防雷接地技術在沙特東部基地施工現場的計算應用

謝冠鋒 黃保升

中國石化集團煉化工程公司 北京 100029

防雷接地技術在沙特東部基地施工現場的計算應用

謝冠鋒 黃保升

中國石化集團煉化工程公司 北京 100029

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

雷電 設施單體 滾球半徑 防雷接地措施

中國政府先后于1994年頒布防雷設計的國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057—94，1999年《中華人民共和國氣象法》通過實施,國家還設立了全國雷電防護標準委員會，各省級地區設立了防雷中心，這表明國家在對預防雷電災害非常重視。而在國際化工裝置建設工程中在施工安裝階段施工現場和營地一般在遠離城市的開闊地帶，是最容易遭受雷擊的場所，施工作業性質一般為大型露天野外作業、高空作業、長期流動作業、大型吊裝機具使用等，決定了石油化工裝置建設必須認真對待施工現場的防雷接地保護措施，已正式納入項目施工技術措施中，并應得到更加廣泛的重視。近年來中國石化集團煉化工程公司在海外特別是在中東地區和中亞地區承包的大型石油化工項目大都在阿拉伯半島東西部沙漠邊緣和戈壁地帶，是沒有任何防護的開闊地帶，在5個月之久的冬季更是雷電的多發期，更是要引起我們重視的安全防護管理的關鍵點，下面就中國石化集團煉化工程公司沙特東部基地建設談談我們的防雷接地技術的應用。

1 雷電形成機理及危害

1.1 雷電形成的兩個階段

雷電的形成由以下兩個階段組成：靜電感應階段、靜電放電階段

雷電形成的第一階段是靜電感應階段：地面的水分蒸發變為水蒸氣；水蒸氣上升與高空冷空氣相遇形成水滴；水滴積聚成云；水滴在強氣流吹動下形成較小的水滴和較大的水滴，在這一過程中也正是摩擦起電的過程，較小的水滴帶負電，較大的水滴帶正電，從而分別形成帶正電的云與帶負電的云。而帶有大量靜電電荷的云對地面或地面上的物體產生強烈的靜電感應，為云與地面及地面物體之間的發電打下了基礎。

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

1.2 雷電的危害

雷電危害的機理是高壓的擊穿效益，電流的熱效應、化學效應、機械效應等。具體表現為五種形式。靜電感應危害、過電壓危害、直接雷擊危害、電磁波危害和地電位反擊危害，其中靜電感應危害產生于雷電的第一階段，其余危害產生于雷電的第二階段。

2 雷電的預防原則與措施

2.1 雷電的預防原則

2.1.1 安全接地

現代防雷技術離不開接地，接地體是防雷裝置的重要環節，無論是對直擊雷的防護，還是雷電感應的防護最終都需要通過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，這在現實生活工作中是不可能的，所以安全接地只是依據各種設備的使用情況、技術性能、耐壓水平等作出對接地要求的技術指標來算。例如：我們在日常的檢測工作中，經常接觸到各種各樣的設備，而設備的運行必定會存在漏電或雷電流經過時所產生的電位差，為盡量避免內部設備被高電位反擊和操作人員被雷擊的事故，必須對設備進行安全接地，接地電阻小于4Ω。

2.1.2 共用接地系統

在同一建筑物內，將所需接地系統連到一個地網上，或者把各系統原來的接地網通過地下或地上的金屬連接起來，使他們之間形成為電氣相通的統一接地網，當發生雷擊時，雷電流在各系統上產生的高電壓將同時存在各系統的接地線上，這樣就使各接地線之間不存在高電位差，基本清除了系統之間的擊穿問題（各系統電位相同，兩點間沒有電流，保持系統的等電位）。共用接地系統是將交流工作地、直流工作地、安全保護地、防靜電地、防雷接地等共用一組接地裝置。如果接地電阻達不到標準時，應外延增加人工接地裝置使其達到要求。

2.1.3 等電位連接的實施

等電位連接就是把建筑物內附近的所有金屬物，如建筑物的基礎鋼筋、自來水管、煤氣管及其金屬屏蔽層，電力系統的零線、建筑物的接地系統，用電氣連接的方法連接起來（含截獲可靠的導線連接）使整座建筑物成為一個良好的等電位體。配置有信息系統的機房內的電氣和電子設備的金屬外殼、機柜、機架、計算機直流地、防靜電接地、屏蔽線外層、安全保護地及各種SPO（浪涌保護器等）接地端均應以最短的距離就近與等電位網絡可靠連接。等電位連接的目的就是為了防止和設備與設備之間、系統與系統之間危險的電位差，確保設備和操作人員的安全。

2.2 雷電的預防措施

雷電的預防措施主要使用避雷針（避雷帶、避雷網、避雷線）、電涌保護器。其中電涌保護器電壓開關型電涌保護器、限壓型電涌保護器、復合型電涌保護器等。

3 沙特東部基地現場防雷

東部基地設施建設期間，現場多專業交叉施工，各區域的接地防雷系統不能實質性的連接貫通成為等電位連接；安全施工必須設置合理的單體防護措施。為更加形象的將化工裝置的施工階段的臨時用電設備、機械設備及高架設施及人身的防雷設計具體化并加以推廣使用。

東部基地分四個居住區，分別為：一般員工區（西1、西2）、辦公區和公共區域（中1、中2）、管理人員居住區和娛樂設施（東1、東2）、動堆棧區等四個功能單元。根據現場實際施工和營運需要，在東堆棧區的設一永久性的污水處理廠高度為12m，其他設施均高3m，現場組對維修吊車高度30m。

針對上述區域內高架設備的分布，下面分別對其防雷保護分別進行設置、計算。

3.1 現場高架設備的防雷

由于上述施工現場內的起重機、污水處理廠、營房、娛樂設施、規劃中的金屬結構廠均不處于北邊韓國的管道加工廠區相鄰建筑物等設施的防雷裝置接閃器的保護范圍以外，而且本裝置位于長江以南的寧波市。根據相關國家氣象部門頒布的該區域‘年平均雷暴日數’中提供的測試數據，該地方的年雷暴日數為40d/a。另據中國國家頒布的關于《施工現場內機械設備及高架設施需要安裝防雷裝置的規定》要求，由于該地區的年雷暴日數為35d/a，而且在90d/a＞40d/a≥40d/a范圍內，則不強調安裝防雷裝置。

據現場實際情況，為保證本項目的冬季雷雨季節施工作業安全，并利用此就位設施本體防雷措施同時對設施本體四周裝置設施、結構安裝施工進行防雷保護，我們采用提高該地區的年雷暴日數為40 d/a，根據《施工現場內機械設備及高架設施需要安裝防雷裝置的規定》要求；采用在沙特東部基地正中央的辦公區東側搭建40m高的鋼結構架體，并在在鋼結構架體的頂部設置避雷針的防雷措施。整體鋼結構架體防雷接地措施如下：

（1）架體頂設置長度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、接地體進行可靠的電氣連接；

（3）架體周邊利用L40×4、長度L=2.5m鍍鋅角鋼做接地體，接地電阻應小于或等于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，可以保護的防雷半徑計算如下（根據施工現場實際防雷需要，可將其劃分為第三類防雷建筑物。）：

已知鋼結構架體技術參數:

架體高度：h=46m

本地區年雷暴日：D=40d/a

取滾球半徑：hr=60m

避雷針長度：L=2m

則架體防雷保護半徑如下：

根據上式可以計算出：

當架體四周建筑物高度為0m時，塔體可提供的防雷保護半徑為60m；

當架體四周建筑物高度為5m時，塔體可提供的防雷保護半徑為36m；

當架體四周建筑物高度為10m時，塔體可提供的防雷保護半徑為27m；

當架體四周建筑物高度為15m時，塔體可提供的防雷保護半徑為20m；

當架體四周建筑物高度為20m時，塔體可提供的防雷保護半徑為15m。

通過對最高防雷鋼結構架體的防雷計算，并結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構架體的防雷半徑為60m。根據上述架體的防雷半徑計算結果及地面建筑物的高度，可以看出位于居住區和生活區均處于防雷干結構架體和輸電線路所構成的防雷保護半徑之內。

而在東部區域內規劃中的堆場，不在該防雷保護之中。在即將開展設計的堆場附屬的機加工工廠中增加必要的一組防護鋼結構架體，通過對其采取防雷保護措施也可以實現作業人員及設備的防雷保護。

由于架體的接地引下線可以利用本體鋼架進行電氣接地，但本體上所固定的照明、信號及通訊線路（網絡信號接受終端和網絡信號發射路由器），必須采用鋼管敷設。鋼管與機械設備的金屬結構體必須做可靠的電氣連接。同時考慮到歐洲國家的信號與防雷公用等勢體電位的接地電阻小于1Ω的習慣，我們在接地極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根據各自的設計目的和現場條件選定最經濟的方案。

近年來，我們在中東地區和中亞等國內承擔的石油化工裝置和臨時設施均在施工前按照大型單體設施結合正式防雷設施計算，從而設置單體防雷設施保證現場安全；同時，在中東海灣地區和中亞地區等空曠地域的油氣開采儲運項目的執行中，也推廣了單體設施防雷計算的風險控制方法，使項目防雷風險管理日益規范。

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1672-9323（2011）01-0073-03

2010-11-09)