1、1煤气站防雷保护装置的分析淄博骏马电子有限责任公司 邱贻刚摘要雷电的放电过程实质上就是雷云中的电荷与大地中和的过程。防雷保护装置就是试图将雷电吸引到接闪器上，然后通过引下线将雷电引入大地。发生炉煤气站的防雷保护已经引起人们的重视，但是防雷保护装置的安装却极不规范，其间存在着严重的事故隐患。愿本文能够引起人们对规范安装防雷保护装置的重视。关键词：雷电 静电感应 防雷保护装置 接地一 、前言近几年来，随着煤气发生炉的蓬勃发展，煤气发生炉应用的行业越来越广，技术越来越完善，自动化程度越来越高。同时，随着人们安全意识的加强，避雷保护装置逐渐在煤气站中出现。但是通过观察，目前大多数煤气站的避雷保护装置安
2、装不够合理，有的甚至存在严重的事故隐患。本文通过对雷电的形成及防雷保护装置工作原理的分析，论述了不规范安装防雷保护装置的危害，以提高煤气发生炉生产制作单位对防雷保护装置的认识。为了起到抛砖引玉的作用，笔者还设计了一个煤气站防雷保护装置的方案，愿与广大同行共同讨论煤气站防雷保护的问题。2二 、雷电放电的过程雷电放电包括雷云对大地、雷云对雷云、和雷云内部的放电现象。我们主要研究雷云对大地的放电，这是造成雷电事故的主要因素。雷电按其发展的方向可分为上行雷和下行雷两种。下行雷是在雷云中产生并向大地发展的；上行雷则是由接地物体顶部激发起，并向雷云方向发展的。雷电的极性是按照从雷云流入大地的电荷的符号决定
3、的。广泛的实测表明，不论地质情况如何 90%左右是负极性雷。下行的负极性雷通常分为三个主要阶段，即：先导、主放电、余光放电。先导过程延续约几毫秒，以逐渐发展的、高电导的、高温的、具有极高电位的先导通道将雷云到大地之间的气隙击穿。当下行先导和大地短接时，发生先导通道放电的过渡过程。这个过程很像充电的长线在前端与地短接的过程，称为主放电过程。在主放电过程中，通道产生突发的亮光，发出巨大的声响，产生巨大的（最大可达几百千安）延续时间近百微秒的冲击电流。此过程是雷电最大的破坏过程。放电完成后，云中的剩余电荷沿着雷电通道继续流向大地，此时为雷电的第三个阶段称为余光放电。相应的电流是逐渐衰减的，约为 10
4、310 1A，延续时间约为几毫秒。上述这三个阶段组成下行负极性雷的第一个分量。通常雷电一般有几个甚至十几个后续分量。每个后续分量也是由先导、主放电、余光放电组成。各分量中的最大电流和电流增长最大陡度是造成被击物体上的过电压、3电动力和爆破力的主要因素。而在余光阶段中流过较长时间的电流则是造成雷电热效应的重要因素之一。三 、防雷保护装置的组成及工作原理防雷保护装置包括接闪器、引下线、接地装置三个部分。其中接闪器可分为避雷针、避雷带、避雷网、避雷线几种形式，一般使用避雷针。在雷电先导的初始发展阶段，因先导离地面较高，故先导发展的方向不受地面物体的影响。但当先导发展到某一高度时地面上的避雷针将会影响
5、先导的发展方向，使先导向避雷针定向发展。这是因为避雷针较高，并且有良好的接地，在针上因静电感应积聚了与先导极性相反的电荷使其附近的电场强度显著增强的缘故。此时先导放电电场开始被避雷针所歪变，将先导放电的途径引向避雷针本身。随着先导的定向发展，针上的电场强度又将大大增加而产生自引向上的迎面先导，更增强了避雷针的引雷作用。雷电被吸引到避雷针本身上来，并通过引下线及可靠的接地装置安全的将雷电流引入大地，从而保护了设备。四 、煤气站防雷保护装置的现状及存在的隐患当前大多数煤气站一般在站内几个制高点上，如炉体平台上方的房顶、电捕焦油器、电捕清油器、洗涤塔等设备的顶部随便焊上几根避雷针。其实这样不但起不到
6、避雷作用，反而更容易遭受雷电的袭击。1 、 从防雷设施的工作原理中我们可以看到，避雷针的实质就是一个引4雷器。它将天空中飘忽不定的雷云吸引到自身上，并通过引下线及可靠的接地装置将雷电流引入大地。目前煤气站上大多数的避雷针都没有引下线和接地装置，都是利用设备外壳作为引下线，以设备的混凝土基础作为接地装置。那么，一旦被焊上避雷针的设备因为土质原因或腐蚀造成接地不良，于是这台设备轻则外壳带电重则就要遭受雷击。2 、电捕焦油器、电捕清油器作为一种利用静电原理进行工作的设备，与其他设备有一个重要的区别。一般设备的外壳正常情况下是不带电的。而电捕器的外壳带正电荷，并且随着电捕器工作时偶尔的放电，还会在外壳
7、上感应出大量的电荷。不过由于电捕器外壳接地，电荷都与大地中和，所以我们平时接触电捕器的外壳时感觉不到电荷的存在。由此可见，电捕器的接地是一种工作接地。电捕器所用的高压直流电源的控制部分还要以工作接地为基准取一些反馈信号，为控制部分提供数据显示、分析的依据。电捕器对接地的要求很高，一般要求接地电阻不大于 2 欧姆。 （而避雷接地装置的接地电阻要求不大于 10 欧姆，特殊情况下还可以再大些。 ）将避雷针安装在电捕器上共用一个接地装置容易对高压直流电源的控制部分产生干扰，严重时能烧毁高压直流电源的控制系统。所以电气工程安装规范规定像煤气站这种第一类工业建筑物和构筑物，首先应设独立避雷针或架空避雷线。
8、另外规范还规定第一类工业建筑物和构筑物应有防止雷电感应的措施，并且防雷电感应的接地装置不应5与独立避雷针共用一个接地装置。五 、煤气站防雷保护装置的设计实例一个单段发生炉煤气站的平面布置如图 1其中：炉子平台顶部高度为 20 米。炉子放散管的管口至地面高度为 22 米。电捕器高度为 9 米。电捕器顶部放散管口至地面高度为 11 米。需保护的范围近似一个 35 米12 米的长方形。放散管的管口上方 2 米应在保护范围内。经过计算，我们在 A 点和 B 点各安装一只独立的避雷针。A 点避雷针高 36 米，B 点避雷针高 22 米。避雷针的保护范围如图 2 所示。A 针主要保护炉子平台，我们计算两个
9、高度的保护范围：1、平台顶部（即 20 米高度）的保护范围R12 是 A 针在 20 米高度上的保护半径；R12=3620 16 米2、平台顶部放散管以上 2 米（22+224 米）的保护范围R13 是 A 针在 24 米高度上的保护半径；R13 36 2412 米由图 2 可见平台顶部及放散管以上 2 米的地方都在 A 针的保护范围内。6B 针主要保护净化区内的设备及加压风机，我们也是计算两个高度的保护范围：1、电捕器及双竖管顶部（9 米高度）的保护范围R22 是 B 针在 9 米上的保护半径：R22 1.52229331815 米2、电捕器放散管以上 2 米（11+213 米）的保护范围R
10、23 是 B 针在 13 米高度上的保护半径：R23 22 139 米我们将两支避雷针的保护范围在图 2 上画出来，从图中可以看出两支避雷针的保护范围覆盖了整个煤气站，并且房顶、放散管上方 2 米处都在保护范围内，说明这个煤气站中两支避雷针的设置是有效的。技术要求：1、避雷针的引下线采用截面不小于 48mm2 的镀锌扁钢。焊接部分搭接200mm 满焊后涂沥青漆；2、接地装置采用长 2.5 米，壁厚 3.5mm 以上的钢管为接地体，垂直砸入地下，埋没深度不小于 0.5 米。若接地电阻达不到要求可多砸入几根，间距5 米；3、接地电阻不大于 10 欧姆；为防止雷电感应，站内还应采取以下措施：71、 建筑物和构筑物内的金属物（如设备、管道等）和突出屋面的金属物（如放散管）均应接到防雷电感应的接地装置上。2、 防雷电感应的接地装置，其接地电阻不应大于 10 欧姆，并应和电器设备接地装置共用。此接地装置与避雷针接地装置之间的距离不得小于3 米。以上设计，目的在于介绍一下防雷装置保护范围的计算方法和部分设计规范，对于具体煤气站还要根据现场情况，如空间、周围建筑物的情况具体分析。六 、参考文献高电压技术 周泽存 主编 水利电力出版社出版 工厂及民用建筑实用技术 王洪权 王树智 郭玉珠 主编河南科学技术出版社出版电气工程标准规范综合应用手册 中国建筑工业出版社
