王小輝 傅學(xué)明

杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計(jì)院有限公司 315040

摘要：天然氣場(chǎng)站接地系統(tǒng)包括防雷電接地、防靜電接地、屏蔽接地、儀器儀表接地、電氣設(shè)備保護(hù)接地和工作接地，其涉及專業(yè)較多，而各專業(yè)在設(shè)計(jì)、施工安裝時(shí)又需要遵循不同的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。文章在對(duì)幾種接地類型進(jìn)行介紹后，提出了一種綜合優(yōu)化的接地辦法。

關(guān)鍵詞：天然氣；場(chǎng)站；防雷電防靜電；接地

近幾年我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速，其利用范圍和使用區(qū)域也逐步擴(kuò)大，全國(guó)各地建成了許多天然氣場(chǎng)站，包括集氣站、凈化站、輸（配）氣站、清管站和加壓站等。天然氣易燃易爆的特點(diǎn)以及不斷增加的儀器儀表、電器和通訊設(shè)備，對(duì)天然氣場(chǎng)站的安全性提出了更高的要求。因此，正確設(shè)計(jì)和安裝天然氣場(chǎng)站的接地系統(tǒng)對(duì)保證場(chǎng)站及其設(shè)施的安全是十分重要的。

一、天然氣場(chǎng)站防雷電接地

1.雷電的種類及危害

雷電是大氣中的一種劇烈放電現(xiàn)象，其具有極大的綜合性破壞力，包括電性質(zhì)、熱性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)的破壞。雷電災(zāi)害具有瞬間性、整體性、毀滅性和多發(fā)性的特點(diǎn)，是國(guó)際公認(rèn)最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每秒鐘造就1800 個(gè)陣?yán)?，伴隨600次閃電，這其中就有100個(gè)炸雷擊落地面，造成對(duì)建筑物和發(fā)電、通訊等設(shè)備的破壞，從而引起火災(zāi)，斃傷人、畜，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億美元，死亡人數(shù)達(dá)3000人以上。我國(guó)是雷電頻發(fā)國(guó)家之一。根據(jù)雷電的產(chǎn)生和危害程度的不同，可將其分為以下3種類型：

（1）直擊雷

直擊雷是由云層與地面凸出物之間的放電形成的。巨大的雷電流流入地下，會(huì)在雷擊點(diǎn)及其連接的金屬部分產(chǎn)生極高的對(duì)地電壓，這可能會(huì)直接導(dǎo)致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。直擊雷產(chǎn)生的數(shù)十萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)伏的沖擊電壓會(huì)毀壞電力變壓器等電氣設(shè)備絕緣，可能引起短路從而導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故。另外，直擊雷巨大的雷電流通過(guò)被雷擊物，在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換成大量熱能，導(dǎo)致易燃易爆物品的燃燒或爆炸。同時(shí)雷電產(chǎn)生的熱效應(yīng)使物質(zhì)和結(jié)構(gòu)縫隙里的氣體劇烈膨脹，并使水分及其它物質(zhì)分解，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)械力，造成設(shè)備損壞。

（2）雷電感應(yīng)

雷電感應(yīng)分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種。由于雷電流的變化梯度很大，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周圍的物體放電，如附近有易燃易爆物就容易引發(fā)火災(zāi)或爆炸，如果感應(yīng)到正在聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線上就會(huì)損壞聯(lián)機(jī)設(shè)備尤其是弱電設(shè)備。

（3）雷電侵入波

雷電侵入波是由于雷擊而在架空線路上或空中金屬管道上產(chǎn)生的沖擊電壓沿線或管道的雷電波，其傳播速度為3×108m/s。雷電侵入波可毀壞電氣設(shè)備的絕緣，使高壓竄入低壓，造成嚴(yán)重的事故。天然氣是易燃易爆氣體，天然氣場(chǎng)站工藝區(qū)一般處于露天環(huán)境，因此場(chǎng)站的管道、設(shè)備大多暴露在外，同時(shí)自動(dòng)化設(shè)備又需要長(zhǎng)期聯(lián)機(jī)工作，為確保安全，必須采取防雷電侵入波的措施。

2.防雷電措施

天然氣場(chǎng)站防雷電的常用措施大致有3種：

（1）疏導(dǎo)，即將雷云中的電荷疏導(dǎo)至大地，避免直接雷擊或感應(yīng)雷擊電流流經(jīng)被保護(hù)的建筑物或設(shè)備，從而使這些建筑物或設(shè)備免受雷擊。

（2）隔離，即將雷電信號(hào)和被保護(hù)物隔離開從而避免雷電感應(yīng)。

（3）等電位，即將鐵塔地、工作地、建筑物的公共地等置于同一電位。因此，做好設(shè)備的接地是預(yù)防雷擊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)防雷電的規(guī)范要求，防直擊雷的接地裝置其電阻不得大于（10～30）Ω；防止雷電感應(yīng)的接地裝置其接地電阻不得大于（5～10）Ω；防止雷電侵入波的接地裝置其接地電阻不得大于（5～30）Ω。另外，上述規(guī)范對(duì)接地布線也有相關(guān)要求。

二、天然氣場(chǎng)站防靜電接地

1.靜電的產(chǎn)生

產(chǎn)生靜電的原因主要有摩擦、壓電效應(yīng)、感應(yīng)起電、吸附帶電等。一般而言氣體都有較大的電阻在壓縮、輸送和生產(chǎn)過(guò)程中，由于相互碰撞、與管壁摩擦或受到?jīng)_擊時(shí)都可能產(chǎn)生靜電。特別是當(dāng)輸送管道內(nèi)存在表面粗糙、流速過(guò)快等現(xiàn)象時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的摩擦，所產(chǎn)生的靜電荷在沒(méi)有良好的導(dǎo)除靜電裝置時(shí)，便容易積聚電壓而發(fā)生放電現(xiàn)象，極易引發(fā)火災(zāi)和閃爆。天然氣通過(guò)管道輸送，氣體和管道間的高速摩擦容易產(chǎn)生電荷，尤其是在變徑或彎頭處。如果管道與大地絕緣，就是一種孤立導(dǎo)體，便容易產(chǎn)生靜電積累、放電。長(zhǎng)輸管道一般都有強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，天然氣場(chǎng)站的進(jìn)出站都有絕緣法蘭，如果不采取有效措施，場(chǎng)站內(nèi)很容易產(chǎn)生靜電。

2.靜電的危害

天然氣場(chǎng)站靜電的危害，一是引起閃爆和火災(zāi)；二是對(duì)操作人員的身體健康有一定的影響，也可能造成其觸電；三是損壞儀器儀表。

3.防靜電措施

因?yàn)樘烊粴鈭?chǎng)站里的管道、設(shè)備都是導(dǎo)體，因而最直接最有效的防靜電措施就是直接將靜電通過(guò)導(dǎo)線連接泄放到大地。天然氣場(chǎng)站通常采用的防靜電措施是：為管道、分離器、過(guò)濾器及機(jī)械設(shè)備等容易產(chǎn)生靜電的設(shè)備設(shè)置良好的接地裝置，以保證其所產(chǎn)生的靜電能迅速導(dǎo)入地下。另外，為防止設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與管道之間，管道與容器之間產(chǎn)生電位差，在其連接處特別是在靜電放電可能引起燃爆的部位，用金屬導(dǎo)體將其連接在一起并接地以消除電位差。按照規(guī)范要求，接地裝置的接地電阻應(yīng)不大于10Ω。

三、電氣設(shè)備的接地

電氣設(shè)備的接地主要分為交流工作接地和保護(hù)接地。

1.交流工作接地

使用交流電的電氣設(shè)備，按規(guī)定在工作時(shí)要進(jìn)行工作接地，即交流電三相四線制中的中性線直接接入大地。交流工作接地一般是通過(guò)導(dǎo)線接到配電柜的中線上，然后再通過(guò)接地母線將其接地。其接地電阻按照規(guī)范不應(yīng)大于10Ω。

2.保護(hù)接地

保護(hù)接地就是將電氣設(shè)備的金屬外殼或機(jī)架通過(guò)接地裝置與大地直接連接起來(lái)，其目的是防止因絕緣損壞或其他因素使設(shè)備的金屬外殼帶電造成觸電。天然氣場(chǎng)站設(shè)備的電源多數(shù)是單相的，其電源線采用單相三線電纜，其中一條為火線，一條為中性線（交流工作接地線），一條為地線（保護(hù)接地線）。地線在設(shè)備中連在金屬外殼上，與設(shè)備相連的電源插座應(yīng)采用三孔插座，并統(tǒng)一連接安全保護(hù)地的接點(diǎn)。

四、自控、通訊設(shè)備、儀表的接地

自控、通訊設(shè)備、儀器儀表的接地主要分為直流工作接地、保護(hù)接地、信號(hào)回路接地、屏蔽接地和本安儀表接地等。

1.直流工作接地

直流工作接地是自控系統(tǒng)中數(shù)字邏輯電路的公共參考零電位，即邏輯地。邏輯電路一般工作電壓低，信號(hào)幅度小，容易受到地電位差和外界磁場(chǎng)的干擾，因此需要一個(gè)良好的直流工作接地，以消除地電位差和磁場(chǎng)的影響。按照規(guī)范，其接地電阻應(yīng)小于等于4Ω。天然氣場(chǎng)站直流工作接地線的接法通常有3 種，即串聯(lián)法、匯集法、網(wǎng)格法。

（1）串聯(lián)法。即在地板下敷設(shè)一條截面積為（0.4～1.5）mm×（5～10）mm的青銅（或紫銅）帶，各設(shè)備把其直流地就近接在此銅帶上。這種接法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單易行，缺點(diǎn)是銅帶上的電流流向單一，阻抗不小，致使銅帶上各點(diǎn)的電位存在差異。

（2）匯集法。即在地板下設(shè)置一塊5～20mm厚、500×500 mm大小的銅板，各設(shè)備用多股屏蔽軟線把各自的直流地都接在這塊銅板上。這種