我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)防雷技術(shù)應(yīng)用分析與研究

摘 要

　　雷電災(zāi)害，是目前中國(guó)十大自然災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有21個(gè)省、市、區(qū)雷暴日在50天以上，最多可達(dá)134天，雷暴給人們生活帶來(lái)了極大的安全隱患。尤其是近年來(lái)，中國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、
　　雷電災(zāi)害，是目前中國(guó)十大自然災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有21個(gè)省、市、區(qū)雷暴日在50天以上，最多可達(dá)134天，雷暴給人們生活帶來(lái)了極大的安全隱患。尤其是近年來(lái)，中國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、信息技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，城市高層建筑日益增多，雷電危害造成的損失越來(lái)越大。僅1998年和1999年兩年的統(tǒng)計(jì)，中國(guó)雷擊造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)百萬(wàn)元以上的有38起。每年因雷電災(zāi)害傷亡的人員約為3000人—5000人，造成的財(cái)產(chǎn)損失在70億元一100億元左右。我國(guó)的雷電災(zāi)害損失80%以上涉及電子、通訊和配電系統(tǒng)。雷電可以通過(guò)各種途徑危害地面的物體和人畜。雷電事故造成的經(jīng)濟(jì)損失，也給社會(huì)帶來(lái)難以估量的間接損失，對(duì)社會(huì)影響很大，雷電災(zāi)害已成為聯(lián)合國(guó)公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，雷電災(zāi)害被列為“電子時(shí)代的一大公害”。
    根據(jù)燃?xì)庑袠I(yè)的易燃、易爆、有毒等特點(diǎn)，結(jié)合雷電的形成、雷電流的特征、與燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)代防雷技術(shù)及防護(hù)方法的應(yīng)用，下面將燃?xì)庑袠I(yè)防雷技術(shù)應(yīng)用分析如下：
1 燃?xì)庑袠I(yè)的防雷裝置(LPS)、現(xiàn)代防雷技術(shù)的框架與原則
1.1 防雷裝置(LPS)
   在GB50057—94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)防雷裝置名詞的解釋是：防雷裝置(LPS)是接閃器、引下線、接地裝置，過(guò)電壓保護(hù)器及其他連接導(dǎo)體的總和。在IEC標(biāo)準(zhǔn)中防雷裝置的定義是：用于對(duì)需要防雷的空間做防雷效應(yīng)的整個(gè)裝置，它由外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置組成。外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成。內(nèi)部防雷裝置：除外部防雷裝置以外的全部附加措施，它們能減小雷電流在需要防雷的窨?jī)?nèi)所產(chǎn)生的電磁效應(yīng)。因此，屏蔽和電涌保護(hù)器是其中重要的防雷裝置。
    1777年5月，倫敦附近一座火藥庫(kù)因雷擊而受損，避雷針是富蘭克林等人組成的委員會(huì)設(shè)計(jì)的。雷擊火藥庫(kù)，說(shuō)明避雷針沒(méi)有截閃，從而提出避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算問(wèn)題。我國(guó)GBJ57—83標(biāo)準(zhǔn)，使用了30°、45°、60°的圓錐體，按此方法，避雷針越高，則其覆蓋的保護(hù)范圍就越大。但事實(shí)上，許多高聳的鐵塔或建筑物上的避雷針不但無(wú)法按圓錐體實(shí)現(xiàn)保護(hù)，往往自身的中部和下部遭遇雷擊。在巴黎的愛(ài)菲爾鐵塔的中部還架設(shè)了向外水平伸出的避雷針，以防備側(cè)面襲來(lái)或繞過(guò)鐵塔頂部避雷針的“繞擊雷”。從1980年起，經(jīng)過(guò)討論和研究，世界上大多數(shù)國(guó)家均已采用滾球法計(jì)算避雷針的保護(hù)范圍(日本除外，仍用45°、60°保護(hù)的圓錐體)。
1.2 燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)代防雷技術(shù)的框架
    為使燃?xì)庑袠I(yè)建筑物及其內(nèi)部設(shè)施免受雷電的直接和間接危害，燃?xì)庑袠I(yè)現(xiàn)代防雷技術(shù)的框架通常使用避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等防直擊雷的危害；使用信息系統(tǒng)中防雷電暫態(tài)沖擊的器件避雷器壓敏電阻、氣體放電管和雪崩二極管等防間接雷電侵入波的危害；屏蔽技術(shù)也是防止雷擊電磁波侵入的重要方法。就建筑防雷保護(hù)設(shè)計(jì)而言，包括接地在內(nèi)的合理組合和設(shè)置這些防雷設(shè)備與器件，來(lái)構(gòu)成建筑物及其內(nèi)部設(shè)施的雷電防護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從建筑物外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面對(duì)雷電危害進(jìn)行有效的抑制。
1.3 燃?xì)庑袠I(yè)防雷電的原則
   燃?xì)庑袠I(yè)防雷電的原則首先是科學(xué)的原則，其次是經(jīng)濟(jì)的原則和耐用可靠的原則。防雷工作保護(hù)的對(duì)象有三：建筑和構(gòu)筑物、燃?xì)庠O(shè)備和人，三者需統(tǒng)籌兼顧，已制訂了各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的防雷規(guī)范，都是圍繞這三個(gè)保護(hù)對(duì)象制訂出各種條例，其首要原則就是遵循科學(xué)規(guī)律。近年這些防雷規(guī)范都在修訂中，如建筑物防雷規(guī)范已修訂完成，向全國(guó)發(fā)布。這是由于科學(xué)技術(shù)近年的迅猛發(fā)展出現(xiàn)了許多新問(wèn)題，舊的規(guī)范不適應(yīng)了。修訂規(guī)范應(yīng)謹(jǐn)慎從事，未經(jīng)過(guò)科學(xué)家們?cè)诳茖W(xué)原理上的論證和獲得公認(rèn)，也未經(jīng)受防雷實(shí)踐的檢驗(yàn)通過(guò)的試用技術(shù)與產(chǎn)品不應(yīng)列入規(guī)范。但是這不等于拒絕試用一些尚未經(jīng)充分檢驗(yàn)的防雷新產(chǎn)品，因?yàn)榉览坠ぷ饔幸恍┨厥庑?，有些?guī)律是帶有統(tǒng)計(jì)性的，需要實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，不能靠實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。這種試用就要服從科學(xué)的準(zhǔn)則，要進(jìn)行科學(xué)的考察、記錄，要有防備的措施。防雷安全應(yīng)該盡可能按照選定的安全標(biāo)準(zhǔn)做到萬(wàn)無(wú)一失，特別是一些非常重要的工程項(xiàng)目，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的防雷規(guī)范考慮到這些方面，應(yīng)該遵守，這是符合科學(xué)原則的。但是還要有靈活性，因?yàn)榭萍荚诎l(fā)展，已制訂的規(guī)范不可能永遠(yuǎn)正確無(wú)誤，另一方面，中國(guó)地域廣闊，雷電與地理、氣象條件關(guān)系密切，防雷規(guī)范不可能照顧到這些差別，制訂規(guī)范時(shí)也考慮到這一情況?，F(xiàn)代防雷技術(shù)概論含有靈活性，需要人們從實(shí)際出發(fā)，因地制宜考慮防雷措施，善于依據(jù)雷電科學(xué)，獨(dú)立思考。在符合科學(xué)原則的前提下，必須重視經(jīng)濟(jì)原則，防雷規(guī)范中就體現(xiàn)了這個(gè)精神。
2 雷電保護(hù)技術(shù)措施在燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用
   防雷技術(shù)措施在燃?xì)庑袠I(yè)的應(yīng)用，應(yīng)根據(jù)被保護(hù)對(duì)象防雷害的要求，認(rèn)真調(diào)查地理、地質(zhì)、氣象、環(huán)境等條件和被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)及雷電活動(dòng)規(guī)律情況，選用安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的防雷措施。
2.1 儲(chǔ)罐區(qū)防直擊雷的技術(shù)措施
    (1) 在儲(chǔ)罐區(qū)內(nèi)架設(shè)的獨(dú)立避雷針、架空避雷線(網(wǎng))應(yīng)將被保護(hù)物置于LPZO區(qū)。
    (2) 當(dāng)儲(chǔ)罐頂板厚度大于或等于4mm時(shí)，可以用頂板作為接閃器；若儲(chǔ)罐頂板厚度小于4mm時(shí)，應(yīng)裝設(shè)防直擊雷裝置。
    (3) 浮頂罐、內(nèi)浮頂罐不應(yīng)直接在罐體上安裝避雷針(線)，但應(yīng)將浮頂與罐體用兩根導(dǎo)線作電氣連接。浮頂罐連接導(dǎo)線應(yīng)選用截面積不小于25mm2的軟銅復(fù)線絞。對(duì)于內(nèi)浮頂罐，鋼質(zhì)浮盤(pán)的連接導(dǎo)線應(yīng)選用截面積不小于16mm2的軟銅復(fù)絞線；鋁質(zhì)浮盤(pán)的連接導(dǎo)線應(yīng)選用直徑不小于1.8mm不銹鋼鋼絲繩。
    (4) 鋼儲(chǔ)罐必須做到防雷接地，接地點(diǎn)沿儲(chǔ)罐周長(zhǎng)的間距不應(yīng)大于30m，且接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處。
    (5) 鋼儲(chǔ)罐防雷接地裝置的沖擊接地電阻不宜大于10Ω，當(dāng)鋼儲(chǔ)罐僅做防雷電感應(yīng)接地時(shí)，接地電阻不宜大于30Ω。
    (6) 灌區(qū)內(nèi)儲(chǔ)罐頂法蘭盤(pán)等金屬構(gòu)件應(yīng)與罐體可靠電器連接，不少于5根螺栓連接的法蘭盤(pán)在非腐蝕壞境下可不跨接。放散塔頂?shù)慕饘贅?gòu)件亦應(yīng)與放散塔可靠電氣連接。
    (7) 當(dāng)?shù)叵乱夯蜌夤薜年帢O防腐采取下列措施時(shí)，可不再單獨(dú)設(shè)置防雷和防靜電接地裝置：液化石油氣罐采用犧牲陽(yáng)極法進(jìn)行陰極防腐時(shí)，犧牲陽(yáng)極的接地電阻不應(yīng)大于10Ω，陽(yáng)極與儲(chǔ)罐的銅芯連線截面積不應(yīng)小于16mm2；液化石油氣罐采用強(qiáng)制電流法進(jìn)行陰極防腐時(shí)，接地電極必須用鋅棒或鎂鋅復(fù)合棒，接地電阻不應(yīng)大于10Ω，接地電極與儲(chǔ)罐的銅芯連線截面積不應(yīng)小于16mm2。
2.2 調(diào)壓計(jì)量區(qū)防直擊雷的技術(shù)措施
    (1) 調(diào)壓站沖擊接地電阻值不應(yīng)大于10Ω，設(shè)于空曠地帶的調(diào)壓站及采用高架遙測(cè)天線的調(diào)壓站應(yīng)單獨(dú)設(shè)置防雷裝置。
    (2) 當(dāng)調(diào)壓站內(nèi)、外燃?xì)饨饘俟艿罏榻^緣連接時(shí)，調(diào)壓裝置必須接地，接地電阻應(yīng)小于10Ω。
    (3) 在調(diào)壓站內(nèi)設(shè)備應(yīng)置于LPZOB區(qū)內(nèi)。
2.3 燃?xì)饨饘俟艿婪乐睋衾椎募夹g(shù)措施
    (1) 地上燃?xì)饨饘俾愎芘c其他金屬構(gòu)架和其他長(zhǎng)金屬物平行敷設(shè)時(shí)，當(dāng)凈距小于100mm，應(yīng)用金屬線跨接，跨接點(diǎn)的間距不應(yīng)大于30m；交叉敷設(shè)時(shí)，當(dāng)凈距小于100mm，其交叉點(diǎn)應(yīng)用金屬線跨接。
    (2) 架空敷設(shè)的燃?xì)饨饘俟艿赖氖级恕⒛┒?、分支處以及直線段每隔200m～300m處，應(yīng)設(shè)置接地裝置，其沖擊接地電阻不應(yīng)大于30Ω，接地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在固定管墩(架)處。距離建筑物100m內(nèi)的管道，應(yīng)每隔25m左右接地一次，其沖擊接地電阻不應(yīng)大于10Ω。
    (3) 進(jìn)出民用建筑物的燃?xì)夤艿赖倪M(jìn)出口處，室外的屋面管、立面管、放散管、引入管和燃?xì)庠O(shè)備等處均應(yīng)有防雷(靜電)接地裝置。
    (4) 燃?xì)饨饘俟艿啦灰朔笤O(shè)于屋面，當(dāng)實(shí)際條件無(wú)法滿足時(shí)，燃?xì)饨饘俟艿揽煞笤O(shè)于屋面，但應(yīng)滿足以下要求：
    a) 屋面燃?xì)饨饘俟艿?、放散管、排煙管、鍋爐等燃?xì)庠O(shè)施應(yīng)設(shè)置在接閃器保護(hù)范圍之內(nèi)，并遠(yuǎn)離建筑物的屋檐、屋角等易受雷擊的部位。
    b) 屋面放散管和排煙管處應(yīng)加裝阻火器，并就近與屋面防雷裝置可靠電氣連接。
    c) 屋面燃?xì)饨饘俟艿琅c避雷網(wǎng)(帶)至少應(yīng)有兩處采用金屬線跨接，且跨接點(diǎn)間距不應(yīng)大于30m。當(dāng)屋面燃?xì)饨饘俟艿琅c避雷網(wǎng)(帶)的水平、垂直凈距小于100mm時(shí)，也應(yīng)跨接。
    d) 屋面燃?xì)夤芘c避雷網(wǎng)之間的金屬跨接線可采用圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不應(yīng)小于8mm，扁鋼截面積不應(yīng)小于48mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm，宜優(yōu)先選用圓鋼。
    e) 當(dāng)燃?xì)饨饘俟艿烙蒐PZO區(qū)進(jìn)入LPZ1區(qū)時(shí)，應(yīng)設(shè)絕緣法蘭或鋼塑接頭，絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端的管道應(yīng)分別就近接地，接地電阻不應(yīng)小于10Ω。
    (5) 建筑物外墻燃?xì)饨饘倭⒐芘c建筑用戶分支管相連時(shí)，應(yīng)設(shè)絕緣法蘭或鋼塑接頭，絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端的管道應(yīng)分別就近接地，接地電阻不應(yīng)大于10Ω，沿外墻直敷設(shè)的燃?xì)饨饘俟艿缿?yīng)每隔不大于12m就近與建筑物防雷裝置可靠連接。當(dāng)燃?xì)饨饘俟艿缆菁y連接的彎頭、閥門(mén)、法蘭盤(pán)等連接處的過(guò)渡電阻大于0.03Ω時(shí)，連接處應(yīng)用金屬線跨接。
2.4 雷電感應(yīng)在燃?xì)庑袠I(yè)的防護(hù)措施
    雷電感應(yīng)在燃?xì)庑袠I(yè)的防護(hù)的基本要求如下：
    (1) 為防止靜電感應(yīng)，建(構(gòu))筑物內(nèi)的金屬設(shè)備、金屬管道、金屬構(gòu)架、電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬構(gòu)件和突出屋面的金屬物都應(yīng)接到防雷感應(yīng)的接地裝置上。
    (2) 金屬屋面周邊每隔18m～24m應(yīng)采用引下線接地一次，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆制或預(yù)制的鋼筋混凝土構(gòu)件，其鋼筋應(yīng)形成閉合回路，并每隔18m～24m采用引下線接地一次。
    (3) 為了防止電磁感應(yīng)，凡是平行敷設(shè)的長(zhǎng)金屬物體等，其凈距離小于1OOmm時(shí)，應(yīng)每隔20m～30m用金屬線跨接。其交叉距離小于1OOmm時(shí)，交叉處也應(yīng)用金屬線跨接。
3 燃?xì)庑袠I(yè)防雷裝置的基本要求
3.1 接閃器
    避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶及建筑物金屬屋面均可作為接閃器；正常時(shí)能形成爆炸性混合物，電火花會(huì)引起爆炸燃燒的排放管、呼吸閥等凸出建筑構(gòu)件屋面的金屬構(gòu)件不能用作接閃器。
3.2 引下線
    (1) 引下線一般采用圓鋼或扁鋼制成，宜優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼直徑不應(yīng)小于8mm。扁鋼截面不應(yīng)小于48mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm。
    (2) 引下線應(yīng)沿建筑物外墻明敷，并經(jīng)最短路徑接地，對(duì)于建筑藝術(shù)高的可以暗敷，但截面積放大，圓鋼由10mm或扁鋼4mm×20mm。建筑物金屬構(gòu)件如消防梯、金屬煙囪等可作為引下線使用，但必須形成閉合電氣通路。
    (3) 互相連接的避雷器接地引下線不少于2根，之間的距離(m)如下：
    防雷建筑物類別：第二類最大距離為18m。
    (4) 為了便于測(cè)量接地電阻和檢驗(yàn)引下線，宜在引下線距地面0.3m～1.8m處設(shè)置斷接卡。引下線截面腐蝕30%以上者，應(yīng)予以更換。
    (5) 距地面上約1.7m至地面下0.3m之間的引下線應(yīng)采取暗敷或鍍鋅角鐵、改性塑料管或橡膠管等保護(hù)設(shè)施。
3.3 接地裝置
    接地裝置是由埋設(shè)在地下的接地體和連接地體的接地線組成。人為埋入地下的金屬物如角鐵、扁鋼、鋼管等稱人工接地體。利用已有的與大地接觸的各種金屬物如鋼筋混凝土基礎(chǔ)，金屬管道，電纜金屬外皮等兼作接地用的稱為自然接地體。人工接地體垂直敷設(shè)時(shí)多采用鋼管、角鋼或圓鋼。水平敷設(shè)時(shí)采用的圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；扁鋼截面不應(yīng)小于100mm2，其厚度不小于4mm，角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5mm。人工垂直接地體的長(zhǎng)度宜為2.5m，埋入深度不應(yīng)小于0.5m。垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離宜為5m。
    防雷接地裝置還應(yīng)防止跨步電壓造成的危害，所以，防直擊雷接地裝置距建筑物和構(gòu)筑物出入口和人行道的距離不應(yīng)小于3m。當(dāng)小于3m時(shí)，應(yīng)將水平接地體局部埋深lm以上，或?qū)⑺浇拥伢w局部包以50mm～80mm厚的瀝青等到，或采用瀝青碎石地面或在地面敷設(shè)50mm～80mm的瀝青層，其寬度應(yīng)超出接地裝置2m。敷設(shè)在腐蝕性較強(qiáng)的接地裝置，應(yīng)采用熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或加大接地體的規(guī)格等方法均可。
3.4 接地電阻
    防雷接地電阻一般指沖擊接地電阻值，不應(yīng)大于10Ω。防雷電感應(yīng)的接地電阻在第二類防雷建筑物和構(gòu)筑物的沖擊電阻值不應(yīng)大于10Ω，第一類建筑物和構(gòu)筑物防雷感應(yīng)的接地電阻不應(yīng)大于10Ω。防雷電侵入的接地，如電纜金屬外皮，空中金屬管道、閥型避雷器竺的接地電阻不應(yīng)超過(guò)4Ω～10Ω即可。
4 我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)防雷技術(shù)存在的問(wèn)題與建議
我國(guó)的《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》CB 50028—2006國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有對(duì)防雷設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)一步充實(shí)，只是要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057中“第二類防雷建筑物”的有關(guān)規(guī)定，此內(nèi)容過(guò)于籠統(tǒng)，應(yīng)細(xì)化、完善其內(nèi)容，給設(shè)計(jì)、施工和管理人員能夠了解防雷工作在燃?xì)庑袠I(yè)重要的組成部分，提供重要的科學(xué)依據(jù)。
    《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—94(2000年版)第3.2.2條，對(duì)不少于5根螺栓連接的法蘭盤(pán)，在非腐蝕的壞境下，可不跨接；2009年11月1日實(shí)施的《城鎮(zhèn)燃?xì)夥览准夹g(shù)規(guī)范》QX/T109—2009行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中5.2.6有相同的規(guī)定，因2000年以后，大多數(shù)法蘭連接的密封材料采用金屬纏繞墊片，有良好的導(dǎo)電性能，建議修改完善此規(guī)定。
    總之，燃?xì)庑袠I(yè)的防雷工作涉及到雷電的形成、雷電流特征、雷電電磁干擾的性質(zhì)，電磁感應(yīng)耦合過(guò)程、屏蔽、等電位連接、接地等知識(shí)和技術(shù)，還涉及生產(chǎn)制造、設(shè)計(jì)施工、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等多種技術(shù)?，F(xiàn)代防雷技術(shù)是多學(xué)科、多行業(yè)的相互合作、協(xié)調(diào)、配合、相互聯(lián)系的工程，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。更是國(guó)家保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的重要內(nèi)容之一，做好燃?xì)庑袠I(yè)的防雷工作利國(guó)利民，也是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀的具體體現(xiàn)。
 
(本文作者：田長(zhǎng)栓 馬艷霞 滄州市燃?xì)饪偣?063000)