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防雷设施隐患排查要点
 

文:朱以刚    图:蒋良君

【摘要】本文介绍了防雷常用国标、行标和九个方面的防雷设施隐患排查方法:避雷网、避雷带、避雷引下线、避雷线、避雷针、避雷器、防雷接地、变压器防雷、变配电所防雷,值得一看。


 

雷电,从对用电系统危害性的角度,分为直击雷、感应雷、雷电侵人波三类。直击雷、感应雷、雷电侵入波的产生,都源于雷云。空中雷云,有的整体显正电荷性,有的整体显负电荷性。
直击雷的产生:
当厂区内有一带电荷的雷云,处于相对较低的高空时,通常在其周围的高空,存在带异性电荷的另一雷云。两个雷云,在一定的气象条件下,电荷会不断积累,使两者之间的电场强度不断增强。电场强度增强到一定程度,会将两个雷云之间的空气绝缘击穿,出现放电,产生闪电和雷鸣,这就是在雨天常见的打雷另一种情况,在厂区内高空中有一个带电荷的雷云,其周围没有另一带异性电荷的雷云可供放电。此时,这一个带电荷的雷云,会对厂内的静设备、动设备、电气设备、管线、框架等感应出异性电荷,这个过程属静电感应。随着高空雷云与厂内设备、管线、框架之间的电场强度不断增强,空气绝缘被击穿,出现空中雷云对地放电,即发生直击雷击厂内静设备、动设备、电气设备、管线、框架事故。
厂区内的静设备、动设备、电气设备、管线、框架被直击雷击到后,会产生高电位,引起过电压,流过几十千安至几百千安的强大雷电流。过高雷过电压会导致设备绝缘被击穿强大雷电流遇到电气通路不畅通、接触电阻值大的部位,会产生高热和放电火花。两种情况都会导致设备、设施损坏。
感应雷的产生:
感应雷由静电感应和电磁感应引起。如前所述,在设备、设施、管线上静电感应到异性电荷后,雷击放电,此时,雷云与设备、设施、管线间的电场已经消失。但是,在设备、设施、管线上聚集的电荷,并不能及时引向大地,从而形成设备、设施、管线高电位放电。
另外,经过雷电作用后,产生强大雷电流;强大雷电流产生强大的交变电磁场;强大的交变电磁场,会使导体感应出很大的电动势。如果具备导体闭合回路这个条件,还会感应出强大的电流,这就是电磁感应。强大的电流会损坏电气设备;强大的电流流经接触电阻大的部位,会产生高热和放电火花
雷电侵入波的产生:
雷电是冲击波,有很强的冲击电压。雷电侵入波会侵入不带绝缘层的架空“光身”线路,使其产生过电压,然后通过线路进入变、配电所和变压器。这是厂区电气、仪表防雷的重点。
石油化工厂区面积大,用电设备多,厂内既有成片的金属设施、水池,又有在高处安装的
电气、仪表设备和炉、罐、塔、架。每年都可能因打雷而引起设备、装置不能正常运行。
石油化工厂区有大量在高处安装的金属物,容易形成雷电先导;同时,厂区内的大量设施,又是良好的导体,容易将雷电流引向大地。这两点都会导致厂区内容易落雷。安装在高处的电气设备、电子仪表,一般超过30m,还容易受到侧击雷打击,导致电气设备、电子仪表及其线路发生故障
因此,在石油化工厂区防雷,要注意做到层层设防,整体防雷,不留薄弱环节。

一、避雷网
(1)建筑房屋的天面,高出地面的水池。这两种情况,要装设避雷网。
特别是在单层建筑的室内,或者两层以上建筑顶层的室内,有重要仪表设备、电气设备的情况,如中控制、变配电所、仪表机柜室,更要注意设置好避雷网。
(2)避雷网的网格不能大于5mx5m
(3)避雷网的高度,应为距离天面0.1~0.15m。
(4)每相隔1.0~1.5m,要设置有网格支撑
(5)避雷网应用直径不小于8mm圆钢,或者不小于12mmx4mm扁钢材料制作。
(6)避雷网用的圆钢、扁钢材料,都应做热镀锌处理
(7)避雷网应与建筑房屋天面四周的避雷带做焊接连接,并注意不可出现断接。
(8)避雷网的任何连接部位,不可出现断接。
(9)避雷网所有焊接点都要做焊后防腐处理

二、避雷带
避雷带沿建筑房屋天面四周,或者沿高出地面的水池四周设置。
(1)避雷带应与被其所包围的避雷网做焊接连接。
(2)避雷带所有焊接点要做防腐处理。
(3)避雷带应与避雷引下线做焊接连接。
(4)避雷带的任何连接部位,不可出现断接。
(5)当建筑房屋的天面,或者水池盖顶面上有凸出物时,要装设避雷针状的接闪器,保护凸出物。接闪器沿避雷带安装,并与避雷带做焊接连接。
(6)避雷带用材料要求,与避雷网相同。

三、避雷引下线
避雷引下线是雷电流通道,沿建筑物侧壁安装。
1)避雷引下线对上应与上述避雷带做焊接连接,对下应与接地装置用断接卡连接,用断接卡连接是为了便于检测冲击电阻值。
(2)一座建筑,每两条引下线之间的最大距离,不可大于18m,且至少要有两条避雷引下线,要求均匀距离布置。
(3)引下线一般贴墙从上而下,引下安装,与墙面之间的间距为0.015m。
(4)沿引下线从上而下,要安装引下线支撑,支撑间距2m。
(5)引下线用材料要求,与避雷网、避雷带相同。
(6)部分建筑,采用混凝土柱内的主筋作为引下线,即属暗装引下线,不再沿墙壁外表面设置明装引下线,这种情况下,一定要有设计图纸说明焊接连接点,按图施工。这属于施工过程的隐蔽工程,必须要有隐蔽工程施工过程签字,确认已做焊接连接。否则,应明装引下线。

四、避雷线
避雷线,一般就是架空避雷线,用于保护架空“光身”输电线路,它能直接影响厂内电力系统正常运行,因其必须接地安装,又称架空地线。
1)架空避雷线,沿架空“光身”输电线路架设,应高于架空输电线路。架空避雷线应被固定在每两个架线塔的顶端。
(2)架空避雷线是输电线路的主要防雷设施。
(3)架空避雷线也应为“光身”钢绞线线路,不带绝缘层。
(4)架空避雷线要有良好接地。
(5)钢绞线安装,要按气象条件计算放线曲线,防止发生拉紧断裂,或者出现过大弧垂。
6)在厂区,一般都有高压输电架空线,设置有架空避雷线
(7)在架空避雷线、架空“光身”输电线路近处,不可有高大的树木、管线、框架等导电物体。

五、避雷针
在这里,指独立避雷针。大、中型石油化工厂区,一般有独立避雷针50支左右。
(1)避雷针高度应为3~12m,针尖用直径20mm圆钢,针尖高度应为0.25m。
(2)避雷针本体要用圆钢或钢管材料,并经焊接制作,避雷针本体及针尖应做热镀锌处理
(3)独立避雷针距离人员经常通行的出人路口,不能小于3m。
(4)独立避雷针的接地装置埋地部分,不能接入厂内的公共接地网,两者在地下至少要保持3m距离,在变、配电所周围安装的避雷针,要特别注意这点,施工时要核对地网图,做好隐蔽工程记录,否则容易埋下隐患。
(5)避雷针的地面以上部分,在周围5m范围内,不应有裸金属设施,否则容易感应出过电压;如果避雷针上有电气线路、电气设备,雷击产生的过电压,会击穿绝缘,影响线路正常运行。同时避雷针也可通过反击作用,给近处管线、设备造成机械性破坏。
6)避雷针的保护范围。假定在针尖上向地面拉一条斜线,斜线与垂直向上的避雷针成45度角,这时斜线以下的区域,即为避雷针的保护范围。这种计算办法直观,但是较为粗略,因此,在实际应用中,还要保守些,注意给予考虑一些安全系数。

六、避雷器
(1)查避雷器配置。需要配置避雷器的部位,在本章的变压器、变配电所防雷部分说明。避雷器配备不足,容易发生雷害事故,还会次生出生产事故。
2)查避雷器电压值。避雷器的电压值,分为额定电压值和残压值。
避雷器的额定电压应与线路额定电压相符。若避雷器的额定电压高于线路设备的额定电压,当发生雷击时,设备将没有得到避雷器的保护;若避雷器的额定电压低于线路设备的额定电压,即使出现比较正常的过电压,也会造成用电线路接地,保护起跳动作,使用电设备不能正常运转。
另外,避雷器的残压值,又要小于线路设备的允许耐压值。例如,避雷器,要求靠近变压器安装,避雷器的残压值,要小于变压器的允许耐压值。
3)查避雷器预防性试验。相隔2-3年,要对避雷器做一次预防性试验,具体年限,应参照厂方说明书要求,试验主要测试避雷器的绝缘电阻和工频放电电压。
有些避雷器,运行一个时期,肯定会出现绝缘电阻降低和工频放电电压下降的问题,如果长时间不做预防性试验,是不能发现这些问题的。这样会造成当设备遇到雷击时,避雷器不起保护作用,导致设备过电压跳车。也会造成在设备没有受雷击的情况下,线路又误接地,设备出现跳车。
(4)查避雷器定期更新。避雷器必须定期更换,一般使用年限为5~8年,具体使用年,应参照厂方说明书要求。
如果使用时间过长,不按期更换避雷器,容易出现与不按期做预防性试验相类似的问题。
避雷器老化,具有很强的隐蔽性。一是发生事故,可知其老化;二是做预防性试验,可知其老化;三是通过已使用时间,可知其老化。因此,必须高度重视避雷器老化问题。
(5)查避雷器选型。管式避雷器是相对老式的产品,没有特别要求,不应使用;采用保护间隙防雷,有时不大可靠;阀型避雷器,不属最新产品;采用氧化锌避雷器,其性能较为优越,且能吸收浪涌。

七、防雷接地
防雷接地装置,能将雷电流引向大地。

1)接地电阻。接地电阻要符合以下要求:
在变配电所周围的独立避雷针,接地电阻不能大于10Ω,在其他地点安装的独立避雷针,接地电阻可为不大于30Ω,但是作为化工厂,最好不大于10Ω。
避雷器、保护间隙,接地电阻不能大于10Ω。
电力线路架空避雷线,接地电阻不能大于10Ω。
压器接地电阻不能大于4Ω。
建筑物避雷引下线接地电阻不能大于10Ω。
设备外壳、金属框架的专门接地电阻不能大于10Ω
(2)垂直接地极。用50×50×5、20×20×3钢角制作,或者用直径为20~50mm钢管制作。接地极长度应为2m。接地极间距为5m左右。接地极埋入地下,顶端距地面应为0.5-0.8m。
(3)水平接地线。用25×4至40×4扁钢制作,或者用直径8~14mm圆钢制作。接地线埋入地下深度0.5~0.8m。
(4)除在地面以上设置断接卡外,接地线、接地极各部位的连接,都要为焊接方式
(5)
每年检测二次(通常3月、10月)接地电阻值,在雷雨季节到来前,至少检测一次。具体可检测要求和方法,可参考后面的国标、行标。

八、变压器防雷
般大、中型石油化工厂,变压器有100台左右,变压器受到雷击,将停电一片。
(1)在高压侧安装避雷器。在变压器的进线处,即高压侧,又称一次侧,要安装避雷器,避雷器越靠近变压器安装越好,一般安装在高压熔断器与变压器之间。避雷器的残压值要小于变压器的耐压值。
(2)在低压侧安装避雷器。在变压器的出线处,即低压侧,又称二次侧,要安装低压避雷器。
要注意,仅在进线处安装避雷器,不能保护低压侧绕组。另外,在变压器出线之后的设备,如果受到雷电影响,雷电冲击电压将直接加在低压绕组上,反过来会在高压侧感应出高电压,虽然高压侧是绝缘较好,但是也有可能击穿其高压绕组。同时,低压侧线路上的电气设备还会受到损坏。
避雷器的残压值要小于变压器的耐压值。
低电压,是指电压值为380V及其以下。如380V、220V属低电压。
(3)在进线处绕制电感线圈。在进线线路上设置电感线圈,实际上就是电抗器,它能阻止雷电波入侵
(4)“三位一体”可靠接地。避雷器的防雷接地引下线、变压器的金属外壳、变压器低压侧的中性点,连接在一起,再连接进入接地装置,又称“三位一体”。要保证其工频接地电阻值不应大于4Ω。
有些石油化工厂,在变压器低压侧防雷方面,设置避雷器不足。
为了便于管理和查清避雷器配备情况,可制作变压器基本情况表。内容包括:
变压器基本参数;变压器服务对象,如供用电的设备;变压器与变电所高压柜、低压柜的回路关系描述;变压器的避雷器配备部位;配备避雷器的名称、型号、参数;避雷器试验日期、参数、已用年限、残压值、额定电压值;变压器配备电抗器情况;变压器接地情况。

九、变配电所防雷
变配电所最容易受到雷电波入侵。
(1)安装独立避雷针。在有条件情况下,在变配电所周围,最好能设置独立避雷针。
独立避雷针的埋地装置与变配电所接地网(或者其他接地网)之间,在地下至少要相距3m,有条件应保持更远距离。
在地面以上的空间,独立避雷针(含钢支架部分)与变配电所(或者其他设备、设施)之间,至少要相距5m,有条件应保持更远距离,以防雷击避雷针,对近处设备或者其他物体感应出过电压。
(2)安装屋顶避雷网。在变配电所建筑屋顶上要装设避雷网格,屋顶周边设置接闪器,接闪器用避雷带相连接。也可用避雷带充当接闪器。
(3)安装进线段避雷线。在进入变配电所前1000~2000m的架空进线段的上方,安装避雷线,防止进线段受到雷击或者雷感应作用,引起雷电波入侵变配电所。
(4)安装进线段避雷器。对于有35kV及35kV以上线路进线的变配电所,在架空线与电缆线的连接点,要装设避雷器
(5)安装总高压断路器避雷器。线路刚进入变配电所,在每路电源的总开关(又称高压断路器)处,要安装避雷器。
(6)安装高压柜避雷器。每面高压柜,安装避雷器,用于装置现场动设备、机组防雷。
(7)安装低压柜避雷器。从变压器二次侧出来后的总低压柜,以及每面分低压柜,要安装避雷器,用于装置现场动设备防雷。
(8)安装仪表用电避雷器。从UPS出来,供控制室DCS的用电,在UPS处,应安装避雷器。同时,装置现场的仪表供电用柜,也要有避雷器保护。
为了便于管理和查清避雷器配备情况,可制作变配电所避雷器基本情况表,内容包括:
变配电所上级总变名称;电源来源数;用途,如供用电的装置范围、设备;回路关系描述:包括总进线——高压断路器—母排—母联柜—高压柜—变压器—低压柜等,还有各柜数量;各部位避雷器配备情况,以及用其他装置代替避雷器的情况;避雷器名称型号、参数;避雷器试验日期、参数、已用年限、残压值、额定电压值。

 

【蒋良君补充】:防雷常用标准

GB 50057-2010  建筑物防雷设计规范
GB 50343-2012  建筑物电子信息系统防雷技术规范
GB 50601-2010  建筑物防雷工程施工与质量验收规范 
GB/T 21431-2015/XG1-2018《建筑物防雷装置检测技术规范》国家标准第1号修改单 
GB 50650-2011  石油化工装置防雷设计规范 
GB/T 32937-2016  爆炸和火灾危险场所防雷装置检测技术规范

GB/T 32512-2016  光伏发电站防雷技术要求 
GB/T 36490-2018  风力发电机组 防雷装置检测技术规范 
GB/T 36963-2018  光伏建筑一体化系统防雷技术规范 

QX/T 309-2017  防雷安全管理规范
 QX/T 310-2015  煤化工装置防雷设计规范 
 QX/T 311-2015  大型浮顶油罐防雷装置检测规范

 QX/T 312-2015  风力发电机组防雷装置检测技术规范 
 QX/T 399-2017  供水系统防雷技术规范
 QX/T 400-2017  防雷安全检查规程 

 SH/T 3164-2012  石油化工仪表系统防雷工程设计规范 
 YD/T 3545-2019  通信用电源防雷隔离变压器技术要求和测试方法
DL/T 381-2010  电子设备防雷技术导则
 DL/T 1378-2014  光纤复合架空地线(OPGW)防雷接地技术导则 
 DL/T 1674-2016  35kV及以下配网防雷技术导则 
 DL/T 1784-2017  多雷区110kV~500kV交流同塔多回输电线路防雷技术导则

 
 

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