雷電對綜合錄井的危害分析防雷技術探討

摘要：本文從雷電的成因、種類、入侵途徑、危害、綜合錄井儀的雷擊后果、綜合錄井儀防雷技術、防雷接地等方面進行了闡述。本文著重把防雷接地這項內容進行了具體的分析，分別從原理、應用以及如何正確的測量對地電阻等三個方面，將防雷技術做了具體的闡述。

關鍵詞：雷擊;綜合錄井儀;接地;危害分析;防雷技術

隨著石油勘探力度的增加，以前難以引起人們注意的山區地帶也正成為油氣資源的主要接替區，往往這些地區雷暴天數遠高于平原地區，因此，在這些地區施工的綜合錄井儀經常會發生雷擊事件。輕者造成錄井資料的準確性降低，重者可能會造成儀器的電子線路、傳感器等部件遭到損壞，甚至影響到儀器操作人員的人身安全。

1???? 雷電的成因及危害分析

1.1? 雷電的種類

雷電的種類有直擊雷、雷電侵入波、雷電感應、雷電電磁脈沖（LEMP）和反擊等。如果建筑物的引下線與各種金屬導線管道或用電設備的工作地線之間的絕緣距離未達到安全要求，則可能造成接地引下線與各種金屬導線、管道或用電設備的工作地線之間放屯，從而使這些金屬導線、管道或用電設備的工作地線上引入反擊電流，造成人身和設備雷擊事故。

1.2? 雷電入侵的途徑

當建筑物防雷設施比較完好時，則室內儀器不會直接遭受雷擊，但可間接受到雷電影響，雷電可通過如下途徑影響室內儀器設備。

1.3? 雷電的危害

雷電的破壞作用主要是雷電流引起的，根據上述的危害形式，可將雷電的危害基本上可分為三種類型：一是直擊雷的作用，即雷電直接擊在建筑物或設備上發生的熱效應作用和電動力作用;二是雷電的二次作用，通常稱之為間接雷擊，即雷電流產生的靜電感應作用和電磁感應作用;三是雷電對架空線路或金屬管道的作用，所產生的雷電波可能沿著這些金屬導體、管路，特別是沿天線或架空電線引入室內，形成所謂高電位引入，而造成火災或觸電傷亡事故。

雷擊的閃電過程中可產生強大的雷電流和高電位，若用其電位與電流的乘積功率來表示，雷電具有極強大的功率，能形成巨大的爆炸過程，直擊到地面的建筑和各種生物上，產生強大破壞力。

2???? 綜合錄井防雷技術的應用

2.1? 綜合錄井儀的雷擊后果

經過對綜合錄井儀遭受雷擊破壞的實際情況進行統計分析，雷擊造成的主要后果主要表現形式為以下幾種：

（1）???? 傳感器損壞。如果安裝在井架的傳感器緊固不牢，與井架之間存在有一定的電阻，則容易被雷電擊毀。

（2）???? 電源系統燒毀。由于在儀器的電源系統設計過程中，井場動力電源進入儀器前首先進入配電箱，在配電箱內設計有電源保險絲，一旦電壓高于一定的幅度，在保險絲熔斷的同時，電源系統也有可能被燒毀。

（3）???? 數據采集系統燒毀。由于各種傳感器采集的信號通過信號線與綜合錄井儀內部的信號采集面板進行連接，一旦發生感應雷電后，該區域的強大的電磁波作用于信號線，在信號線上感應產生出瞬態尖峰脈沖沿著信號線向兩端快速傳遞。

2.2? 綜合錄井儀防雷

綜合錄井儀防雷是綜合性的系統工程，所采取的技術措施也是多方面的。這些防護措施可概括為：外部防護和內部防護，防護技術包括屏蔽、等電位連接、分流接地和過壓保護、電源防雷、信號防雷。不同部分和各項技術都有其重要作用，相互之間緊密聯系，不能將它們割裂開來，也不存在替代性。

2.3? 外部防雷保護

（1）???? 屏蔽

屏蔽一般分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽幾種。靜電屏蔽（電場屏蔽）是為了消除和抑制靜電電場的干擾。磁場屏蔽：是為了消除或抑制由磁場耦合引起的干擾。

磁場屏蔽又分為低頻屏蔽和高頻磁屏蔽兩種情況。電磁場屏蔽：一般在遠離干擾源的空間單純的電場或磁場是少見的，干擾是以電場、磁場同時存在的高頻電磁場輻射的形式發生的。雷電電磁脈沖在遠場條件下可看作平面電磁場傳播。因此，應同時考慮電場和磁場的屏蔽。信號傳輸電纜的全屏蔽。電纜的屏蔽要求對機房內、外所有架空、埋地的電纜都用金屬層屏蔽起來，以防雷電電磁脈沖的干擾，這稱作全屏蔽。當全屏蔽電纜接觸或穿過另一金屬部分時，還要采用中間接地點，因此，全屏蔽電纜要求多點接地。

（2）???? 等電位連接

等電位連接也稱電位均衡連接。就是把所有導體相互作良好的導電性連接，并與接地系統連通。其本質是由可靠的接地系統、等電位連接用的金屬導線、等電位連接器（即避雷器、地線隔離器）和所有導體組成一個電位補償系統。

（3）???? 分流接地

分流是將雷電流能量向大地泄放過程中應符合層次性原則。層次性就是按照所劃分的防雷保護區對雷電能量分級瀉放。接地就是讓已經納入防雷系統的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓，避免發生反擊。接地是釋放直擊雷和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補償系統基礎。目的是使雷電流通過低阻抗接地系統向大地泄放，從而保護建筑物、人員和設備的安全。

2.4? 內部防雷保護

在電源進入端安裝低壓總電源防雷器，將由外部線路可能引入的雷擊高電壓引至大地泄放，以確保后接設備的安全。作為系統電源進線端的防雷器，在雷擊多發地帶至少應有60～100KA的通流容量，可將數萬甚至數十萬伏的雷擊過電壓限制到數千伏，防雷器可并聯安裝在板房電源進線端。在雷擊發生時，產生巨大瞬變電磁場，在1Km范圍內的金屬環路，如網絡金屬連線等都會感應到雷擊，將會影響信號網絡的正常運行甚至徹底破壞信號網絡系統，對于信號網絡方面的防雷工作也是較易被忽視的。

3???? 防雷接地辦法

3.1? 防雷接地的方式

（1）???? 安全接地。安全接地即將高壓設備的外殼與大地連接。防止機殼上積累電荷，產生靜電放電而危及設備和人身安全。當設備的絕緣損壞而機殼帶電時，促使電源的保護動作而切斷電源，以便保護工作人員的安全。

（2）???? 工作接地。工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準電位。這個基準電位一般設定為零。該基準電位可以設為電路系統中的某一點、某一段等。當該基準電位不與大地連接時，視為相對的零電位。當該基準電位與大地連接時，基準電位視為大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化。

（3）???? 屏蔽接地。屏蔽與接地應當配合使用，才能起到良好的屏蔽效果。當用完整的金屬屏蔽體將帶電導體包圍起來時，在屏蔽體的內側將感應出與帶電導體等量異種的電荷，外側出現與帶電導體等量的同種電荷，因此外側仍有電荷存在。

（4）???? 防雷接地。當電子衡器被雷擊時，不論是直接雷擊還是感應雷擊，如果缺乏相應的保護，設備都有可能受到很大損害甚至報廢。

3.2? 防雷接地的原理

防雷接地裝置包括接地體和接地線，位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。防雷接她要求接地電阻要小，接地電阻越小，散流就越快。被雷擊物體高電位保持時間就越短，危險性就越小。

3.3? 防雷接地裝置的應用

按照GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》的要求，儀器房房內的安全保護地、信號工作地、屏蔽接地、防靜電接地和防雷器接地宜共用一組接地，接地電阻應小于4歐姆。地線接地電阻的大小與土壤的導電性能、導體尺寸、接地體與土壤接觸的松緊、埋設深度有關。根據避雷地線接地電阻<4Ω的要求，可采用多根鋼管每隔3～5m埋設，按并聯電阻估算達到所需要求。

3.4? 接地電阻測量

接地電阻是指埋入地下的接地體電阻和土壤散流電阻，通常采用ZC型接地電阻測量儀（或稱接地電阻搖表）進行測量。接地電阻測量儀還隨表附帶接地探測棒兩支、導線三根。

參考文獻：

[1]趙英梅防止電氣設備雷電危害的方法淺析《機械管理開發》2008年第1期。

作者簡介：

郭濤，男，1977年7月出生，高級技師，從事油田勘探現場綜合錄井技術工作。