謝冠鋒 黃保升

中國(guó)石化集團(tuán)煉化工程公司 北京 100029

防雷接地技術(shù)在沙特東部基地施工現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算應(yīng)用

謝冠鋒 黃保升

中國(guó)石化集團(tuán)煉化工程公司 北京 100029

介紹在中國(guó)石化煉化工程公司在海外國(guó)際項(xiàng)目的大型生活營(yíng)地設(shè)施如何作好單體設(shè)施防雷、接地及策劃。以確保施工安裝階段的人身及設(shè)備安全。

雷電 設(shè)施單體 滾球半徑 防雷接地措施

中國(guó)政府先后于1994年頒布防雷設(shè)計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—94，1999年《中華人民共和國(guó)氣象法》通過(guò)實(shí)施,國(guó)家還設(shè)立了全國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，各省級(jí)地區(qū)設(shè)立了防雷中心，這表明國(guó)家在對(duì)預(yù)防雷電災(zāi)害非常重視。而在國(guó)際化工裝置建設(shè)工程中在施工安裝階段施工現(xiàn)場(chǎng)和營(yíng)地一般在遠(yuǎn)離城市的開(kāi)闊地帶，是最容易遭受雷擊的場(chǎng)所，施工作業(yè)性質(zhì)一般為大型露天野外作業(yè)、高空作業(yè)、長(zhǎng)期流動(dòng)作業(yè)、大型吊裝機(jī)具使用等，決定了石油化工裝置建設(shè)必須認(rèn)真對(duì)待施工現(xiàn)場(chǎng)的防雷接地保護(hù)措施，已正式納入項(xiàng)目施工技術(shù)措施中，并應(yīng)得到更加廣泛的重視。近年來(lái)中國(guó)石化集團(tuán)煉化工程公司在海外特別是在中東地區(qū)和中亞地區(qū)承包的大型石油化工項(xiàng)目大都在阿拉伯半島東西部沙漠邊緣和戈壁地帶，是沒(méi)有任何防護(hù)的開(kāi)闊地帶，在5個(gè)月之久的冬季更是雷電的多發(fā)期，更是要引起我們重視的安全防護(hù)管理的關(guān)鍵點(diǎn)，下面就中國(guó)石化集團(tuán)煉化工程公司沙特東部基地建設(shè)談?wù)勎覀兊姆览捉拥丶夹g(shù)的應(yīng)用。

1 雷電形成機(jī)理及危害

1.1 雷電形成的兩個(gè)階段

雷電的形成由以下兩個(gè)階段組成：靜電感應(yīng)階段、靜電放電階段

雷電形成的第一階段是靜電感應(yīng)階段：地面的水分蒸發(fā)變?yōu)樗魵?；水蒸氣上升與高空冷空氣相遇形成水滴；水滴積聚成云；水滴在強(qiáng)氣流吹動(dòng)下形成較小的水滴和較大的水滴，在這一過(guò)程中也正是摩擦起電的過(guò)程，較小的水滴帶負(fù)電，較大的水滴帶正電，從而分別形成帶正電的云與帶負(fù)電的云。而帶有大量靜電電荷的云對(duì)地面或地面上的物體產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電感應(yīng)，為云與地面及地面物體之間的發(fā)電打下了基礎(chǔ)。

雷電形成的第二階段是靜電放電階段：當(dāng)帶異性電荷的云團(tuán)之間和云團(tuán)和大地之間的電壓足夠高時(shí)，其間的空氣被擊穿而產(chǎn)生放電。

1.2 雷電的危害

雷電危害的機(jī)理是高壓的擊穿效益，電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)等。具體表現(xiàn)為五種形式。靜電感應(yīng)危害、過(guò)電壓危害、直接雷擊危害、電磁波危害和地電位反擊危害，其中靜電感應(yīng)危害產(chǎn)生于雷電的第一階段，其余危害產(chǎn)生于雷電的第二階段。

2 雷電的預(yù)防原則與措施

2.1 雷電的預(yù)防原則

2.1.1 安全接地

現(xiàn)代防雷技術(shù)離不開(kāi)接地，接地體是防雷裝置的重要環(huán)節(jié)，無(wú)論是對(duì)直擊雷的防護(hù)，還是雷電感應(yīng)的防護(hù)最終都需要通過(guò)接地體將雷電流泄放到大地中去，我們知道最理想的接地就是接地電阻為零的接地，這在現(xiàn)實(shí)生活工作中是不可能的，所以安全接地只是依據(jù)各種設(shè)備的使用情況、技術(shù)性能、耐壓水平等作出對(duì)接地要求的技術(shù)指標(biāo)來(lái)算。例如：我們?cè)谌粘５臋z測(cè)工作中，經(jīng)常接觸到各種各樣的設(shè)備，而設(shè)備的運(yùn)行必定會(huì)存在漏電或雷電流經(jīng)過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的電位差，為盡量避免內(nèi)部設(shè)備被高電位反擊和操作人員被雷擊的事故，必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行安全接地，接地電阻小于4Ω。

2.1.2 共用接地系統(tǒng)

在同一建筑物內(nèi)，將所需接地系統(tǒng)連到一個(gè)地網(wǎng)上，或者把各系統(tǒng)原來(lái)的接地網(wǎng)通過(guò)地下或地上的金屬連接起來(lái)，使他們之間形成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，雷電流在各系統(tǒng)上產(chǎn)生的高電壓將同時(shí)存在各系統(tǒng)的接地線上，這樣就使各接地線之間不存在高電位差，基本清除了系統(tǒng)之間的擊穿問(wèn)題（各系統(tǒng)電位相同，兩點(diǎn)間沒(méi)有電流，保持系統(tǒng)的等電位）。共用接地系統(tǒng)是將交流工作地、直流工作地、安全保護(hù)地、防靜電地、防雷接地等共用一組接地裝置。如果接地電阻達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)外延增加人工接地裝置使其達(dá)到要求。

2.1.3 等電位連接的實(shí)施

等電位連接就是把建筑物內(nèi)附近的所有金屬物，如建筑物的基礎(chǔ)鋼筋、自來(lái)水管、煤氣管及其金屬屏蔽層，電力系統(tǒng)的零線、建筑物的接地系統(tǒng)，用電氣連接的方法連接起來(lái)（含截獲可靠的導(dǎo)線連接）使整座建筑物成為一個(gè)良好的等電位體。配置有信息系統(tǒng)的機(jī)房?jī)?nèi)的電氣和電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、計(jì)算機(jī)直流地、防靜電接地、屏蔽線外層、安全保護(hù)地及各種SPO（浪涌保護(hù)器等）接地端均應(yīng)以最短的距離就近與等電位網(wǎng)絡(luò)可靠連接。等電位連接的目的就是為了防止和設(shè)備與設(shè)備之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間危險(xiǎn)的電位差，確保設(shè)備和操作人員的安全。

2.2 雷電的預(yù)防措施

雷電的預(yù)防措施主要使用避雷針（避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線）、電涌保護(hù)器。其中電涌保護(hù)器電壓開(kāi)關(guān)型電涌保護(hù)器、限壓型電涌保護(hù)器、復(fù)合型電涌保護(hù)器等。

3 沙特東部基地現(xiàn)場(chǎng)防雷

東部基地設(shè)施建設(shè)期間，現(xiàn)場(chǎng)多專業(yè)交叉施工，各區(qū)域的接地防雷系統(tǒng)不能實(shí)質(zhì)性的連接貫通成為等電位連接；安全施工必須設(shè)置合理的單體防護(hù)措施。為更加形象的將化工裝置的施工階段的臨時(shí)用電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備及高架設(shè)施及人身的防雷設(shè)計(jì)具體化并加以推廣使用。

東部基地分四個(gè)居住區(qū)，分別為：一般員工區(qū)（西1、西2）、辦公區(qū)和公共區(qū)域（中1、中2）、管理人員居住區(qū)和娛樂(lè)設(shè)施（東1、東2）、動(dòng)堆棧區(qū)等四個(gè)功能單元。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工和營(yíng)運(yùn)需要，在東堆棧區(qū)的設(shè)一永久性的污水處理廠高度為12m，其他設(shè)施均高3m，現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)維修吊車高度30m。

針對(duì)上述區(qū)域內(nèi)高架設(shè)備的分布，下面分別對(duì)其防雷保護(hù)分別進(jìn)行設(shè)置、計(jì)算。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)高架設(shè)備的防雷

由于上述施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的起重機(jī)、污水處理廠、營(yíng)房、娛樂(lè)設(shè)施、規(guī)劃中的金屬結(jié)構(gòu)廠均不處于北邊韓國(guó)的管道加工廠區(qū)相鄰建筑物等設(shè)施的防雷裝置接閃器的保護(hù)范圍以外，而且本裝置位于長(zhǎng)江以南的寧波市。根據(jù)相關(guān)國(guó)家氣象部門頒布的該區(qū)域‘年平均雷暴日數(shù)’中提供的測(cè)試數(shù)據(jù)，該地方的年雷暴日數(shù)為40d/a。另?yè)?jù)中國(guó)國(guó)家頒布的關(guān)于《施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)機(jī)械設(shè)備及高架設(shè)施需要安裝防雷裝置的規(guī)定》要求，由于該地區(qū)的年雷暴日數(shù)為35d/a，而且在90d/a＞40d/a≥40d/a范圍內(nèi)，則不強(qiáng)調(diào)安裝防雷裝置。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證本項(xiàng)目的冬季雷雨季節(jié)施工作業(yè)安全，并利用此就位設(shè)施本體防雷措施同時(shí)對(duì)設(shè)施本體四周裝置設(shè)施、結(jié)構(gòu)安裝施工進(jìn)行防雷保護(hù)，我們采用提高該地區(qū)的年雷暴日數(shù)為40 d/a，根據(jù)《施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)機(jī)械設(shè)備及高架設(shè)施需要安裝防雷裝置的規(guī)定》要求；采用在沙特東部基地正中央的辦公區(qū)東側(cè)搭建40m高的鋼結(jié)構(gòu)架體，并在在鋼結(jié)構(gòu)架體的頂部設(shè)置避雷針的防雷措施。整體鋼結(jié)構(gòu)架體防雷接地措施如下：

（1）架體頂設(shè)置長(zhǎng)度L=2m、直徑φ=40mm鍍鋅鋼管制作的避雷針；

（2）利用架體作為避雷引下線，并使其與避雷針、接地體進(jìn)行可靠的電氣連接；

（3）架體周邊利用L40×4、長(zhǎng)度L=2.5m鍍鋅角鋼做接地體，接地電阻應(yīng)小于或等于4Ω。接地體埋深頂部距地面0.8m。

（4）接地母排使用-40×4的鍍鋅扁鋼。

利用此已采取防雷接地措施的架體，可以保護(hù)的防雷半徑計(jì)算如下（根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際防雷需要，可將其劃分為第三類防雷建筑物。）：

已知鋼結(jié)構(gòu)架體技術(shù)參數(shù):

架體高度：h=46m

本地區(qū)年雷暴日：D=40d/a

取滾球半徑：hr=60m

避雷針長(zhǎng)度：L=2m

則架體防雷保護(hù)半徑如下：

根據(jù)上式可以計(jì)算出：

當(dāng)架體四周建筑物高度為0m時(shí)，塔體可提供的防雷保護(hù)半徑為60m；

當(dāng)架體四周建筑物高度為5m時(shí)，塔體可提供的防雷保護(hù)半徑為36m；

當(dāng)架體四周建筑物高度為10m時(shí)，塔體可提供的防雷保護(hù)半徑為27m；

當(dāng)架體四周建筑物高度為15m時(shí)，塔體可提供的防雷保護(hù)半徑為20m；

當(dāng)架體四周建筑物高度為20m時(shí)，塔體可提供的防雷保護(hù)半徑為15m。

通過(guò)對(duì)最高防雷鋼結(jié)構(gòu)架體的防雷計(jì)算，并結(jié)合平面布置以及西面輸電防雷線路可以看出在地面上防雷鋼結(jié)構(gòu)架體的防雷半徑為60m。根據(jù)上述架體的防雷半徑計(jì)算結(jié)果及地面建筑物的高度，可以看出位于居住區(qū)和生活區(qū)均處于防雷干結(jié)構(gòu)架體和輸電線路所構(gòu)成的防雷保護(hù)半徑之內(nèi)。

而在東部區(qū)域內(nèi)規(guī)劃中的堆場(chǎng)，不在該防雷保護(hù)之中。在即將開(kāi)展設(shè)計(jì)的堆場(chǎng)附屬的機(jī)加工工廠中增加必要的一組防護(hù)鋼結(jié)構(gòu)架體，通過(guò)對(duì)其采取防雷保護(hù)措施也可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員及設(shè)備的防雷保護(hù)。

由于架體的接地引下線可以利用本體鋼架進(jìn)行電氣接地，但本體上所固定的照明、信號(hào)及通訊線路（網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接受終端和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)射路由器），必須采用鋼管敷設(shè)。鋼管與機(jī)械設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)體必須做可靠的電氣連接。同時(shí)考慮到歐洲國(guó)家的信號(hào)與防雷公用等勢(shì)體電位的接地電阻小于1Ω的習(xí)慣，我們?cè)诮拥貥O的南北兩端各自延伸出一組接地裝置；并與各單元接地連接成環(huán)行電氣連接。從而保證

4 接地材料的選擇原則

接地裝置的材料除銅或鐵的板、管、棒、線以外，也可以使用石墨、碳這一類為主體的板棒或使用50X50X5鍍鋅角鋼，長(zhǎng)度一般為1.5m～2.5m，也可以用40X4的鍍鋅扁鋼或Φ12～Φ14鍍鋅圓鋼。在施工方法和使用材料方面都應(yīng)根據(jù)各自的設(shè)計(jì)目的和現(xiàn)場(chǎng)條件選定最經(jīng)濟(jì)的方案。

近年來(lái)，我們?cè)谥袞|地區(qū)和中亞等國(guó)內(nèi)承擔(dān)的石油化工裝置和臨時(shí)設(shè)施均在施工前按照大型單體設(shè)施結(jié)合正式防雷設(shè)施計(jì)算，從而設(shè)置單體防雷設(shè)施保證現(xiàn)場(chǎng)安全；同時(shí)，在中東海灣地區(qū)和中亞地區(qū)等空曠地域的油氣開(kāi)采儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目的執(zhí)行中，也推廣了單體設(shè)施防雷計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)控制方法，使項(xiàng)目防雷風(fēng)險(xiǎn)管理日益規(guī)范。

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1672-9323（2011）01-0073-03

2010-11-09)