèi)一切金屬設(shè)備和管道，均應(yīng)良好接地并不得有開口環(huán)路，以防止感應(yīng)過電壓；采用低壓避雷器和電纜進線，以防雷擊時高電壓沿低壓架空線侵入建筑物內(nèi)。采用低壓電纜與避雷器防止高電位侵人時，電纜首端設(shè)低壓FS型問型避雷器，與電纜外皮及絕緣于鐵腳共同接地；電纜末端外皮一般須與建筑物防感應(yīng)雷接地電阻相連。當高電位到達電纜首端時，避雷器擊穿，電纜外皮與電纜芯連通，由于肌膚效應(yīng)及芯線與外皮的互感作用，便限制了芯線上的電流通過。當電纜長度在50m以上、接地電阻不超過10Ω的，絕大部分電流將經(jīng)電纜外皮及首端接地電阻人地。殘余電流經(jīng)電纜末端電阻入地，其上壓降即為侵入建筑物的電位，通?？山档偷皆档?％～2％以下。（2）第二類建筑物及其防雷保護

劃分條件同第一類，但在因電火花而發(fā)生爆炸時，不致引起巨大破壞或人身事故，或政治、經(jīng)濟及文化藝術(shù)上具有重大意義的建筑物。

這類建筑物可在建筑物上裝避雷針或采用避雷針和避雷帶混合保護，以防直擊雷。室內(nèi)一切金屬設(shè)備和管道，均應(yīng)良好接地并不得有開口環(huán)路，以防感應(yīng)雷；采用低壓避雷器和架空進線，以防高電位沿低壓架空線侵人建筑物內(nèi)。采用低壓避雷器與架空進線防止高電位侵人時，必須將150m內(nèi)進線段所有電桿上的絕緣于鐵腳都接地；低壓避雷器裝在入戶墻上。當高電位沿架空線侵入時，由于絕緣于表面發(fā)生閃絡(luò)及避雷器擊穿，便降低了架空線上的高電位，限制了高電位的侵入。（3）第三類建筑物及其防雷保護凡不屬第一、二類建筑物但需實施防雷保護者。這類建筑物防止直擊雷可在建筑物最易遭受雷擊的部位伯屋脊、屋角、山墻等）裝設(shè)避雷帶或避雷針，進行重點保護。若為鋼筋混凝土屋面，則可利用其鋼筋作為防雷裝置；為防止高電位侵入，可在進戶線上安裝放電間隙或?qū)⑵浣^緣子鐵腳接地。對建（構(gòu)）筑物防雷裝置的要求①建（構(gòu)）筑物接地的導(dǎo)體截面不應(yīng)小于表6—8中所列數(shù)值。

②引下線要沿建筑物外墻以最短路徑敷設(shè)，不應(yīng)構(gòu)成環(huán)套或銳角，引下線的一般彎曲點為軟彎，且不小于90°；彎曲過大時，必須D＞L／10的要求。D指彎曲時開口點的垂直長度（m）；L為彎曲部分的實際長度（m）。若因建筑藝術(shù)有專門要求時，也可采取暗敷設(shè)方式，但其截面要加大一級。

③建（構(gòu)）筑物的金屬構(gòu)件伯消防梯）等可作為引下線，但所有金屬部件之間均應(yīng)連接成良好的電氣通路。

④采取多根引下線時，為便于檢查接地電阻及檢查引下線與接地線的連接狀況，宜在各引線距地面1．8m處設(shè)置斷續(xù)卡。

⑤易受機械損傷的地方，在地面上約1.7m至地下0.3m的一段應(yīng)加保護管。保護管可為竹管、角鋼或塑料管。如用鋼管則應(yīng)順其長度方向開一豁口，以免高頻雷電流產(chǎn)生的磁場在其中引起渦流而導(dǎo)致電感量增大，加大了接地阻抗，不利于雷電流入地。

⑥建（構(gòu)）筑物過電壓保護的接地電阻值應(yīng)能符合要求，具體規(guī)定可見表6-9。

⑦對垂直接地體的長度、極間距離等要求，與接地或接零中的要求相同，而防止跨步電壓的具體措施，則和對獨立避雷針時的要求一樣。2．化工設(shè)備的防雷

①當罐頂鋼板厚度大于4mm，且裝有呼吸閥時，可不裝設(shè)防雷裝置。但油罐體應(yīng)作良好的接地，接地點不少于兩處，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(yīng)在罐頂裝設(shè)避雷針，且避雷針與呼吸閥的水平距離不應(yīng)小于3m，保護范圍高出呼吸閥不應(yīng)小于2m。

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非金屬易燃液體的貯罐應(yīng)采用獨立的避雷針，以防止直接雷擊。同時還應(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、量油孔、采氣孔應(yīng)做良好接地。接地點不少于兩處，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

a．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處接地，每處接地電阻不大于30Ω。

b．當上述管道與爆炸危險廠房平行敷設(shè)而間距小于10m時，在接近廠房的一段，其兩端及每隔30～40m應(yīng)接地，接地電阻不大于20Ω。

c．當上述管道連接點（彎頭、閥門、法蘭盤等）。不能保持良好的電氣接觸時，應(yīng)用金屬線跨接。

d．接地引線可利用金屬支架，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。

e．接地裝置可利用電氣設(shè)備保護接地的裝置。3．人體的防雷雷電活動時，由于雷云直接對人體放電，產(chǎn)生對地電壓或二次反擊放電，都可能對人造成電擊。因此，應(yīng)注意必要的安全要求。

①雷電活動時，非工作需要，應(yīng)盡量少在戶外或曠野逗留；在戶外或野外處最好穿塑料等不浸水的雨衣；如有條件，可進人有寬大金屬構(gòu)架或有防雷設(shè)施的建筑物、汽車或船只內(nèi)；如依靠建筑物屏蔽的街道或高大樹木屏蔽的街道躲避時，要注意離開墻壁和樹干距離5m以上。

②雷電活動時，應(yīng)盡量離開小山、小丘或隆起的小道，應(yīng)盡量離開海濱、湖濱、河邊、池旁，應(yīng)盡量離開鐵絲網(wǎng)、金屬晾衣繩以及旗桿、煙囪、高塔、孤獨的樹木附近，還應(yīng)盡量離開沒有防雷保護的小建筑物或其他設(shè)施。

③雷電活動時，在戶內(nèi)應(yīng)注意雷電侵人波的危險，應(yīng)離開照明線、動力線、電話線、廣播線、收音機電源線、收音機和電視機天線以及與其相連的各種設(shè)備，以防止這些線路或設(shè)備對人體的二次放電。調(diào)查資料說明，戶內(nèi)70％以上的人體二次放電事故發(fā)生在相距1m以內(nèi)的場合，相距1．5m以上的尚未發(fā)現(xiàn)死亡事故。由此可見，在發(fā)生雷電時，人體最好離開可能傳來雷電侵人波的線路和設(shè)備1．5m以上。應(yīng)當注意，僅僅拉開開關(guān)防止雷擊是不起作用的。雷電活動時，還應(yīng)注意關(guān)閉門窗，防止球形雷進人室內(nèi)造成危害。

④防雷裝置在接受雷擊時，雷電流通過會產(chǎn)生很高電位，可引起人身傷亡事故。為防止反擊發(fā)生，應(yīng)使防雷裝置與建筑物金屬導(dǎo)體間的絕緣介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)電壓大于反擊電壓，并劃出一定的危險區(qū)，人員不得接近。

⑤當雷電流經(jīng)地面雷擊點的接地體流人周圍土壤時，會在它周圍形成很高的電位，如有人站在接地體附近，就會受到雷電流所造成的跨步電壓的危害。

⑥當雷電流經(jīng)引下線接地裝置時，由于引下線本身和接地裝置都有阻抗，因而會產(chǎn)生較高的電壓降，這時人若接觸，就會受接觸電壓危害，均應(yīng)引起人們注意。

⑦為了防止跨步電壓傷人，防直擊雷接地裝置距建筑物、構(gòu)筑物出人口和人行道的距離不應(yīng)少于3m。當小于3m時，應(yīng)采取接地體局部深埋、隔以瀝青絕緣層、敷設(shè)地下均壓條等安全措施。4．防雷裝置的檢查為了使防雷裝置具有可靠的保護效果，不僅要有合理的設(shè)計和正確的施工，還要建立必要的維護保養(yǎng)制度，進行定期和特殊情況下的檢查。

①對于重要設(shè)施，應(yīng)在每年雷雨季節(jié)以前做定期檢查。對于一般性設(shè)施，應(yīng)每2～3年在雷雨季節(jié)前做定期檢查。如有特殊情況，還要做臨時性的檢查。

②檢查是否由于維修建筑物或建筑物本身變形，使防雷裝置的保護情況發(fā)生變化。

③檢查各處明裝導(dǎo)體有無因銹蝕或機械損傷而折斷的情況，如發(fā)現(xiàn)銹蝕在30％以上，則必須及時更換。

④檢查接閃器有無因遭受雷擊后而發(fā)生熔化或折斷，避雷器瓷套有無裂紋、碰傷的情況，并應(yīng)定期進行預(yù)防性試驗。

⑤檢查接地線在距地面2m至地下0.3m的保護處有無被破壞的情況。

⑥檢查接地裝置周圍的土壤有無沉陷現(xiàn)象。

⑦測量全部接地裝置的接地電阻，如發(fā)現(xiàn)接地電阻有很大變化，應(yīng)對接地系統(tǒng)進行全面檢查，必要時設(shè)法降低接地電阻。

⑧檢查有無因施工挖土、敷設(shè)其他管道或種植樹木而損壞接地裝置的情況。事故案例

【案例1】1981年4月，河北省某油漆廠發(fā)生火災(zāi)事故，重傷7人，輕傷3人。事故的原因是，對輸送苯、汽油等易燃物品的設(shè)備和管道在設(shè)計時沒有考慮靜電接地裝置，以致物料流動摩擦產(chǎn)生的靜電不能及時導(dǎo)出，積累形成很高的電位，放電火花導(dǎo)致油漆稀料著火?！景咐?】1982年7月，吉林省某有機化工廠從國外引進的乙醇裝置中，乙烯壓縮機