防雷设施有效性研究

防雷设施有效性研究（精选3篇）

防雷设施有效性研究 篇1

0 引言

在石油天然气的实际开采中，石油天然气井站不可或缺，这些井站所处位置一般海拔较高且较偏僻。由于每个井站的石油天然气产量以及产水量存在着一定的差异性，因此在井站安装的工艺设备、电气以及通信设备等方面也必然有一定的差异性。近年来，随着科学技术的迅速发展，井站高科技的自动化设备和设施(如自动化微机记录仪、电子传感器、通信交换设备、超声波以及微波计量装置等)也越来越多。为了使这些设备或设施在一个较为安全的环境下运行，且保证石油天然气开采过程的安全性，对于石油天然气井站而言，做好井站的防雷措施就具有十分重要的意义。

目前，现有的石油天然气井站为了避免采输设备、电气设施遭雷击或爆炸，不仅安装了避雷针，而且还对各类设备做了接地等防雷防爆处理。特别是近两年，石油系统对天然气井站防雷设施要求越来越高，原来井站安装的自制独立式避雷针也因此被逐步改造成铁塔优化式避雷针。

本文首先对石油天然气井站的防雷设施进行了介绍，然后在此基础上提出了在实际的井站防雷设施安装过程中所出现的问题，最后针对这些问题提出了石油天然气井站防雷设施的安装方法，旨在为石油天然气井站防雷设施的实际安装及运行提供一定的借鉴与参考。

1 石油天然气井站安装的防雷设施

对于石油天然气井站而言，防雷设施的安装对井站的安全运行起到了十分重要的保障作用，它避免了不必要的损失，提高了石油天然气井站的工作效率与质量。一般而言，石油天然气井站所安装的防雷设施主要有以下3种类型：

1.1 浪涌识别式避雷器

具体而言，浪涌识别式避雷器主要包括模块型和相体型2种，它们的主要区别是：模块型避雷器一般安装在配电箱的内部;而相体型避雷器则安装在配电箱的外部，接在配电箱进线电源上，其主要功能为防止感应雷以及雷电波侵入配电箱内对配电箱造成损坏，或防止雷电的电压与电流过高而烧毁配电箱。

1.2 优化式避雷针

2001年，我国自行研发了优化式避雷针，高约0.8 m，一般安装于20～25 m左右的铁塔尖端，然后在其上接泄漏电缆、计数器及入地分流线，再与地面接地装置相连接。优化式避雷针具有传统避雷针吸引雷电并将其疏导入地的特点，它能使入地雷电电流幅度和波头陡度同时降低，从而将雷击危害程度减小到最低。另外，优化式避雷针还具有雷击通流量大、衰减分倍率高、造型美观、安装维护方便、牢固可靠、耐腐蚀、抗风能力强等优点。但是此种避雷针安装费用较高，安装难度也十分大，且要求接地电阻在10Ω以下。

1.3 独立式避雷针

独立式避雷针，又称为“自制式避雷针”，它是准150 mm、高10 m或准190 mm、高12 m的水泥电杆。其上所安装的是自制的镀锌铁管，该铁管的长度为3～5 m，有些会在尖端上安装有自制的铜尖，有的安装的就是大小不同的4节白铁管，其高度一般在15～18 m范围内。然后用一根裸体钢铝线或渡锌圆钢与埋在地下的接地装置相连，接地电阻值要求在10Ω以下。其优点是每基避雷针全套大约800～1 500元，且安装简单;缺点是避雷针渡锌铁管一般在2～3年后生锈，10年左右电杆会出现破裂现象。

2 石油天然气井站防雷设施安装过程中存在的问题及解决方法

在石油天然气井站的防雷设施安装过程中，通常会存在着各种各样的问题，这些问题严重阻碍了井站电气设备的正常运行。以下提出了3个方面的问题，并针对每个问题给出了相应的解决措施。

2.1 避雷针及避雷带材料规格不合理

对于避雷针以及避雷带而言，它们的规格是有规定限制的。很多人认为，这个因素并不重要，只要接地电阻能够达到一定的要求即可，但事实并不是这样简单。避雷针与避雷带是非常重要的接闪部分，这在很大程度上决定了它们的规格不能过小，否则将会使得材料的电阻偏大;而在电阻偏大的情况下，雷击其上时就会产生很大的热量，以致烧损相关的设备及设施，从而引起火灾，同时还会熔断避雷针和避雷带。这样的话，防雷设施非但没有起到防雷作用，反而成了引雷的导火索。同时，避雷针与避雷带规格太小还会影响其使用寿命期。因此，按照《防雷技术标准规范汇编》，避雷针的直径应符合表1规定，而避雷带至少要采用准8 mm以上的钢筋。

2.2 引下线偏少

设置引下线的主要目的是为了能够使雷电流可以更快地流散于地下，而很多石油天然气井站为了美观仅在其下部的四角处安装了引下线。一般情况下，这种做法是可行的，然而在一些比较重要的，周长、面积比较大的建筑物中，(下转第177页)尤其是一些大型的一类或二类井站中，只有4根引下线就不够了。根据《防雷技术标准规范汇编》，建筑物引下线的间距应符合表2规定。

引下线一般有2种类型的敷设方式，即明敷和暗敷。对于明敷，其安装的具体要求是直径≥8 mm。由于暗敷时维修较为棘手，因此它的要求比较高一点，直径要≥10 mm。

2.3 搭接处焊接长度不够

避雷带、引下线的搭接处焊接长度将直接影响到防雷效果。如果为了省钱或是美观而使搭接长度不够却又直接焊接，就容易导致焊接处脱焊及连接不通，从而使防雷设施无法起作用。根据《防雷技术标准规范汇编》规定，圆钢单面焊接长度应为12d (d为圆钢直径)，双面焊接长度应为6d，扁钢单接长度应为2b (b为扁钢宽度)且要三面施焊。

3 结语

综上所述，由于石油天然气井站是石油天然气开采过程中一个不可或缺的场地，而防雷设施又是确保井站正常、安全运行的一个重要保证。因此，提高石油天然气井站防雷设施的安装水平，非常有利于石油天然气井站高效、正常以及安全地运行，从而减少不必要的损失，提高石油天然气井站的工作质量及效率。

参考文献

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[2]中华人民共和国电力工业部.电气装置安装工程施工及验收规范[M].北京:中国计划出版社, 2006

[3]施锐, 殷建成.石油天然气井站防雷设施分析和探讨[J].安防科技, 2005 (4)

[4]王瑛.浅谈防雷设计中常忽略的几个问题[J].煤炭工程, 2010 (2)

[5]吴薛红.防雷与接地技术[M].北京:化学工业出版社, 2008

[6]傅俊霖, 黄君健, 何肖珍.防雷装置接地电阻的认识和探讨[J].气象研究与应用, 2008 (2)

[7]林奕峰, 陈文泉, 林伟旺.揭阳市雷电闪电密度地理分布特征分析[J].气象研究与应用, 2008 (3)

防雷设施有效性研究 篇2

1 防雷系统设计思路

避雷器的日常维护大多采用的是定期巡检的方式, 但是, 防雷系统的老化问题是无法通过巡检发现的, 即使检查时避雷器合格, 但它也可能处于性能劣化的边缘, 可能会因为保护特性下降而被雷电击穿。因此, 为了切实保障防雷系统的运行安全, 对其进行实时监测更为稳妥。

在监测避雷器的过程中, 常使用避雷器漏电流和动作记录器 (计数器) , 但是, 避雷器漏电流和动作记录器不能实现分级报警和数据传输, 存在时效性差的问题, 往往不能及时发现其中存在的安全隐患。要想彻底解决其中存在的问题, 并及时掌握避雷器的运行状态, 让监测中心值班人员能够有效监测防雷设备的运行情况, 就必须要采用“在线、实时、远传、智能、可靠”的监测方式。

本文研究的系统主要用于实时监测避雷器的泄漏电流, 地网阻值, 放电动作的日期、时间和放电动作累计次数。电流检测是用单匝一次穿芯电流传感器实现全隔离取样, 并采用先进的微处理器技术和独有的瞬态参数测试技术进行线性化处理、计算, 并采用IP方式实现对测量结果的数字传输。该系统具有极高的可靠性和安全性, 而且价格相对低廉, 可以安装到每组避雷器中完成实时检测, 无需运维人员到现场抄录避雷器的运行状况。同时, 监测中心后台管理系统可以修改报警阈值, 如果超出设定值, 就会自动报警, 弹出该组避雷器的信息, 并进入预警状态, 让运维人员能够及时掌握相关信息, 提前处理事故隐患。

2 系统的主要功能

该系统主要是实时监测避雷器的泄漏电流、雷击记录、电涌保护器的状态和地网接地电阻, 用终端软件实时分析, 并对故障进行预警。避雷器的泄漏电流、雷击次数是评价避雷器性能的重要参数。当避雷器性能劣化时, 泄漏电流会逐渐变化。避雷器可承受的直击雷次数是一定的, 遭受雷击的次数越多, 性能就越差, 因此, 监测泄漏电流和雷击记录信息可以很好地掌握避雷器的性能。地网是保护机房不受雷击的一种重要设施, 机房可以按照不同的等级设置接地电阻值——地网接地阻值升高, 机房遭受雷击的概率就会升高。电涌保护器遭雷击发生故障后会自动发出报警的声音, 但是, 如果电源机房离值班人员比较远时就不易察觉, 所以, 要将其纳入可监控范围, 在值班台位实时监测其状态, 进而为相关工作提供帮助。

3 技术途径

防雷系统主要包括传感器数据采集系统、数据处理系统和监控服务器。其设计主要是将现有的成熟产品作为传感器, 用研制出的信息采集处理系统将各项数据采集起来, 将信息采集系统接入网络作为防雷信息采集节点, 以供监控服务器查询使用, 通过IP网络实现数据传递。

数据采集传感器包括避雷器的泄漏电流、雷击计数器、电涌保护器探测传感器和地阻测试仪;信息采集处理系统包括数据采集单元和数据传输单元;传输网络包括网线、光缆和网络设备;显示终端包括监控服务器和数据处理软件等。

3.1 数据采集处理设计

数据采集处理系统是设计的核心, 它主要完成数据采集和数据传递2 项工作。利用该系统可以查询各传感器的状态, 将获得的数据处理后封装为IP包实现网络传递。

数据采集单元和接地电阻测试仪之间的接口为RS232 串口, 利用它, 处理器数据总线与雷击计数器、浪涌保护器可以实现通信。数据采集处理系统的核心器件是微处理器。

3.2 网络功能程序设计

网络处理芯片的型号为ENC28J60, 它是用SPI接口与处理器通信。处理器内需完成HTTP协议、TCP/IP协议和ICMP协议的初始化工作, 而设计程序采用主机/服务器模式。

3.3 服务器程序设计

服务器端的软件编程是其中另外一项重要工作。PC端程序设计利用VC++平台, 采用数据库技术可以实现设备的数据查询和存储功能, 并在泄漏电流超过阈值、地阻值过高、雷击次数增加和浪涌保护器失效等情况下发出告警。另外, 积累的监测信息还可以用于雷电统计分析、防雷系统性能的比较和分析等工作中。

3.4 系统达到的技术指标

直击雷计数电流≥1 000 A, 计数为0000~9999, 并对应记录时间。当电源电涌保护器失效时, 系统会报警;当漏电流≥20 μA时, 会发出劣化显示;当地网接地电阻达到预设阻值时, 会弹出提示并报警。

4 结束语

本文研究的系统主要用于实时监测避雷器泄漏电流, 地电阻值, 放电动作的日期、时间和放电动作的累计次数。它可以帮助运行维护人员随时掌握防雷设施的运行状况, 及早发现故障隐患, 有效避免雷击造成的各种损失。

综上所述, 该系统可被广泛应用于通信台站和器材仓库, 尤其是可被用于大型通信台站防雷系统的实时监测和一些无人值守台站防雷系统的状态监测等工作中。

参考文献

[1]徐律佳, 杨乐祥.电力通信设备防雷与接地的检测研究[J].电力系统通信, 2012, 33 (241) :73-78.

[2]魏东涛, 胡连桃, 黄亮.军用电子设备的防雷措施研究[J].装备环境工程, 2012, 9 (5) :126-129.

广电设施防雷问题探讨 篇3

雷电对广播电视技术设施、设备以及制作、播出、传输、发射、接收、通信、网络等技术系统危害甚大。防雷是否可靠关系到广播电视技术系统能否安全稳定的工作。

1 雷电的案例及形成

1.1 雷击事故的案列

2010年4月12日23点, 上海市气象台发布雷电黄色预警。凌晨的黄浦江畔电闪雷鸣, 2点多, 有目击者见到东方明珠顶部燃烧得像一支火柴, 历时1小时20分钟, 扑救工作才基本结束。塔顶起火是因强雷击中塔顶发射天线, 引起天线外罩燃烧。从事雷电防护研究近20年的关象石说根本原因是因为塔顶安装的消雷器没有消雷。

2004年6月28日下午6时左右, 位于咸阳市福安路, 正在播出的咸阳市电视台图文频道和咸阳人民广播电台部分设备受损, 节目播出受到影响。据不完全统计, 雷击造成播出设备直接损失约六七万元;办公设施受损约两万元。另外, 广电网络咸阳分公司直接损失约三四千元, 咸阳市燃气公司储备站因雷击致使远程通讯中断。

2008年7月29日, 大理市苍山电视台苍山顶电视转播台, 4092中心机房连续两次遭受强雷电袭击。当天18时16分, 据电视台山顶值班员报告, 转播台遭受雷击, 造成正在播出的州人民广播、中央人民广播两套广播节目和11频道电视节目停播;20时40分山顶值班员再次报告, 机房第二次遭受雷击, 10k V电力专用线路供电中断, 造成苍山台正在播出的广播节目和电视节目全部停播。两次雷击, 造成苍山台部分广播电视设备严重受损, 导致91MHz调频广播停播17小时46分;102.7MHz调频广播停播10小时24分;11频道电视停播6小时零6分, 直接经济损失约2万元。

不仅国内的电视塔会发生雷击事件, 国外的电视塔也时常有该类事故发生, 世界最高建筑哈利法塔遭闪电击中时的照片令人震惊。当时, 迪拜正遭受暴风雨的袭击, 雷电中, 高达828米的哈利法塔在紫色的天空映衬下轮廓清晰。

1.2 雷电的形成和危害形式

雷电是天气现象之一。在雷云的形成过程中, 某些云团带有正电荷, 另些云团带有负电荷, 它们对大地的静电感应使地面产生异性电荷。当这些云团电荷积聚到一定程度时, 不同电荷的云团之间或云团与大地之间的电场强度就可击穿空气 (一般为25~30k V/cm) 开始游离放电, 我们称这种游离放电为“先导放电”。云团对大地的先导放电是云团向地面跳跃 (梯级) 式逐渐发展的, 当它到达地面时 (高出地面的建筑物、架空输电线等) , 便会产生由地面向云团的逆主放电。在主放电阶段里, 由于异性电荷的剧烈中和, 会出现很大的电流 (一般为几十k A至几百k A) , 随之发生强烈放电闪光, 这就是闪电;强大的电流把闪电通道内的空气急剧加热到一万度以上, 使空气骤然膨胀而发出巨大响声, 这就是雷, 这就形成了雷电。

闪电可分为云内闪、云际闪和云地闪。前者对飞行器危害大, 后者对建 (构) 筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。地球上每天约发生800万次云地闪电, 平均每秒100次。

雷电流总是选择距离最近, 最易导电的路径向大地泄放, 凡是空气中导电微粒较多、地面上高耸物体、地面与地下的电阻率较小的地段容易落雷。雷电侵入地面的建筑物、设备、人、畜等会造成灾害, 其形式主要有:

直接雷击 (包括直击雷、侧击雷) ——在雷电活动区内, 雷电直接通过人体、建筑物、设备等对地放电产生的电击现象为直接雷击。

间接雷击——雷电流通过静电感应、电磁感应、电磁脉冲辐射、雷电过电压入侵、雷电反击等 (统称感应雷) 形式侵入建筑物内, 使建筑物、设备部件损坏或造成人身伤亡。

雷电灾害的严重性表现在它具有巨大的破坏性上, 其特点是雷电放电电压高, 闪电电流幅值大, 变化快, 放电时间短, 闪电电流波形陡度大。雷电的破坏作用在于强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场以及强烈的电磁辐射等物理效应, 给人类社会带来极大的危害。雷电灾害波及面广, 随着高科技的发展, 防雷电灾害显得越来越重要。

2 广电系统防雷分析

2.1 广播电视系统防雷现状

广播电视技术系统由节目制作、播出、传送、信号发射和信号监测与接收五个环节构成。

由于发射天线 (发射台站) 是暴露在大自然中, 高度较高, 甚至有些发射天线 (发射台) 是设置在野外的高山上, 一旦遭受雷击, 整个发射天线 (发射站) 将损失惨重。另一方面, CATV系统采用同轴电缆传输电视信号, 虽然有了避雷针防护直击雷, 但是漫长的金属传输线在雷电电磁脉冲的作用下, 很大程度地要受到感应雷电的危害。如果在同轴电缆上感应出一定的电流, 而CATV的设备又没有进行相对应的保护, 设备受到损坏也就成了必然的事情。

现在很多的发射台站都在发射铁塔的顶端安装了避雷针, 以防护直接雷击对天线和发射设备的危害, 但结果却并不如人意, 在广电系统安装了避雷针以后, 设备同样受到了损坏。这说明除了直接雷击以外, 还有雷电流窜到了设备里。避雷针的保护半径已经将整个发射天线包括在里面, 但是长长的发射天线暴露在了空中, 另一个没有防护的电源线路也是暴露在空中, 电流就是从这里面窜了进来。因为在发射设备中, 受到损坏的大都是天线馈线和发射设备的电源。再来看CATV系统, 同样的原因, 由于暴露在空中, 没有避雷针的防护, 长距离的传输, 整个电缆的材质, 无疑都会让同轴电缆上感应出不小的电流。

了解了在广电系统中遭受雷电袭击的主要方式和途径, 对广电系统的防护有了一个比较全面的设计思路。

调频发射系统方面:调频发射机上的发射天线直接延伸到室外。机器配有控制器和遥控遥测系统, 具备手动和自动控制功能。调频发射机和遥控遥测系统是同处于调频发射机房, 通过RS-232接头和总控制室的计算机终端相连, 遥控遥测系统和计算机控制终端之间的数据线约有40m数据线用音频线代替。如1图所示。

广播发射系统已安装了避雷针不用考虑了, 而延伸出去的天线, 则是引入感应雷电的一个因素。另外, 机器设备的供电电源, 由于是架空线, 也是引入雷电的一个因素, 与电源线平行的遥控遥测数据传输线也同样存在隐患。

CATV方面:虽然安装了避雷针, 但CATV系统的电子设备即使在其保护范围之内, 仍然可能遭雷击而受损, 大多数都是烧保险丝、电源变压器、整流元件、三端稳压器, 严重的还可能损坏集成电路等元件。这说明雷击不是从天线引入的, 而是从电源线引入的, 可见避雷针虽保护了建筑物, 却保护不了置于其内的CATV电子设备, 这是感应雷造成的。

2.2 广电系统的防护方案

针对这样的系统, 我们根据《建筑物防雷设计规范》, 首先对电源线路进行防护, 采用多级防护的方法, 如果是城市广播站, 则在市电降压后配电屏后并联安装100k A电源SPD;然后再在发射站的配电柜空气开关后并联安装60k A电源SPD;最后在发射设备的前端并联安装20k A电源SPD, 采用多级电源SPD进行防护, 将整个电源线路上的过电压降到设备能承受的最大耐压范围内。电源系统防雷保护方案如图2所示。

如果在郊外的高山站, 同样也需要采用多级防护的方式进行保护。在供电配电箱后面并联安装100k A电源SPD, 在设备前40k A两级电源SPD进行防护 (由于机房大小受到限制) 。

CATV设备附近发生雷击, 系统中的同轴电缆屏蔽网和架空支承电缆用的镀锌铁线都有良好的接地, 受感应雷的机会较小, 雷电最容易从电源线进入电子设备, 把供电线进户瓷瓶铁脚接地, 对保护电力设备和人身安全可以起到一定的作用。但由于CATV等电子设备耐受过电压的能力比电力设备差得多, 因此必须在进户线上安装低压电源SPD, 另外可将光屏蔽的电线、电缆等在埋地金属管中, 使雷电波通入地中。电源线在进入电子设备前可绕几个圈以形成小电感, 对50HZ电流没有什么影响, 对阻挡雷电波侵入设备却有一定作用。CATV前端设备在发生雷击时, 会在机房内的金属机箱和外壳上感应出高电压, 危及设备及人身安全。前端设备的电源漏电也会危及人员的安全, 因此, 对机房内的所有设备, 输入、输出电缆的屏蔽层, 金属管道等都需要接地, 不能与层顶天线的接地接在一起, 设备接地与房屋避雷针接地及工频交流供电系统的接地应在总接地处连接在一起。系统内的电气设备接地装置和埋地金属管道应与防雷接地装置相连, 不相连时两者的距离应大于3米, 机房内接地母线表面应完整, 并无明显锤痕以及残余焊剂渣;铜带母线应光滑无毛刺。绝缘线的老化层不应有老化龟裂现象。一些前端设备如调制器, 接收机等没有过压保护, 而只有过流保护, 一旦有雷击物往往会出现电源烧坏而保险不断的情况, 针对此种情况应在总电源处加装电源SPD, 以更好地保护前端设备。

2.3 避雷器和地网的安装注意事项

安装时在SPD前串联一个与之匹配的空气开关进行过电流保护。安装SPD时, 作为泄放雷电流的接地线, 在材料的选择上应选用截面积第一级为25mm2、第二级为16mm2、第三级为10mm2的铜导线 (铜的电阻率较低, 有利雷电流的泄放) 。SPD其两端引线要尽可能的短。

其次是接地系统, 接地是整个防雷工程的基础, 没有接地, 所有的SPD都不能发挥出它的作用。在安装完电源防雷器后需要做的就是将整个系统的接地进行整理, 没有接地的要接地, 接地不规范的要重新接地, 如果连接地设施都没有, 则需要新建接地地网。

如需新建地网, 采用的离子接地极和铜包钢接地极做垂直接地极, 采用40×4的镀锌扁钢做水平连接线。为了减小相邻接地体的屏蔽作用, 接地体间距一般5M, 相应的利用系数为0.75~0.85。上述距离可根据实际情况适当减小, 但不能小于垂直接地体长度。接地体埋得越深, 土壤湿度和温度的变化越小, 接地电阻越稳定。根据计算, 在均匀土壤电阻率的情况下埋得太深, 对降低接地电阻值不显著。实际上, 接地装置埋设深度一般不小于1M, 既能避免接地装置遭受机械毁坏, 同时也减小了气候对接地电阻值的影响。如图3所示。

为了减小引下线的电感量, 引下线应沿最短接地路径铺设, 引下线连接地网焊接处作防锈、防腐处理, 引下线距离要求尽量短。应满足以下要求:

(1) 用离子接地极, 耐腐蚀, 使用寿命在30年以上;

(2) 房外部组成地下环网垂直接地体;

(3) 地装置之间连接均采用放热焊接连接;

(4) 阻降至4Ω以下;

(5) 使用的接地体等材料的工作温度、使用寿命、吸湿、保湿、抗腐蚀性能等主要的技术性能指标和功能说明如表1所示。

3 结束语

3结束语随着现代科技的迅速发展, 广播电视传输、发射台, 电子设备和通信设备日益增多, 音视频信号传输暴露在室外的线路越来越长, 遭受雷击的概率大大增多, 再加上现代电子设备中集成电路的工作电压越来越低, 印刷电路板的线间距离越来越小, 使得设备抗雷击能力越来越弱。

防雷、过电压防护与接地产品主要应用于广播、电视、有线网络、发射等方面的高频头、功分器、接收器、调制解调器等设备。广电网络庞大有源器件多, 遭雷击的机会就多, 每年因遭雷击, 给广电网络造成的经济损失是无法统计的。对于设在高山上的发射台, 由于地形特殊, 更容易遭受雷击。雷电对广播、电视技术设施传输系统危害很大, 防雷与接地系统是否可靠, 关系到广播、电视节目的安全播出及接收, 因此广电系统的防雷问题不容忽视。

摘要：雷电对广播电视设施的危害极大, 本文从雷击事故案例入手, 分析了雷电的成因及其具体的危害形式, 针对广播电视系统的应用特点分析了目前广播电视系统的防雷工作现状, 并结合实践, 提出了相关防雷防护方案, 分析推荐了避雷器和地网安装中的注意事项。