防雷技术
电闪雷鸣是一种自然现象，我国雷电的分布特点是：夏季多于春秋季，陆地多于海洋，山岖多于平原，南方多于北方。雷电的电压很高，瞬时电流强度很大，因此一次雷电的放电时间虽然只有0.01s左右，但其释放出的能量却大得惊人，雷电放电时可使电气设备绝缘击穿、建筑物造成破坏、家用电器击毁、人体及牲畜死亡或受伤等。雷击分为直接雷击和感应雷击两种。雷云对地面物体或人畜直接放电的现象叫直接雷击；架空电缆或室外天线被空中带电云放电形成的强电场的感生电动势冲击家用电器或电子设备的现象叫感应雷击，避雷的方法视具体情况而定。
1.化工企业防雷的重要性
雷电是不可避免的自然灾害，地球上任何时候都有雷电在活动。雷电灾害是十种最严重的自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生。从某种意义上说，科技越发达，雷击对人类的危害就越大。我国是雷暴活动十分频繁的国家，受灾率高，造成的灾害十分严重。据了解全国有21个省、区、市雷暴日在50天以上，最多的可达134天。雷暴给人们生活带来了极大的安全隐患。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000~4000人，财产损失50~100亿元人民币。电子信息系统受损比重急剧增加，现在化工企业也多为dcs控制，电气和电子技术是现代物质文明的基础，其迅猛发展促进了生产力的发展，加速了社会繁荣与进步的进程，同时不知不觉地麻烦也应运而生，各类电磁干扰越来越严重。化工企业易燃易爆，有毒有害，一旦发生雷击，后果不堪设想。做好防雷工作对化工企业有着极为重要的意义。
2.雷电的形成及特点
雷是一种大气中放电现象，雷在形成过程中，它的某些部分积聚起正电荷，另一-部分积聚起负电荷，当这些电荷积聚到--定程度时，就产生放电现象。这种放电有的是在云层与云层之间进行，有的是在云层与大地之间进行。后一-种放电也就是落雷，它会破坏建筑物，损坏电气设备，伤害人畜。雷电的产生原理：当空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。那么，由于同一种物质质量相当，又带上相同的电荷。经过运动，带上相同电荷的质量较重的物质会到达云层的下部(一般为负电荷)；带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部(-般为正电荷)。这样同性电荷的汇集就形成了一些带电中心，当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成云间放电。当带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上内流，二者相遇即形成对地放电。雷电的主要特点：①冲击电流大②时间短③频率高④冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。
3.雷电的种类和危害
雷电主要有四种类形：直击雷、感应雷、霄电侵入波、球形雷
1)直击雷：是带电云层(雷云)与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。
2)感应雷：是室内弱电设备的天敌。直击需放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象，主要危害建筑物内电子设备。是闪电放电瞬问，在附近导体产生的静电感应和电磁感应现象。
3)雷电侵入波：是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。其传播速度为3x108m/s.雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜人低压，造成严重的触电事故。
4)球形雷：在雷电频繁的雷雨季节，偶然会发现殷红色、灰红色、紫色、蓝色的“火球”，直径一般十到几十厘米，甚至超过1米；有时从天而降，然后又在空中或沿地面水平移动，有时平移有时滚动，通过烟囱、开着的门窗和其他缝隙进入室内，或无声地消失，或发出丝丝的声音，或发生剧烈的爆炸，因而人们习惯称之为“球形雷”较为罕见。
设备遭需击受损通常有四种情况，一是直接遭受雷击而损坏：二是需电脉冲沿着与设备相
连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损；三是设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏；四是设备安装的方法或安装位置不当，受需电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。
在电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷针、避霄线、保护问隙与各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器纽、消弧线圈、自动重合闸等等。
4.化工设备的防雷要求
(1)当罐项钢板厚度大于4mm，且装有呼吸阀时，可不装设防雷装置。但油罐体应作良好的接地，接地点不少于2处，间距不大于30m，其接地装置的冲击接地电阻不大于30Ω。
(2)当罐顶钢板厚度小于4mm时，虽装有呼吸阀，也应在罐项装设避雷针，且避雷针与呼吸阀的水平距离不应小于3m，保护范围高出呼吸阀不应小于20m。
(3)浮顶油罐(包括内浮顶油罐)可不设防雷装置，但浮顶与罐体应有可靠的电气连接。
(4)非金属易燃液体的储罐应采用独立的避雷针，以防止直接雷击。同时，还应有感应雷措施.避雷针冲击接地电阻不大于30Ω。
(5)覆土厚度大于0.5m的地下油罐，可不考虑防雷措施，但呼吸阀、f油孔、采气孔应做良好接地。接地点不少于2处，冲击接地电阻不大于10Ω。
(6)易燃液体的敞开贮罐应设独立避雷针，其冲击接地电阻不大于5Ω。
(7)户外架空管道的防雷：
1)户外输送可燃气体、易燃或可燃体的管道，可在管道的始端、终端、分支处、转角处以及直线部分每隔100m处，每处接地电阻不大于30Ω。
2)当管道与襮炸危险厂房平行敷设的间距小于10m时，在接近厂房的一段，其两端及每隔30m—40m应接地，接地电阻不大于20Ω。
3)当管道连接点(弯头、阀门、法兰盘等)，不能保持良好的电气接触时，应用金属线跨接。
4)接地引下线可利用金属支架，若是活动金属支架，在管道与支持物之间必须增设跨接线；若是非金属支架，必须另作引下线。
5)接地装置可利用电气设备保护接地的装置。
5.化工企业外部防雷系统及防护措施
外部防雷系统由接闪器(避雷针)、引下线、接地网等有机组成，三者缺-不可，主要用于防直击雷的防护系统。下面分别对以上三个主要因素的相关技术进行描述。避雷针位于建筑物的顶部，其作用是引雷或叫截获闪电，即把雷电流引下。引下线，上与接闪器连接，下与接地装置连接，它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。
接闪器：直接截受雷击，以及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等。功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置因如大地中泄放，保护建筑物免受雷害。包括避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。
①避雷针：靠把雷雨云所带的异种电荷引导到自身上来，通过良好的接地装置，把雷电流泄入大地，保护建筑物不受雷击。由于避雷针与大地有良好的电气连接，能把大地积存的电荷能量迅速传递到霄雨云层中泄放；或把雷雨云层中积存的电荷能量传递到大地中泄放，使雷击而造成的过电压时间大大的缩短，从很大程度上降低了雷击的危害性，这就是避雷针的工作原理。
②避雷线：电力系统，为了使输电线路少受雷击，采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法，在实用中，由于它简单有效，逐步得到了推广。这种架设在输电线路.上方的钢线，称之为避雷线。
③避雷带：在房屋建筑雷电保护上，用扁平的金属带代替钢线接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来。
④避雷网：指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法(必要时还可以辅助避雷网)，也叫做暗装避雷网。它是根据古典电学中法拉第笼的原理达到雷电保护的金属导电体网络。
引下线：连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击。为了减少和避免这种反击，现代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下线，经过实践证明这种方法不但可行，而且比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与木梁、楼板的钢筋，都是连接在一起的和接地网络形成一个整体的"法拉第"笼，均处于等电位状态。引下线应装在人员不易碰到的隐蔽地点，以防接触电压的危害。
接地网：具有接地功能与大地有良好接触的各种金属构件、金属井管、钢筋混凝土中的钢筋、埋地金属管道和设施，并连成网络。
防护措施：建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求
分为三类。并相应分为三类防雷措施。
第一类：应装设独立避雷针或架空避雷线(网)，使被保护的建筑物及风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。架空避雷网的网格尺寸不应大于5mX5m或6mX4m。避雷针或网格不大于5mX5m或6mX4m的避雷网或由其混合组成的接闪器直接装在建筑物上，避雷网应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设。并必须符合下列要求：
1)所有避雷针应采用避雷带互相连接。
2)引下线不应少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于12m。
3)排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的管道符合独立避雷针(网)防直击雷措施的二、三款的要求。
4)建筑物应装设均压环，环间垂直距离不应大于12m，所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到均压环上，均压环可利用电气设备的接地干线环路。
5)防直击雷的接地装置应建筑物敷设成环形接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω，并应和电气设备接地装置及所有进入建筑物的金属管道相连，此接地装置可兼作防雷电感应之用。
第二类：采用装设在建筑物上的避雷网(带)应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10mX10m或12mX8m的网格，所有避雷针应采用避雷带相互连接。
第三类：宜采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由这两种混合组成的接闪器。避雷网(带)应按规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易雷击的部位敷设。并应在整个屋面组成不大于20mX20m或24mX16m的网格。平屋面的建筑物，当其宽度不大于20m时，可仅沿周连敷设一圈避雷带。
突出屋面的物体的保护方式应符合第二类防雷建筑物防直击雷措施中的二、三款的规定。引下线不应少于两根，但周长不超过25m且高度不超过40m的建筑物可设一根引下线。引下线应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于25m，当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于25m。
6.化工企业建筑物内部防雷系统及防护措施
内部防雷系统由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等组成，主要用于减少和防止雷电流在需防空间内所产生的电磁效应。作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次危害。建筑物内部防雷工程涉及面较宽，面对的是包括感应雷、球雷、传导雷或因线路上浪涌高电压所造成电网波动在内的众多损害，归纳起来危害最大的主要方面是高电压引入。
高电压引入的电源有三种：
其一是直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内；
第二种是来自感应儒的高电压脉冲，即由于雷雨云对大地放电或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，感生出几KV到几十KV至数百KV的地电位反击，这种反击会沿着电力系统的零线，保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。
雷击电子设备的途径，雷击电子设备的途径可分为三种情况：
①雷电直接击中电子设备网络物理
②感应过电压
③雷击地电位抬高入侵
防护措施：
1)大楼通过建筑物主钢筋，上端与接闪器，下端与地网连接，中间与各层均压网或环形均压带连接，对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接，具有特殊要求的各种不同地线进行等电位处理。
2)对计算机通信网络系统在建筑物楼内的布线和接地方式要求：通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。通信电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁，并与之保持较长的距离，通信电缆线槽以及地线线槽的设计应尽可能位于距离建筑物立柱或横梁较远的位置。
3)根据雷电保护区的划分要求，建筑物大楼外部是直接雷击区域：建筑物内部及计算机房所处的位置为非暴露区，越往内部，危险程度越低。雷电过电压对内部电子设备的损害主要是沿线路引入。保护区的界面由外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏敞层形成。电气通道以及金属管等金属构件，穿过各级雷电保护区时必须在每一穿过点做等电位连接。
4)进入建筑物大楼的电源线和通讯线应在LPZO与LPZI、LPZI与LPZ2区交界处、以及终端设备的前端，根据IEC1312--雷电电磁脉冲防护标准，安装上电源类SPD，以及通讯网络类SPD(瞬态过电压保护器).SPD是用以防护电子设备因受雷电闪击及其它干扰造成传导电涌过电压危害的有效手段。
7.变电所配电设备防雷措施
(1)配电变压器按现行规范采用阀型避雷器来保护。阀型避雷器要求越靠近变压器安装、保护效果越好，一般要求装在高压跌落保险的内侧。必须使避雷器的残压小于配电变压器的耐压，才能有效地对变压器起保护作用。
(2)避雷器的选择应与线路额定电压相符。若避雷器额定电压高于设备额定电压使设备受雷击时失去可靠保护；避雷器额定电压低于设备额定电压，在正常的过电压下避雷器频繁动作引起线路接地跳闸。
(3)当变压器容量在100kVA及以上时，接地电阻应尽可能降低到40以下；当变压器容量小于100kVA时，接地电阻可达到102及以下即可。如达不到.上述要求的变台，应进行改造接地网使其阻值下降，从而使雷电流流过接地线上引起的电位降低。
(4)在配变低压侧也装设保护装置。10kV配变只在进线处安装避雷器不能保护配变低压绕组，而且由于低压侧落雷也将造成雷电冲击电压直接通过计量装置加在低压绕组上，按变比感应到高压侧产生高电压、有可能首先击穿高压绕组。同时，雷电冲击电压通过低压线路侵入用户，造成家用电器的损坏。所以在配变低压侧应装设低压避雷器(以装设-组FYS型低压金属氧化物避雷器为宜)或500V的通讯用放电间隙保护器，并将避雷器、变压器外壳和中性点可靠接地。
(5)在配电变压器进线处装设电抗器。电抗器可以利用进线制作，用进线绕成直径100mm，10至20匝的电感线圈。阻止雷电波的入侵，保护变压器。
(6)避雷器安装工艺要规范。避雷器的接地要良好，接地线联接要可靠。农村配变避雷器安装工艺差、引线细:接头松或开路造成避雷器失去保护作用而导致配变遭雷击烧坏是较常见的，所以防雷引线的截面积，引线连接头，接地体埋设都要符合有关防雷接地规程要求。
(7)按期进行预试和检修，避雷器要按规程要求定期进行绝缘电阻、工频放电电压试验，
对不合格和有缺陷的避雷器进行更换.FS阀型避雷器经一段时间运行后，因避雷器自身老化其工频放电电压下降，绝缘电阻降低。当其工频放电电压低于23kV，绝缘电阻低于2000MΩ时必须更换。对接地引下线，接地装置要定期巡视检修。雷雨季节前要清扫瓷体，紧固接头，损坏部位立即更换。
随着我国工业的快速发展，化工企业安全生产的重要性正逐步为人们所认同，而在这些企业中，针对特殊构筑物(油罐、户外架空管道、露天可燃气体储藏罐额和储藏柜)的防雷直接关系到石油化工企业的持续安全运行，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代化工企业的防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。
