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              防雷設施隱患排查要點
               

              文:朱以剛    圖:蔣良君

              【摘要】本文介紹了防雷常用國標、行標和九個方面的防雷設施隱患排查方法:避雷網、避雷帶、避雷引下線、避雷線、避雷針、避雷器、防雷接地、變壓器防雷、變配電所防雷,值得一看。


               

              雷電,從對用電系統危害性的角度,分為直擊雷、感應雷、雷電侵人波三類。直擊雷、感應雷、雷電侵入波的產生,都源于雷云??罩欣自?,有的整體顯正電荷性,有的整體顯負電荷性。
              直擊雷的產生:
              當廠區內有一帶電荷的雷云,處于相對較低的高空時,通常在其周圍的高空,存在帶異性電荷的另一雷云。兩個雷云,在一定的氣象條件下,電荷會不斷積累,使兩者之間的電場強度不斷增強。電場強度增強到一定程度,會將兩個雷云之間的空氣絕緣擊穿,出現放電,產生閃電和雷鳴,這就是在雨天常見的打雷另一種情況,在廠區內高空中有一個帶電荷的雷云,其周圍沒有另一帶異性電荷的雷云可供放電。此時,這一個帶電荷的雷云,會對廠內的靜設備、動設備、電氣設備、管線、框架等感應出異性電荷,這個過程屬靜電感應。隨著高空雷云與廠內設備、管線、框架之間的電場強度不斷增強,空氣絕緣被擊穿,出現空中雷云對地放電,即發生直擊雷擊廠內靜設備、動設備、電氣設備、管線、框架事故。
              廠區內的靜設備、動設備、電氣設備、管線、框架被直擊雷擊到后,會產生高電位,引起過電壓,流過幾十千安至幾百千安的強大雷電流。過高雷過電壓會導致設備絕緣被擊穿強大雷電流遇到電氣通路不暢通、接觸電阻值大的部位,會產生高熱和放電火花。兩種情況都會導致設備、設施損壞。
              感應雷的產生:
              感應雷由靜電感應和電磁感應引起。如前所述,在設備、設施、管線上靜電感應到異性電荷后,雷擊放電,此時,雷云與設備、設施、管線間的電場已經消失。但是,在設備、設施、管線上聚集的電荷,并不能及時引向大地,從而形成設備、設施、管線高電位放電。
              另外,經過雷電作用后,產生強大雷電流;強大雷電流產生強大的交變電磁場;強大的交變電磁場,會使導體感應出很大的電動勢。如果具備導體閉合回路這個條件,還會感應出強大的電流,這就是電磁感應。強大的電流會損壞電氣設備;強大的電流流經接觸電阻大的部位,會產生高熱和放電火花
              雷電侵入波的產生:
              雷電是沖擊波,有很強的沖擊電壓。雷電侵入波會侵入不帶絕緣層的架空“光身”線路,使其產生過電壓,然后通過線路進入變、配電所和變壓器。這是廠區電氣、儀表防雷的重點。
              石油化工廠區面積大,用電設備多,廠內既有成片的金屬設施、水池,又有在高處安裝的
              電氣、儀表設備和爐、罐、塔、架。每年都可能因打雷而引起設備、裝置不能正常運行。
              石油化工廠區有大量在高處安裝的金屬物,容易形成雷電先導;同時,廠區內的大量設施,又是良好的導體,容易將雷電流引向大地。這兩點都會導致廠區內容易落雷。安裝在高處的電氣設備、電子儀表,一般超過30m,還容易受到側擊雷打擊,導致電氣設備、電子儀表及其線路發生故障
              因此,在石油化工廠區防雷,要注意做到層層設防,整體防雷,不留薄弱環節。

              一、避雷網
              (1)建筑房屋的天面,高出地面的水池。這兩種情況,要裝設避雷網。
              特別是在單層建筑的室內,或者兩層以上建筑頂層的室內,有重要儀表設備、電氣設備的情況,如中控制、變配電所、儀表機柜室,更要注意設置好避雷網。
              (2)避雷網的網格不能大于5mx5m
              (3)避雷網的高度,應為距離天面0.1~0.15m。
              (4)每相隔1.0~1.5m,要設置有網格支撐
              (5)避雷網應用直徑不小于8mm圓鋼,或者不小于12mmx4mm扁鋼材料制作。
              (6)避雷網用的圓鋼、扁鋼材料,都應做熱鍍鋅處理
              (7)避雷網應與建筑房屋天面四周的避雷帶做焊接連接,并注意不可出現斷接。
              (8)避雷網的任何連接部位,不可出現斷接。
              (9)避雷網所有焊接點都要做焊后防腐處理

              二、避雷帶
              避雷帶沿建筑房屋天面四周,或者沿高出地面的水池四周設置。
              (1)避雷帶應與被其所包圍的避雷網做焊接連接。
              (2)避雷帶所有焊接點要做防腐處理。
              (3)避雷帶應與避雷引下線做焊接連接。
              (4)避雷帶的任何連接部位,不可出現斷接。
              (5)當建筑房屋的天面,或者水池蓋頂面上有凸出物時,要裝設避雷針狀的接閃器,保護凸出物。接閃器沿避雷帶安裝,并與避雷帶做焊接連接。
              (6)避雷帶用材料要求,與避雷網相同。

              三、避雷引下線
              避雷引下線是雷電流通道,沿建筑物側壁安裝。
              1)避雷引下線對上應與上述避雷帶做焊接連接,對下應與接地裝置用斷接卡連接,用斷接卡連接是為了便于檢測沖擊電阻值。
              (2)一座建筑,每兩條引下線之間的最大距離,不可大于18m,且至少要有兩條避雷引下線,要求均勻距離布置。
              (3)引下線一般貼墻從上而下,引下安裝,與墻面之間的間距為0.015m。
              (4)沿引下線從上而下,要安裝引下線支撐,支撐間距2m。
              (5)引下線用材料要求,與避雷網、避雷帶相同。
              (6)部分建筑,采用混凝土柱內的主筋作為引下線,即屬暗裝引下線,不再沿墻壁外表面設置明裝引下線,這種情況下,一定要有設計圖紙說明焊接連接點,按圖施工。這屬于施工過程的隱蔽工程,必須要有隱蔽工程施工過程簽字,確認已做焊接連接。否則,應明裝引下線。

              四、避雷線
              避雷線,一般就是架空避雷線,用于保護架空“光身”輸電線路,它能直接影響廠內電力系統正常運行,因其必須接地安裝,又稱架空地線。
              1)架空避雷線,沿架空“光身”輸電線路架設,應高于架空輸電線路。架空避雷線應被固定在每兩個架線塔的頂端。
              (2)架空避雷線是輸電線路的主要防雷設施。
              (3)架空避雷線也應為“光身”鋼絞線線路,不帶絕緣層。
              (4)架空避雷線要有良好接地。
              (5)鋼絞線安裝,要按氣象條件計算放線曲線,防止發生拉緊斷裂,或者出現過大弧垂。
              6)在廠區,一般都有高壓輸電架空線,設置有架空避雷線
              (7)在架空避雷線、架空“光身”輸電線路近處,不可有高大的樹木、管線、框架等導電物體。

              五、避雷針
              在這里,指獨立避雷針。大、中型石油化工廠區,一般有獨立避雷針50支左右。
              (1)避雷針高度應為3~12m,針尖用直徑20mm圓鋼,針尖高度應為0.25m。
              (2)避雷針本體要用圓鋼或鋼管材料,并經焊接制作,避雷針本體及針尖應做熱鍍鋅處理
              (3)獨立避雷針距離人員經常通行的出人路口,不能小于3m。
              (4)獨立避雷針的接地裝置埋地部分,不能接入廠內的公共接地網,兩者在地下至少要保持3m距離,在變、配電所周圍安裝的避雷針,要特別注意這點,施工時要核對地網圖,做好隱蔽工程記錄,否則容易埋下隱患。
              (5)避雷針的地面以上部分,在周圍5m范圍內,不應有裸金屬設施,否則容易感應出過電壓;如果避雷針上有電氣線路、電氣設備,雷擊產生的過電壓,會擊穿絕緣,影響線路正常運行。同時避雷針也可通過反擊作用,給近處管線、設備造成機械性破壞。
              6)避雷針的保護范圍。假定在針尖上向地面拉一條斜線,斜線與垂直向上的避雷針成45度角,這時斜線以下的區域,即為避雷針的保護范圍。這種計算辦法直觀,但是較為粗略,因此,在實際應用中,還要保守些,注意給予考慮一些安全系數。

              六、避雷器
              (1)查避雷器配置。需要配置避雷器的部位,在本章的變壓器、變配電所防雷部分說明。避雷器配備不足,容易發生雷害事故,還會次生出生產事故。
              2)查避雷器電壓值。避雷器的電壓值,分為額定電壓值和殘壓值。
              避雷器的額定電壓應與線路額定電壓相符。若避雷器的額定電壓高于線路設備的額定電壓,當發生雷擊時,設備將沒有得到避雷器的保護;若避雷器的額定電壓低于線路設備的額定電壓,即使出現比較正常的過電壓,也會造成用電線路接地,保護起跳動作,使用電設備不能正常運轉。
              另外,避雷器的殘壓值,又要小于線路設備的允許耐壓值。例如,避雷器,要求靠近變壓器安裝,避雷器的殘壓值,要小于變壓器的允許耐壓值。
              3)查避雷器預防性試驗。相隔2-3年,要對避雷器做一次預防性試驗,具體年限,應參照廠方說明書要求,試驗主要測試避雷器的絕緣電阻和工頻放電電壓。
              有些避雷器,運行一個時期,肯定會出現絕緣電阻降低和工頻放電電壓下降的問題,如果長時間不做預防性試驗,是不能發現這些問題的。這樣會造成當設備遇到雷擊時,避雷器不起保護作用,導致設備過電壓跳車。也會造成在設備沒有受雷擊的情況下,線路又誤接地,設備出現跳車。
              (4)查避雷器定期更新。避雷器必須定期更換,一般使用年限為5~8年,具體使用年,應參照廠方說明書要求。
              如果使用時間過長,不按期更換避雷器,容易出現與不按期做預防性試驗相類似的問題。
              避雷器老化,具有很強的隱蔽性。一是發生事故,可知其老化;二是做預防性試驗,可知其老化;三是通過已使用時間,可知其老化。因此,必須高度重視避雷器老化問題。
              (5)查避雷器選型。管式避雷器是相對老式的產品,沒有特別要求,不應使用;采用保護間隙防雷,有時不大可靠;閥型避雷器,不屬最新產品;采用氧化鋅避雷器,其性能較為優越,且能吸收浪涌。

              七、防雷接地
              防雷接地裝置,能將雷電流引向大地。

              1)接地電阻。接地電阻要符合以下要求:
              在變配電所周圍的獨立避雷針,接地電阻不能大于10Ω,在其他地點安裝的獨立避雷針,接地電阻可為不大于30Ω,但是作為化工廠,最好不大于10Ω。
              避雷器、保護間隙,接地電阻不能大于10Ω。
              電力線路架空避雷線,接地電阻不能大于10Ω。
              壓器接地電阻不能大于4Ω。
              建筑物避雷引下線接地電阻不能大于10Ω。
              設備外殼、金屬框架的專門接地電阻不能大于10Ω
              (2)垂直接地極。用50×50×5、20×20×3鋼角制作,或者用直徑為20~50mm鋼管制作。接地極長度應為2m。接地極間距為5m左右。接地極埋入地下,頂端距地面應為0.5-0.8m。
              (3)水平接地線。用25×4至40×4扁鋼制作,或者用直徑8~14mm圓鋼制作。接地線埋入地下深度0.5~0.8m。
              (4)除在地面以上設置斷接卡外,接地線、接地極各部位的連接,都要為焊接方式
              (5)
              每年檢測二次(通常3月、10月)接地電阻值,在雷雨季節到來前,至少檢測一次。具體可檢測要求和方法,可參考后面的國標、行標。

              八、變壓器防雷
              般大、中型石油化工廠,變壓器有100臺左右,變壓器受到雷擊,將停電一片。
              (1)在高壓側安裝避雷器。在變壓器的進線處,即高壓側,又稱一次側,要安裝避雷器,避雷器越靠近變壓器安裝越好,一般安裝在高壓熔斷器與變壓器之間。避雷器的殘壓值要小于變壓器的耐壓值。
              (2)在低壓側安裝避雷器。在變壓器的出線處,即低壓側,又稱二次側,要安裝低壓避雷器。
              要注意,僅在進線處安裝避雷器,不能保護低壓側繞組。另外,在變壓器出線之后的設備,如果受到雷電影響,雷電沖擊電壓將直接加在低壓繞組上,反過來會在高壓側感應出高電壓,雖然高壓側是絕緣較好,但是也有可能擊穿其高壓繞組。同時,低壓側線路上的電氣設備還會受到損壞。
              避雷器的殘壓值要小于變壓器的耐壓值。
              低電壓,是指電壓值為380V及其以下。如380V、220V屬低電壓。
              (3)在進線處繞制電感線圈。在進線線路上設置電感線圈,實際上就是電抗器,它能阻止雷電波入侵
              (4)“三位一體”可靠接地。避雷器的防雷接地引下線、變壓器的金屬外殼、變壓器低壓側的中性點,連接在一起,再連接進入接地裝置,又稱“三位一體”。要保證其工頻接地電阻值不應大于4Ω。
              有些石油化工廠,在變壓器低壓側防雷方面,設置避雷器不足。
              為了便于管理和查清避雷器配備情況,可制作變壓器基本情況表。內容包括:
              變壓器基本參數;變壓器服務對象,如供用電的設備;變壓器與變電所高壓柜、低壓柜的回路關系描述;變壓器的避雷器配備部位;配備避雷器的名稱、型號、參數;避雷器試驗日期、參數、已用年限、殘壓值、額定電壓值;變壓器配備電抗器情況;變壓器接地情況。

              九、變配電所防雷
              變配電所最容易受到雷電波入侵。
              (1)安裝獨立避雷針。在有條件情況下,在變配電所周圍,最好能設置獨立避雷針。
              獨立避雷針的埋地裝置與變配電所接地網(或者其他接地網)之間,在地下至少要相距3m,有條件應保持更遠距離。
              在地面以上的空間,獨立避雷針(含鋼支架部分)與變配電所(或者其他設備、設施)之間,至少要相距5m,有條件應保持更遠距離,以防雷擊避雷針,對近處設備或者其他物體感應出過電壓。
              (2)安裝屋頂避雷網。在變配電所建筑屋頂上要裝設避雷網格,屋頂周邊設置接閃器,接閃器用避雷帶相連接。也可用避雷帶充當接閃器。
              (3)安裝進線段避雷線。在進入變配電所前1000~2000m的架空進線段的上方,安裝避雷線,防止進線段受到雷擊或者雷感應作用,引起雷電波入侵變配電所。
              (4)安裝進線段避雷器。對于有35kV及35kV以上線路進線的變配電所,在架空線與電纜線的連接點,要裝設避雷器
              (5)安裝總高壓斷路器避雷器。線路剛進入變配電所,在每路電源的總開關(又稱高壓斷路器)處,要安裝避雷器。
              (6)安裝高壓柜避雷器。每面高壓柜,安裝避雷器,用于裝置現場動設備、機組防雷。
              (7)安裝低壓柜避雷器。從變壓器二次側出來后的總低壓柜,以及每面分低壓柜,要安裝避雷器,用于裝置現場動設備防雷。
              (8)安裝儀表用電避雷器。從UPS出來,供控制室DCS的用電,在UPS處,應安裝避雷器。同時,裝置現場的儀表供電用柜,也要有避雷器保護。
              為了便于管理和查清避雷器配備情況,可制作變配電所避雷器基本情況表,內容包括:
              變配電所上級總變名稱;電源來源數;用途,如供用電的裝置范圍、設備;回路關系描述:包括總進線——高壓斷路器—母排—母聯柜—高壓柜—變壓器—低壓柜等,還有各柜數量;各部位避雷器配備情況,以及用其他裝置代替避雷器的情況;避雷器名稱型號、參數;避雷器試驗日期、參數、已用年限、殘壓值、額定電壓值。

               

              【蔣良君補充】:防雷常用標準

              GB 50057-2010  建筑物防雷設計規范
              GB 50343-2012  建筑物電子信息系統防雷技術規范
              GB 50601-2010  建筑物防雷工程施工與質量驗收規范 
              GB/T 21431-2015/XG1-2018《建筑物防雷裝置檢測技術規范》國家標準第1號修改單 
              GB 50650-2011  石油化工裝置防雷設計規范 
              GB/T 32937-2016  爆炸和火災危險場所防雷裝置檢測技術規范

              GB/T 32512-2016  光伏發電站防雷技術要求 
              GB/T 36490-2018  風力發電機組 防雷裝置檢測技術規范 
              GB/T 36963-2018  光伏建筑一體化系統防雷技術規范 

              QX/T 309-2017  防雷安全管理規范
               QX/T 310-2015  煤化工裝置防雷設計規范 
               QX/T 311-2015  大型浮頂油罐防雷裝置檢測規范

               QX/T 312-2015  風力發電機組防雷裝置檢測技術規范 
               QX/T 399-2017  供水系統防雷技術規范
               QX/T 400-2017  防雷安全檢查規程 

               SH/T 3164-2012  石油化工儀表系統防雷工程設計規范 
               YD/T 3545-2019  通信用電源防雷隔離變壓器技術要求和測試方法
              DL/T 381-2010  電子設備防雷技術導則
               DL/T 1378-2014  光纖復合架空地線(OPGW)防雷接地技術導則 
               DL/T 1674-2016  35kV及以下配網防雷技術導則 
               DL/T 1784-2017  多雷區110kV~500kV交流同塔多回輸電線路防雷技術導則

               
               

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