舒妍妍 刘志臻
（湖北省丹江口市气象局 442700）
摘要：当闪电产生和落下时,会带来不同强度的电涌、静电效应和电磁效应。这些现象与效应都会对城镇内的燃气供应设备和管道产生一定的影响,严重的情况下甚至还有可能损害和烧毁燃气设备,对于燃气设备周围的建筑物以及人员存在着一定的安全隐患。本文主要是通过对不同类型的雷电隐患因素以及这些因素对燃气设备中所造成的风险与其危害进行了深入地分析和调查,从而总结提出了相应的解决对策与预防措施,对相关雷电防护部门开展雷电预防工作具有一定的借鉴意义。
关键词：城镇燃气;雷电防护;防雷措施;防雷装置设计
引言
雷电是一种带来严重安全隐患的常见自然现象,燃气设备与管道在各个城市和乡镇中分布氛围较为广泛,且与各家庭之间直接紧密相连,因此我们必须要高度重视对千万户家庭的生命财产安全。由于雷击会对燃气设备产生很大的不良影响,所以在进行燃气管道工程的设计、施工、运行等过程中的后期维护都应重点关注燃气防雷措施是否能正常实施。
1.城镇中雷电对燃气管道产生的危害
1.1电效应的破坏作用
雷电在落下与辐射释放的过程中,会产生具有巨大的冲击电压,电压值可以达到上万伏特甚至十几万伏特。若是雷电产生的冲击电压直接落在燃气装置以及其周边的电气装置上,将会把燃气设备表面的绝缘保护层直接击穿与破坏,导致燃气设备内部电路系统发生短路,甚至有可能造成爆炸、火灾等严重的危险后果。
1.2热效应的破坏作用
雷电产生的巨量电流在穿过导体内部介质中时,只需要非常短的时间就可以实现从电能向热能的方向转变。几十上千安的电流都可以转换为几百上千焦的热能,这样的热能己经可以轻而易举地熔化几十乃至几百毫米的钢棒。这样的电流直接降落到易燃物上，在短时间内就会造成巨大的火灾甚至爆炸事故的发生。
1.3静电感应
金属物中的电荷是由雷云和大地这二者之间所形成的电场中生成的。当雷云中的雷电被释放出来,电场就会逐渐消失,之前在电场中大量生成并聚集在一起的电荷失去了引导,将会对周边环境进行无规则的散开运动,产生静电,从而可能引起可燃物的燃烧与爆炸。
1.4电磁感应
雷电具有电流能量大,电压变化快的特点,因此在非常短的时间中就会产生交变电磁场,其中的交变电磁场能量极强。位于交变点磁场中的导体将随着磁场的变化产生电动势,并对磁场中所形成闭回路的金属导体进行感应,从而使其回路产生相应的电流。但是当该闭回路中的某个位置上存在有电阻太大的物品,就会导致该闭回路的局部电压短路和气体发热,甚至还会引起电路火花和气体爆炸。
2.防雷击的措施
2.1对调压柜做好防雷措施
调压柜主要设置在居民社区或者比较空旷的地区中。由于住宅小区是一个人口密集的单位,因此需要高度重视对所有小区的防雷工作,目前小区内的主要防雷措施包括:在适当的地方放置调压箱以及调压柜;住宅楼或其它建筑物的顶层最高处应安装避雷带或避雷网。空旷的区域由于遭到雷击的发生概率高,因此也需要做好相应的防雷工作:在适当的位置放置调压柜;对小区内的重要设备采取单独的接地措施;金属管道与设备之间需要做到一个距离适当的静电接地或跨接工作；把燃气管道取代为安全性相对高的放散管道。该管道采用微正压方式设计,在遭受电击后尽管还是会引起燃烧现象,但是可以自行熄灭,不会进行进一步的扩散与爆炸。燃气放散管的位置应摆放在距离调压柜有一定距离的空地处,并且管口处需要设置相应的阻火和灭火装置,帮助火花能够较快地消散。此外,放散管和调压柜之间的连接处要设有绝缘法兰的工艺管道,并且还需要在工艺管道的尽头进行绝缘接地。
对于燃气设备来说,仅仅依靠燃气避雷带是无法实现真正有用的阻电,还应该对燃气设备周围使用区域的防电范围和爆炸环境作出严格的限定。
2.2对阴极保护绝缘体做好防雷措施
地质环境中的腐蚀性元素比较多,因此要对已经埋地的燃气钢管进行增设外壁的绝缘层和防腐层,同时考虑通过阴极防腐原理来增设阴极保护层,增加其防腐效果。此外,燃气管道和地面的燃气连接处需要设置绝缘法兰或导电接头,阻止电流在二者之间的传播,将埋地管道的电荷水平保持在负电位。高能量的冲击电压能够穿透绝缘法兰和绝缘接头，从而破坏保护仪器和系统。在进行绝缘法兰的安设时,首先需要对损坏可能性最大的受电位置进行通电测试评估,从而针对这些位置进行重点安置,并且还要对其设有备份的法兰，以便损坏后及时对其替换。目前德国舒克公司正研发推行了一款耐雷性相对较强的绝缘接头,该种绝缘接头主要是通过把电位进行释放，从而实现隔绝和保护绝缘层。
2.3对自动控制系统做好防雷措施
仪表设备和电子系统大多数都是由许多复杂的电路和精密器件组合而成,耐雷性极低,并且只要其中一个重要的电子元器件发生问题或者是损坏，就可能会导致整个仪表设备不能正常使用,甚至还会造成系统中枢崩溃。在控制系统安装时，要充分考虑防电防潮的问题。在线路上设置类型匹配的电涌保护器,使系统外部的电流不能直接侵入到系统中,达到保护系统的目的。线式仪表盘一般采用设置防雷接地导线来对仪表进行防电保护，导线不应与金属管道相连,而应当与绝缘法兰相连。此外,对仪表设备增设外部金属箱体以及防雷跨接也是一种效果较为良好的防雷措施。
3.防雷设计技术研究
3.1屏蔽与综合布线
为了有效减少雷击电磁脉冲对现代建筑物的破坏,在建筑金属屋顶、立面金属表层、钢梁、混凝土内钢筋及金属门窗钢框架等大尺寸金属件,应作等电位连接并与防雷装置相连,形成"法拉第笼"。城镇燃气系统中的低压配电线路宜全线采用金属铠装电缆或采用护套电缆穿钢管进行埋地敷设,各个防雷分区的连线交界上应将电缆的金属外皮或外套钢管连接到等电位的连接带上。架空线路严禁直接穿越场站,当场站外线路引入产站内线路采用埋地电缆遇到困难时,可以考虑采用架空线,但在距离产站15m的地方应使用金属铠装电缆或穿钢管埋地引入。应注意:第一,场站内电气设备的接地装置与独立避雷针的接地装置应有安全距离;第二,穿过防雷分区的线缆是否为屏蔽电缆或穿金属管,两端是否接地,当屏蔽电缆要求只有一端接地时,应采取双层屏蔽。
3.2电涌保护器 SPD
低压配电系统及电子信息系统传输线路在穿越各防雷分区时,应采用多级具有防爆功能的电涌保护器SPD进行保护,以防止雷电波沿线路侵入以保护线路上的终端设备。图审时,应注意:(1)了解场站的供电制式;(2)同一线路上,前后级 SPD 能量是否匹配,级间距离是否满足要求;(3)SPD 的各类参数是否满足要求;(4)SPD 前端应有与其参数相匹配的后被保护装置。
结语
现实生活中的燃气管道往往是与整体建筑物进行分开设计的,因此通常燃气管道不在整体建筑物的放电保护范围之内,很容易会受到电击。因此,燃气管道设计施工人员应充分考虑燃气管道自身的防电设计,特别是在一些雷击灾害发生率较高、雷云密集的地区，尤其要注意对燃气管道进行有效的防电保护。对燃气管道的不同部位与不同设备进行有针对性的防电保护,通过在燃气管道周围增设绝缘法兰、绝缘材料保护涂层和管道接地等措施均能大大提高燃气管道的抗电击能力,由此才能更全面地有效保护燃气系统,保护其周边地区人们的生命财产安全。
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作者简介：舒妍妍（1982.10）女，汉族，湖北省丹江口市人，本科学历，助理工程师，从事研究方向或职业，防雷检测和工程。