1、雷电及防雷保护雷电及防雷保护 欧清礼2019-10-22内容提要 遵循标准 1.0 概述 2.0 雷电及雷电事故概述雷电及雷电事故概述 3.0 雷电防护区划分雷电防护区划分 4.0 石化石化 防雷体系防雷体系 5.0 石化系统雷击电磁脉冲防护：石化系统雷击电磁脉冲防护：6.0 6.0 石化系统石化系统SPDSPD的设置的设置 7.0 雷电事故剖析：雷电事故剖析：8.0 结束语结束语遵循标准 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范GB5005892 建筑物防雷设计规范GB5005794（2000版）石油库设计规范GB500742019 汽车加油加气站设计与施工规范GB5015620191.0 概述
2、雷电是一种常见的自然现象。当自然界发生雷电时，它会产生强烈的闪光，并伴有霹雳的轰鸣声。由云层向大地发生的雷击，叫落地雷，它会击毁房屋，杀伤人畜，击坏设备，造成雷击事故。2.0雷电及雷电事故概述雷电及雷电事故概述 雷电放电的特点是：放电电压高（500KV以上），电流幅值大（10330KA），波幅变化快，波过程时间短（20400S左右，雷电波的频率宽，频率可达到50100KHZ。）雷电放电的规律是：当主放电形成以后，往往会发生重复雷击放电，一般重复雷击放电23次，有少数雷击可高达3040次。我国最多记录到重复放电42次。2.1雷电事故形成的特征雷电事故形成的特征 雷电事故的形成，概括起来不外乎 雷
3、电的热效应、电效应、机械力效应。2.2 雷电效应的危害雷电效应的危害 雷电热效应的危害：雷电热效应的危害：雷电的电效应的危害：雷电的电效应的危害：雷电机械力效应的危害：雷电机械力效应的危害：2.2.1雷电热效应的危害：雷电热效应的危害：当雷击发生时，由于电能向热能的转换，雷击通导会产生强烈的电弧放电，使金属溶化或飞溅，引燃周围的易燃物质（油气与空气的混合物，易燃粉尘，易燃纤维），引起爆炸火灾事故。2.2.2 雷电的电效应的危害雷电的电效应的危害1：当雷击发生时，由于强大雷电流的瞬时变化，电磁场的瞬间变化，（又称电磁脉冲），会在附近的导体上（电线、电缆及其金属导体），产生感应电势（电压或电流），
4、此电势或电流超过其设备所承受的量，设备就会损坏。电势、电流、电磁脉冲会使信息系统设备受到干扰，轻者使其不能正常工作，重者会造成永久性损坏，2.2.2 雷电的电效应的危害雷电的电效应的危害2：由于静电感应的作用，会在大地的物体上（电线、电缆及金属导体），感应与雷云电荷相反的异性静电荷，随着雷击的发生，雷云电荷迅速消失，大地导体上的静电荷就变为自由电荷，形成电势（电压）和电流波，又称静电感应雷电，或电流超过设备所能承受的量，设备也会损坏，跟随而来的电势、电流或电磁脉冲也会使信息系统设备或网络受到干扰，轻者也会使其不能正常工作，重者会造成永久性损坏。2.2.3 雷电机械力效应的危害：雷电机械力效应的
5、危害：当雷电击于建筑物或构筑物上，会在通道及雷击点迅速加热空气和水蒸气，引起迅速膨胀而产生爆破声，把细长物体打弯折断，把建筑物覆盖层打裂飞溅，甚至倒塌、破坏。3.0 石化装置雷电防护防护区划分 雷电防护区按下图规定划分：LPZoALPZoBLPZLPZ12仪表控制室 工艺塔、罐高杆灯等3.1 雷电防护防护区划分规定1 直击雷非防护区（LPZoA）：本区所有物体及建筑物完全暴露在外部分雷装置的保护范围之外，可能会遭受直接雷击且雷击电磁场均未得到任何屏蔽或衰减。直击雷防护区（LPZoB）：本区内的各类物体匀处在外部防雷装置的保护范围之内，不可能遭受到大于所选定滚球半径相对应的雷电流的直接雷击，但本
6、区内雷击电磁场未得到任何屏蔽，属充分暴露在直击3.0雷电防护区划分规定2 第一屏蔽（防护区（LPZ1）：本区内的各种物体不可能遭受直接雷击。流经各类导体的雷电流已经分流，比（LPZoB）区减少，且由于建筑物有屏蔽措施，本区内的雷击电磁场得到初步的衰减。第二、三屏蔽防护区（LPZ2、LPZ3）：为进一步减小雷击电流及电磁场强度而引入的后续防护区，一般指建筑物内专设的屏蔽室或设备屏蔽的外壳等。4.0 石化石化 防雷体系防雷体系 外部防雷体系：截闪；外部防雷体系：截闪；引下线分流；分流；均压均压（等电位连接）（等电位连接）接地。接地。内部防雷体系：电磁封锁（屏蔽）；内部防雷体系：电磁封锁（屏蔽）；合
7、理合理布线布线；安装安装SPD(SPD(电涌保护器电涌保护器4.1 接闪：接闪：用高架接地金属导体，如避雷针、避雷带（网）、建筑物金属桅杆、金属塔架等，安装于建筑物顶面及旁边，使被保护建构筑物免受直接雷击的破坏。用对雷电自身有防护能力的罐、塔去拦截雷闪。接闪器会拦截雷电放电，因此接闪器必须具备足够的机械强度及电气导电性能，同时必须安装有一条或多条从接闪器到大地的低阻抗路径。使接闪雷击电流顺利泄入大地。4.2 分流：分流：接闪器将雷击拦截（接闪）后，将接闪到的雷电流分多路引导泄入大地，使每条支路的雷电流对附近导体或电线、电缆上的感应电势或电流减少。4.3 均压：（等电位连接）均压：（等电位连接）
8、将附近相邻的金属导体，用导电体相互连接并接地，使其上的电势（电压）均衡相等，防止相互产生雷电反击火花，防止维护操作人员接触相邻导体产生电击，保护人身及设备安全。4.4 接地：接地：接地是防雷保护的重要环节。它包括接地极、接地极互相之间的连线，接地带及各接地设备的接地引线等，从防雷及安全考虑，接地系统的接地电阻越低越好，但过低的接地电阻要消耗大量的人力、财力。因此通常是在满足跨步电压，接触电势的情况下，达到国家用防雷规范规定的数值就可以了。一般地段要求接地电阻值不大于10，4.5 电磁封锁：电磁封锁：为防止从交流供电线路及信息系统网络传输线路上传输过来的电涌，损坏设备并危及人员安全，对外部传输线
9、及线缆，应使用封闭金属线槽或穿金属管道敷设，并对金属线槽,穿线金属管道进行可靠适度的多点接地，以最大限度的减少感应雷击所产生的电涌破坏设备事故。4.6 合理布线合理布线：当接闪的雷电流沿分流引下线泄入大地的过程中，由于电磁的耦合作用，会在附近的导体（电线、电缆）上感应出电势（电压）或电流，简称电涌。此电涌的数值与距引下线的距离平方成反比关系，为了减电线电缆上的电涌，在布置电源线、信号线时，要尽量远离防雷引下线，4.7 安装安装SPD(电涌保护器电涌保护器)：尽管我们采取了以上六项措施，在供电线路上，信息系统传输线上，仍会发生电涌击坏设备的事件，为了保护供电及信息系统设备，应在设备所处的建筑物内
10、，在所有连线的进线端、设备附近、防雷区界面处等适当位置安装电涌防护装置5.0石化系统雷击电磁脉冲防护：石化系统雷击电磁脉冲防护：随着我国经济建设的快速发展，大型石化企业不断涌现，为保护石化企业连续平稳安全的运行，信息系统广泛的用于石化企业的监控与管理中。如自动监控压力、流量、温度、工业电视监控、自动火灾报警等应用已经相当普遍，跟随而来的是雷击事故时有发生，成为影响石化企业连续、平稳安全运行的最大障碍。5.1 石化系统的环境特征：石化系统的环境特征：石化生产装置的环境特征：石化生产装置的环境特征：石化生产装置大都是高温、高压连续生产石化生产装置大都是高温、高压连续生产的装置的装置 石化生产装置生
11、产的原料和成品大都属于石化生产装置生产的原料和成品大都属于易燃易爆物质，易燃易爆物质，石化生产装置建构筑物石化生产装置建构筑物:大都由塔、罐容器、大都由塔、罐容器、加热炉、空压机泵房、生产装置机泵及众加热炉、空压机泵房、生产装置机泵及众多的金属管道将其相互连接组成。具有高多的金属管道将其相互连接组成。具有高温、高压连续生产的性质，温、高压连续生产的性质，5.2 5.2 防爆区域划分分区定义防爆区域划分分区定义 根据现行标准GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 爆炸危险区域级别是根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间来划分的：0区：连续出现或长期出现爆炸性混合物气体的环境
12、。I区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。II区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。5.3石化生产装置防爆级别 石化生产装置生产的原料和成品大都属于易燃易爆物质，装置区绝大部分是级爆炸危险区，少数属0级、级爆炸危险区。在爆炸危险区安装使用的仪器、仪表、电气设备都应该采用与爆炸气体相适合，与爆炸危险区相对应的防爆型产品，才能确保安全。5.4石化信息系统设备的弱点石化信息系统设备的弱点 A.集成电路的间隔。集成电路内部绝大部分元器件的间隔很小。很小的过电压都会造成反击闪络。B.信息系统工作电压一般较低:由于石化信息系统要求具有长
13、期稳定运行的特点，为了降低电能消耗，信息系统工作电压一般都限得较低，一般是3伏、5伏、12伏等。任何超出工作电压的冲击（如雷电过电压），都有可能导致信息系统误动作或永久性破坏。5.5电涌对石化信息系统设备的不良电涌对石化信息系统设备的不良影响。影响。A.干扰效应:B.提前老化效应：C.毁坏效应：在强大电涌的冲击下，可导致信息系统设备即时失效。仔细观察,均可看见电路板烧焦，电器元件溶化等现象。这种毁坏有时产生非常之快，使电源稳压系统来不及反应。5.6 冲击电涌的来源：冲击电涌的来源：电涌是指电路中突然出现的瞬间过电压或过电流现象。它产生于雷击电磁脉冲、雷电产生的静电感应、供电电压波动（公用电网较
14、大负荷的投切）、静电放电、电源开关的通或断等而引起的电压或电流的急剧变化、电磁场的干扰等，都会在导体（电缆、电线、信息系统传输线上）都会产生电涌。6.0 6.0 石化系统石化系统SPDSPD的设置的设置 石化生产装置供配电系统的电源端石化生产装置供配电系统的电源端 石油库供配电系统的电源端石油库供配电系统的电源端 仪表系统供电电源仪表系统供电电源UPSUPS电源端电源端6.1供配电电源的供配电电源的SPD1）石化生产装置 石化生产装置的供配电电源，大多采用6（10）kV电缆供配电，电源由总配电间的两段母线引来。6（10）kV系统中性点接地方式多数采用经消弧线圈接地、少数经高阻接地或经低阻接地等
15、。因此SPD接线图见下图：生产装置典型供电系统图6.2石化生产装置供电系统图中SPD的选择1 说明；A、石化生产装置电源由工厂总变电所各段母线提供双电源。一般在总变电所高压母线上装设有SPD1。总变电所到各生产装配电间大都铠装电缆配线，铠装电缆两端都接地，在生产装置变电所高低压母线上都应分别装设SPD2、SPD3。B、SPD选型：SPD1、SPD2选Y5CS-7.6/22（Y5CS-12.7/36）8/20s标准放电电流 5kA SPD3 选VAL-MS/3 8/20s 标准放电电流20kA Up2.5kV6.2石化生产装置供电系统图中SPD的选择2 C、SPD1、SPD2接相线-地线（L-G
16、）。SPD3接线由变压器与低压配电柜的距离决定。石化生产装置一般距离较小，采用相线-地线（L-G）就可以了。选限压型SPD，不用开关型SPD。注意UC值的选择。6.36.3仪表系统供电电源的仪表系统供电电源的SPD选择选择 石化生产装置的仪表系统供电电源，一般由生产装置的低压母线提供电源，经UPS（不间断供电电源）给电子系统供电，因此SPD由电气专业在输入側装SPD。无UPS的场合也由电气专业在配电柜输入側装SPD。当电气配电柜经室外到仪表控制室时，由仪表专业在配电柜输入側装SPD。保护水平VP1.5KV7.0 雷电事故剖析雷电事故剖析1：1 贵州省遵义某石油库3000米3覆土隐蔽罐,由于雷击
17、引起反击,造成位于罐顶上部钢质操作室内的油气爆炸着火.2山西太原某加油站雷电事故:某雷雨天,突然一生爆炸声,罐室盖板跳起又落下,油罐接地处火苗燃烧.3.四川航空部某厂油库,输油管线进泵房未接地,每次外部打雷,管线法兰连接处都有火花发生.7.0 雷电事故剖析雷电事故剖析2：4 黄岛油库特大雷击火灾事故分析:黄岛油库五号罐为石砌非金属距形48X72m2半地下油罐,事故发生时,油罐正以每小时1500t的速率进油,1989-8-12,为雷雨天,上午8时一声巨响,五号罐爆炸起火.7.0 雷电事故剖析雷电事故剖析3：5 仪征输油站06年8月7日该站16原油罐雷击着火情况分析 油气与空气混合物存在:事故发生
18、时16罐是以2000立方米小时的速度出油，浮盘缓慢下降，罐体内壁上不可避免地会悬挂少量原油，其挥发出的轻组分与空气形成爆炸性混合物。若油罐密封不严密，存在泄漏现象，雷击火花存在 7.0 雷电事故剖析雷电事故剖析4：6 石家庄炼油厂氢压机厂房雷电损害 约2019年氢压机厂房曾四次因雷击造成停产.2019年加装法国提前放电避雷针后,事故仍未避免.增加合理布线及电磁屏蔽措施后,改善.7.0 雷电事故剖析雷电事故剖析5：广东省的广州石化炼油厂油罐区防雷及接 地改造后,减少了雷害:1.拆除罐顶避雷针及拆除储罐区消雷塔 2.对浮顶油罐进行良好的电气联接。3.对 原油罐的仪表如:油罐液位系统，温度传感系统，
19、脱水控制系统，工业电视监控系统等单元增加SPD保护 4.接地系统改造：罐区、末站中心控制室及油泵房等连成公用接地网系统。7.0 雷电事故剖析雷电事故剖析6：7 神华煤液化现场火灾系统雷击事故：神华煤液化工程于2019年6月10日、2019年8月8日先后发生火灾报警设备遭雷击大面积损坏事故（同时也有部分电视机、网络办公设备计算机等损坏）。两次事故共计造成7块200型及3块500型联网卡、3块200主板、12手动报警按钮损坏。以及消防站内广播分配盘暂时性死机 主机板的电容器烧毁；联网板接口部分的二极管、三极管、光耦、电容等器件烧毁、线路板烧糊；手动报警按钮的稳压二极管、电阻烧毁。8.0 结束语 石化系统的雷电与电涌防护 首先要搞清概念,熟悉並掌握规范.合理的采取防雷措施,正确选用保护器件 防雷工程一定要采取系统的综合防护措施.:接闪、分流、接地、均压（等电位连接）、电磁封锁(屏蔽)、合理布线，在适当位置安装电涌保护器等 只要给予足够重视,加大改造力度,定能确保石化生产系统长周期平稳的运行。
