燃氣場站防雷、防爆、防靜電探討

燃氣場站防雷、防爆、防靜電探討內(nèi)容提要概述城鎮(zhèn)燃氣場站系統(tǒng)的環(huán)境特征雷電及雷電事故概述城鎮(zhèn)燃氣場站防雷體系城鎮(zhèn)燃氣場站系統(tǒng)SPD的設置儀表系統(tǒng)供電電源的SPD選擇防靜電結(jié)束語1

概述：隨著我國城市現(xiàn)代化和環(huán)境保護的需要，清潔

的石油液化氣、天然氣逐步進入城市，用以取

代煤炭燃料。相應出現(xiàn)了城鎮(zhèn)燃氣場站及其安

全問題。且隨著城鎮(zhèn)燃氣場站系統(tǒng)的自動化水

平的不斷提高，電腦監(jiān)控系統(tǒng)、電腦管理系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)傳輸應用越來越普遍，跟隨而來的儀表系

統(tǒng)雷電事故不斷增加。如壓力變送器，溫度變

送器，信號報警器，電視監(jiān)控攝像機等等。發(fā)

生雷擊損壞事故較多，所以城鎮(zhèn)燃氣場站的防

雷，主要是儀表系統(tǒng)設備的防雷。遵循標準《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》

GB50058－92《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057－94（2000 版）《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-2006《石油庫設計規(guī)范》GB50074－2002《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》GB50156－20022

城鎮(zhèn)燃氣場站系統(tǒng)的環(huán)境特征城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)裝置的環(huán)境特征：城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)設備大都是常溫、帶壓力的 連續(xù)運行的裝置城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)的產(chǎn)品大都屬于易燃易爆危 險物質(zhì)，城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)設施:大都由高、低壓儲氣罐、 調(diào)壓站及眾多的金屬管道將其相互連接組成。

具有常溫、帶壓連續(xù)生產(chǎn)的性質(zhì)。2.1

防爆區(qū)域劃分分區(qū)定義根據(jù)現(xiàn)行標準GB50058-92《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》

爆炸危險區(qū)域級別是根據(jù)爆炸性氣體混合物出現(xiàn)的頻繁程度和持續(xù)時間來劃分的：0區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)爆炸性混合物氣體的 環(huán)境。I區(qū)：在正常運行時可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物 的環(huán)境。II區(qū)：在正常運行時不可能出現(xiàn)爆炸性氣體混合 物的環(huán)境或即使出現(xiàn)也僅是短時存在的爆炸性氣 體混合物的環(huán)境。城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)設施防爆級別城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)出的產(chǎn)品，石油液化氣、煤

氣或天然氣大都屬于易燃易爆物質(zhì)，場站區(qū)絕

大部分是Ⅱ級爆炸危險區(qū)，少數(shù)屬Ⅰ級爆炸危

險區(qū)。在爆炸危險區(qū)安裝使用的儀器、儀表、

電氣設備都應該采用與爆炸氣體相適合，與爆

炸危險區(qū)相對應的防爆型產(chǎn)品，才能確保安全。城鎮(zhèn)燃氣場站儀表系統(tǒng)設備的弱點：

A.儀表系統(tǒng)設備大部分是集成電路構(gòu)成,而其間隔很小。很小的過電壓都會造成反擊閃絡。集成電路中的電源及信號線路。常具有微型支持結(jié)構(gòu)。這些支持結(jié)構(gòu)受到電涌的沖擊時，會變得過熱而彎曲變形，使得本應該相互隔絕的線路相互接觸，就形成了內(nèi)部短路而導致集成電路失效。

B.電子系統(tǒng)工作電壓一般較低，一般是3、5、12、24伏等。由于城鎮(zhèn)燃氣場站電子系統(tǒng)要求具有長期穩(wěn)定運行的特點，任何超出工作電壓的沖擊（如雷電過電壓），都有可能導致電子系統(tǒng)誤動作或永久性破壞。2.4

電涌電壓對城鎮(zhèn)燃氣場站電子系統(tǒng)設備的不良影響：A.干擾效應B.提前老化效應：C.毀壞效應：2.5沖擊電涌的來源：電涌是指電路中突然出現(xiàn)的瞬間過電壓

或過電流現(xiàn)象。它產(chǎn)生于直接雷擊或間

接雷擊”云閃”或”云空閃”；雷擊電

磁感應；雷擊靜電感應；供電電壓波動： 公用電網(wǎng)的負荷投切、電源開關(guān)的通或

斷而引起的電壓或電流的急劇變化、電

磁場干擾等都會產(chǎn)生電涌。3.雷電及雷電事故概述雷電放電的特點是：放電電壓高于1500kV，電流幅值 大（10－330kA），波幅變化快，波過程時間短（20—400μs左右），頻率可達到50－100kHZ。雷電放電的規(guī)律是：當主放電形成以后，往往會發(fā)生

重復雷擊放電，一般重復雷擊放電2～3次，有少數(shù)雷

擊可高達30～40次。我國最多記錄達到重復放電42次。雷電事故形成的特征：雷電熱效應：雷電的電效應：雷電機械力效應：4.

城鎮(zhèn)燃氣場站

防雷體系外部防雷體系：接閃；分流；均壓（等 電位連接）接地。內(nèi)部防雷體系：電磁封鎖；合理布線；安裝SPD(避雷器)。城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)設施雷電防護區(qū)劃分雷電防護區(qū)按下圖規(guī)定劃分：雷電防護區(qū)劃分規(guī)定1

直擊雷非防護區(qū)（LPZoA）：本區(qū)所有物體及建筑物完全暴露在外部防雷裝置的保護范圍之外，可能會遭受直接雷擊，且雷擊電磁場均未得到任何屏蔽或衰減。直擊雷防護區(qū)（LPZoB）：本區(qū)內(nèi)的各類物體 勻處在外部防雷裝置的保護范圍之內(nèi)，不可能 遭受到大于所選定滾球半徑相對應的雷電流的 直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)雷擊電磁場未得到任何屏 蔽，屬充分暴露在直擊雷防護區(qū)內(nèi)。雷電防護區(qū)劃分規(guī)定2第一屏蔽（防護區(qū)（LPZ1）：本區(qū)內(nèi)的各種物 體不可能遭受直接雷擊。流經(jīng)各類導體的雷電 流已經(jīng)分流，比（LPZoB）區(qū)減少，且由于建 筑物有屏蔽措施，本區(qū)內(nèi)的雷擊電磁場得到初 步的衰減。第二、三屏蔽防護區(qū)（LPZ2、LPZ3）：為進一 步減小雷擊電流及電磁場強度而引入的后續(xù)防 護區(qū)，一般指建筑物內(nèi)專設的屏蔽室或設備屏 蔽的外殼等。儀表控制間的防雷措施1一、當儀表控制間處于周圍高大建構(gòu)筑物30m滾球半徑保護范圍外時，應在屋面設架空避雷網(wǎng)（帶）保護，網(wǎng)格尺寸應不大于5m×5m或6m×4m。二、當儀表控制間處于周圍高大建構(gòu)筑物30m滾球半徑之內(nèi)時，屋面不應架設空避雷網(wǎng)（帶）保護。但應采取防感應雷措施：當屋頂金屬或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，其鋼筋應與周邊環(huán)形25×4mm2扁鋼相焊接，金屬屋面或環(huán)形接地體，應用不少于二根引下線與接地網(wǎng)相連，兩引下線的間距不應大于16m。當利用柱鋼筋作防雷引下線時，建筑物外廊各個角上的鋼筋應被利用。當屋面不是金屬或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，應在屋面敷設不大于5×5m或6×6m屏蔽網(wǎng)進行屏蔽，且引下線應不大于二根，其間距不應大于16m。儀表控制間的防雷措施2三、控制間所在的房間六面（側(cè)面、頂、底面），應用25×4mm2扁鋼或φ10或以上鋼筋做成3×3m網(wǎng)格進行雷擊電磁脈沖防護，網(wǎng)格的交接點應采用焊接。四、控制間所在的建筑物，應作環(huán)繞建筑一周的環(huán)形接地裝置，所有進出建筑物的金屬管道、電纜橋架、電纜金屬保護管，都要與環(huán)形接裝置可靠連接。五、控制間內(nèi)的所有控制設備，應布置在磁場安全空間內(nèi)，并通過設備對角線的兩點與底面3×3m的等電位網(wǎng)相相連，兩接地引線應有長短之分，兩者相差應大于20％。儀表控制間的防雷措施3六、控制間的儀表電源箱母線，應裝設SPD保護

SPD的保護水平VP應小于。SPD兩端引線總長度不應大于。七、控制間的儀表電源箱距電氣專業(yè)最近的一組

SPD小于10m時，其進線電源可不裝SPD進行

保護。當距離大于等于10m時，應裝設SPD保護，其保護水平VP應小于，且兩端引線長度不應大于。4.3

等電位接地系統(tǒng)

1儀表系統(tǒng)的接地分防雷接地、靜電接地、保護接地、屏蔽接地、工作接地（邏輯接地）等，其目的是保證儀表系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運行。4.3

等電位接地系統(tǒng)2

儀表控制間的防雷接地，應圍繞建筑物作環(huán)型閉合接地裝置，每一引下線的接地電阻不應大于10Ω。

儀表控制間防雷擊電磁脈沖屏蔽的規(guī)定：儀表控制間的四面墻、頂、底六面應設防雷電磙脈沖的屏蔽網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸按最近雷擊點計算確定。當儀表控制間設置在建筑物底層時，底面可不作接地網(wǎng)。儀表控制間接地等電位系統(tǒng)的規(guī)定1：儀表系統(tǒng)的等電位連接、由總等電位連 接與局部等電位連接組成。其目的是防 止因電位差過大而產(chǎn)生反擊損壞儀器儀 表。儀表控制間接地等電位系統(tǒng)的規(guī)定2一、儀表系統(tǒng)的工作的頻率小于3000KHZ，且 房間的面積≤12m2時應采用S型等電位結(jié)構(gòu)，當 采用S型等電位連接網(wǎng)絡時，基準點（ERP）到 各設備的連線應采用大于10KV，耐壓水平的絕 緣線。二、儀表系統(tǒng)的工作頻率大于300KHZ，房間的 面積＞12m2時，應采用M型等電位結(jié)構(gòu)。或延 伸式的S型等電位結(jié)構(gòu)。儀表控制間接地等電位系統(tǒng)的規(guī)定2三、儀表接地系統(tǒng)中的接地匯流排（ERP），應保持和建 筑的防雷接地及大電流、高電壓（10KV及以上）的電氣 設備接地之間有10m以上的安全距離，不能滿足要求應用 開關(guān)型SPD連接，并應加強對高電位反擊的防護。四、當儀表設備防電磁干擾較弱時，儀表設備應選用金 屬鎧裝屏蔽電纜，屏蔽層一端接地，鎧裝電纜兩端金屬 鎧裝接地。應在環(huán)形接地裝置及屏蔽網(wǎng)處作接地連接。五、儀表系統(tǒng)的低壓供電系統(tǒng)（380／220伏）必須采用

TN－S系統(tǒng)，當電力系統(tǒng)采用TN－C系統(tǒng)時，在儀表用電 系統(tǒng)電源側(cè)中性線（N）作重復接地，然后N線與PE線分 開。保證系統(tǒng)低壓供電接地系統(tǒng)為TN－S接地方式。4.4

儀表系統(tǒng)工程防雷電纜的屏蔽與敷設現(xiàn)場儀表防雷接地測控信號選型參考112V脈沖

RS485信號5V

RS48524V模擬量（AI/AO）24V數(shù)字量（DI/DO）三線制RTD標稱放電電流（kA）（8/20μs）≥10kA≥10kA≥10kA≥10kA≥10kA最大放電電流（Imax）（8/20μs）≥20kA≥20kA≥20kA≥20kA≥20kA電壓保護水平（Up）（組合測試波形：

6kV

1.2/50μs；3kA，8/20μs）≤60V（線-線/線-地）≤30V（線-線/線-地）≤60V/500V（線-線/線-地）≤60V/500V（線-線/線-地）≤40V/500V（線-線/線-地）連接方式串聯(lián)串聯(lián)串連串連串連負載電流能力不應低于回路工作電流不應低于回路工作電流防爆認證FM或ATEX等機構(gòu)安全防爆認證，本質(zhì)安全回路特性不應低于EXiaIIAT3接地方式通過自身金屬卡座與導軌連接，通過導軌實現(xiàn)可靠接地，不應采用外連導線接地熱插拔是測控信號選型參考2串聯(lián)并聯(lián)標稱放電電流（kA）（8/20μs）≥5kA≥5kA最大放電電流（Imax）（8/20μs）≥10kA≥10kA電壓保護水平（Up）（測試波形：10kA，8/20μs）≤85V/500V（線-線/線-地）≤85V/500V（線-線/線-地）防爆認證FM或ATEX等機構(gòu)安全防爆認證，本質(zhì)安全

回路特性不應低于EXiaIIAT3，防爆特性最低EXdIIAT34.5

現(xiàn)場儀表浪涌保護器（SPD）的配置原則A．壓力、溫度、流量、液位變送器。B．功率開關(guān)現(xiàn)場端、熱電阻及熱電偶現(xiàn)場端。C．電氣轉(zhuǎn)換器、電氣閥門定位器、電磁閥等 現(xiàn)場電信號執(zhí)行儀表兩端。D．單獨立桿安裝的電視監(jiān)控頭的電源及信號 端。E．安全儀表系統(tǒng)兩端。5.城鎮(zhèn)燃氣場站的供電系統(tǒng)圖5.1城鎮(zhèn)燃氣場站的供電系統(tǒng)圖說明1A、城鎮(zhèn)燃氣場站電源由當?shù)毓╇姴块T架空線T 接經(jīng)電纜引入，電纜埋地長度應大于2√ρ米（ρ為當?shù)赝寥离娮杪剩也恍∮?5m。B、配電間進出電纜一般都大于5根。C、SPD1、SPD2選Y5CS－12.7/36(Y5CS－7.6/22)標準放電電流8/20μs、5kA，SPD3選powersetbc/3+1(混合型SPD)，標準放電電流

8/20μs、20kA左右。5.1城鎮(zhèn)燃氣場站的供電系統(tǒng)圖說明2D、SPD1、SPD2接相線-地線（L-G），SPD3 同樣應注意UC值的選擇.其值應根據(jù)10(6)KV電 氣系統(tǒng)中性點的接地方式來選擇.6.

儀表系統(tǒng)供電電源的SPD選擇城鎮(zhèn)燃氣場站生產(chǎn)設施的儀表系統(tǒng)供電電源， 一般由生產(chǎn)裝置的低壓母線提供電源，經(jīng)UPS（不間斷供電電源）給電子系統(tǒng)供電，因此一般SPD接線見下圖：儀表系統(tǒng)供電電源的SPD選擇圖儀表系統(tǒng)供電電源的SPD選擇圖說明A、裝置低壓配電母線一般采用單母線分段如圖（8）所示， 儀表系統(tǒng)雙電源取自低壓兩段母線上，一般都用電纜配線。B、裝置儀表系統(tǒng)設備用電多為220VAC低壓，SPD4、SPD5 接線為相線－地線（L-G）及中性線－地線（N-G）。說明：C、當儀表系統(tǒng)設備供電為直流時，SPD4、SPD5用直流SPDD、儀表系統(tǒng)的配線宜采用鎧裝屏蔽電纜直埋或封閉金屬橋 架敷設。電纜金屬外皮兩端及進入建構(gòu)筑物處應接地。當電 纜采用穿鋼管或電纜橋架敷設時，鋼管或橋架兩端及進入建 筑物處應接地。且橋架全程應保持電氣連續(xù)（導通）。儀表系統(tǒng)供電電源的SPD選擇圖說明E、現(xiàn)場設備端的SPD5的接地應與電纜外皮共用 接地