電氣安全與靜電防護技術

第六章電氣安全與靜電防護技術一、防雷技術二、防靜電技術三、防爆防火技術四、電氣安全措施1一、防雷雷電的產生與雷電的放電

防雷措施

適用規(guī)范2雷電的產生與雷電的放電3人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云,一般講的雷雨云就是指積雨云。云的形成過程是空氣中的水汽經由各種原因達到飽和或過飽和狀態(tài)而發(fā)生凝結的過程。積雨云是一種在強烈垂直對流過程中形成的云。積雨云形成過程中，在大氣電場以及溫差起電效應、破碎起電效應的同時作用下，正負電荷分別在云的不同部位積聚。當電荷積聚到一定程度，就會在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電，也就是人們平常所說的"閃電"。

閃電的形狀最常見的是枝狀，此外還有球狀、片狀、帶狀。閃電的形式有云天閃電、云間閃電、云地閃電。云間閃電時云間的摩擦就形成了雷聲。在氣象學中，常用雷暴日數、年平均雷暴日數、年平均地面落雷密度，來表征某個地方雷電活動的頻繁程度和強度。我國一般按年平均雷暴日數將雷電活動區(qū)分為少雷區(qū)（<15天）、中雷區(qū)（15-40天）、多雷區(qū)（41-90天）、強雷區(qū)（>90天）。我國的雷電活動，夏季最活躍，冬季最少。全球分布是赤道附近最活躍，隨緯度升高而減少，極地最少。45雷電危害按雷電形式可分成直擊雷、感應雷和雷電波侵入三種。1、直擊雷破壞2、感應雷破壞

A、靜電感應雷：

B、電磁感應雷3、雷電波引入的破壞：雷電危害按雷電出現的物理效應可分成電性質破壞、熱性質破壞和機械性質破壞1、電性質破壞：2、熱性質破壞：3、機械性質破壞：67當人類社會進入電子信息時代后，雷災出現的特點與以往有極大的不同，可以概括為：（1）受災面大大擴大，從電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領域擴展到幾乎所有行業(yè)，特點是與高新技術關系最密切的領域，如航天航空、國防、郵電通信、計算機、電子工業(yè)、石油化工、金融證券等；（2）從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。（3）雷災的經濟損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對象本身的直接經濟損失有時并不太大，而由此產生的間接經濟損失和影響就難以估計。（4）產生上述特點的根本原因，也就是關鍵性的特點是雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。防雷措施8防雷裝置：▲避雷針、避雷網、避雷帶、避雷線、▲避雷器等。包括：接閃器、引下線、接地裝置三部分。（反擊）避雷針：保護范圍確定h/2hhahxr=1.5hPθr—地面保護半徑mh—避雷針高度mP—高度影響系數；h≤30m取1，30～120m取5.5/√h，>120取h＝120mrx＝避雷針在hx水平面上的保護半徑hx＝被保護物高度mha＝避雷針的有效高度mrx避雷器分為閥型、管型和氧化鋅避雷器

接在被保護設備引入端，上端接帶電部分、下端接地。正常時，避雷器內部間隙保持絕緣，過電壓時間隙放電接地，截斷沖擊波，使引入被保護設備的電壓為避雷器“殘壓”，雷電過后，避雷器恢復絕緣狀態(tài)。9被保護設備過電壓避雷器接地線路

適用規(guī)范10石油與石油設施雷電安全規(guī)范

GB15599-95建筑物防雷設計規(guī)范

GB50057-94石油庫設計規(guī)范

GB50074-2002石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范

GB50160-92交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合

DL/T620-1997

石油與石油設施雷電安全規(guī)范GB15599-951主題內容與適用范圍

本規(guī)范規(guī)定了石油和石油產品在生產、運輸、貯存、銷售、使用過程中避免或減少石油設備雷電危害的基本原則和措施。

本規(guī)范適用于石油設備的雷電安全保護。2引用標準（略）3預防雷電危害的基本原則（略）

4預防雷電危害的技術措施（略）

5預防雷電危害的管理措施（略）

11二、防靜電靜電的產生石油靜電的產生靜電的安全防護適用規(guī)范12靜電的產生靜電現象靜電的產生物質奪取自由電子，需要能量。如果物質間進行摩擦，產生電子轉移。但兩個物質表面接觸后，只要把他們迅速拉開，也足以產生靜電。靜電產生的基本、重要的因素應當認為是，物質相互密切接觸和迅速剝離。13產生靜電的內因

物質逸出功（電子脫離物質表面所需要作的功）不同。

物質電阻率不同。產生靜電的外因

緊密接觸（25×10－8cm)與迅速分離。附著帶電。。

感應起電。

極化起電。

流動帶電。

噴出帶電。

飛沫帶電。靜電的積累

14

電阻率與泄漏半衰期的關系15電阻率Ω·cm半衰期s10171200010161200101512010141210131.210120.1210110.01210100.00121090.00012石油靜電的產生輸油管線中靜電的產生

流動帶電。

管線材質影響。如高分子塑料管與鋼管比較，前者帶靜電高8倍。管線內表面光潔度和使用時間等條件也對帶靜電傾向影響很大。

管線長度與帶電量成正比，如管線設有過濾分離器、過濾網等，帶電量有時會增加10～200倍。因此泵或過濾器等出口側的管線采取加大管徑和增設緩沖罐等措施，都是必要的。

泵轉速的影響。

油溫的影響。石油的導電率隨油溫的升高而增大；但也有相反的理論。

16流速，m3/min泵內靜電，μA管線內靜電，μA1002003004000.0230.0300.0850.0900.0280.0680.1000.220

混入微粒子、空氣和水的影響。當石油類中混入鐵銹等微粒子以膠狀分散時會增大帶電量；當空氣和其他氣體泡混入石油類中時，在流動開始瞬間，試驗證明與正常流動比產生約100倍的靜電；水的混入因情況不同而不同，一般也會增加靜電?；旌虾蛿嚢枰鸬撵o電當貯罐內存在水和雜質時，會產生大量靜電。噴出引起的靜電若發(fā)生噴濺和泡沫會引起大量靜電，應引起重視。沉降引起的靜電影響貯罐內靜電產生量的幾個因素底部裝油與噴濺裝油；油流出口與油面的距離；不同油品混合發(fā)生爆炸；罐底沉降水被攪起；蒸汽清洗油罐會產生很高的靜電電位；時間因素（最大靜電電位產生有延遲）。17鐵路槽車靜電主要來自泵和過濾器，一般過濾器設置在離裝油口100米外，使有充足的時間逸散電荷。汽車油罐車靜電主要來自泵管道和過濾器，在注油過程中，油面電位隨油面升高而升高，到達一定值后又開始下降。油輪靜電事故的產生：用水沖洗油油艙（測試表明沖洗很短時間，油倉中心電位高達40kV）；油艙裝油不滿，油或壓艙水搖晃帶電。靜電危害的條件靜電的產生放電間隙的存在爆炸危險物質達到爆炸極限18產品上限濃度下限濃度汽油煤油柴油丙烷丁烷7.65.013.59.59.51.40.76.02.22.1石油產品的爆炸極限（在空氣中的濃度體積％）靜電的安全防護消除靜電的危害主要有兩個途徑：一是創(chuàng)造條件加速工藝過程中所產生靜電的泄漏或中和，限制靜電積累，使其不超過安全限度；二是控制工藝過程，限制靜電產生。19第一類方法泄漏法中和法接地增濕加入抗靜電劑涂導電涂層感應中和器發(fā)射性中和器材料選擇工藝設計、操作設備結構第二類方法防止形成危險性混合物以不可燃介質代替可燃介質：如用不可燃混合劑進行化學脫脂。降低爆炸性混合物濃度：通風、抽氣等工藝控制控制流速增強靜電電荷的衰減：工藝過程總是包含靜電的產生和逸散兩個區(qū)域，因此可以采取不同的預防靜電危害措施。利用材質搭配控制靜電產生：如鋼鐵和晴綸摩擦，鋼鐵帶負電荷；鋼鐵與聚氯乙烯摩擦，鋼鐵帶正電荷。一種方法是系統(tǒng)中分別選擇不同材質容器、管道等，使一處的某種電荷在另一處消除；另一方法是材料混合，使物料流動時不會產生明顯靜電。如含有40％尼龍和60％達科隆的混合纖維同鍍鉻表面摩擦時不會產生靜電積累。20過程產生區(qū)逸散區(qū)液體在系統(tǒng)流動過濾器管道、接受容器接地增濕增濕主要是增加靜電沿介質表面的泄漏，而不是增加通過空氣的泄漏。對于表面容易形成水膜的介質，如紙張、橡膠等非常有效?；瘜W防靜電防靜電劑具有較好的導電性和較強的吸濕性，在高絕緣材料中非常有效。由無機鹽表面活性劑發(fā)展到高分子、有機半導體、高聚物等化學防靜電劑。用于聚酯薄膜－滌綸片基的防靜電劑，烷基二苯醚磺酸甲鹽（DPE），使聚酯薄膜表面電子由1015歐降至107歐。用于塑料的防靜電劑，酰胺基季胺硝酸鹽用于聚氯乙烯（SN）。用于纖維的防靜電劑，種類較多。用于石油的防靜電劑，甲基乙烯脂－順丁烯二酸酐的共聚物。靜電消除器將氣體分子電離產生消除靜電所需的離子。自感應式、外接電源式（工頻高壓、高頻高壓、直流高壓、離子流）、放射線式、組合式。防止人體帶靜電21四、電氣安全措施電流對人體的傷害安全電流、電壓規(guī)范人體觸電方式防止人身觸電的技術措施電氣滅火知識適用規(guī)程22電流對人體的傷害電擊：電流流過人體內部對內部組織的傷害。

√心室顫動—血液循環(huán)停止、神經中樞—遏止呼吸、胸肌收縮—窒息，最危險的傷害！√高壓電擊穿空氣—人體通過電流、低壓單相、兩相觸電、接觸電壓和跨步電壓觸電等情況電傷：灼傷、電烙印和皮膚金屬化

√灼傷：電流熱效應產生的電傷，電弧對皮膚燒傷?！屉娎佑。弘娏骰瘜W效應和機械效應產生的電傷，直接接觸、有明顯邊緣的腫塊、皮膚硬化?！唐つw金屬化：電弧下金屬高溫熔化、蒸發(fā)并飛濺滲透到皮膚表層造成的電傷，皮膚粗糙硬化。231.影響電流傷害程度的因素電流大小

工頻電流對人體的影響電流大小與傷害程度電流mA通過時間生理反應0-0.5連續(xù)通電沒有感覺0.5-5連續(xù)通電有感覺、痛感，可擺脫5-30數分鐘內痙攣不能擺脫，呼吸困難血壓上升，極限30-50數秒至數分鐘心跳不規(guī)則、昏迷、強烈痙攣，心室顫動50-數百短于心率強烈沖擊但無心室顫動長于心率昏迷、心室顫動，有痕跡超過數百短于心率心室顫動、昏迷，有痕跡長于心率心臟停止跳動，昏迷，可能致命名稱定義成年男性成年女性感知電流有感覺的最小電流工頻1.10.7直流5.23.5擺脫電流能夠自主地擺脫電源的最大電流工頻1610.5直流7651致命電流在較短時間內危及生命的最小電流工頻30～50直流1300（0.3s）50（3s）24人體電阻一般認為人體電阻為1000～2000歐姆（不計皮膚角質層電阻）與電壓的關系不同條件下人體電阻接觸電壓V12.531.362.51252202503805001000人體電阻Ω1650011000624035302222200014171130640流過電流mA0.82.841035.299125268443接觸電壓V人體電阻Ω皮膚干燥皮膚潮濕皮膚濕潤皮膚浸入水中10255010025070005000400030001500350025002000150010001200100087577065060050044037532525

通電時間長短

觸電電流大小與觸電時間的乘積（稱為電擊能量）來反映觸電的危害程度，一般超過50mA.s（毫安.秒）時人就有生命危險。電流頻率一般來說，50～60Hz工頻交流電對人體傷害最為嚴重。允許電流mA501002005001000持續(xù)時間s5.41.350.350.0540.0135電流頻率危害程度電流頻率危害程度10～255050～100有50％的死亡率有95％的死亡率有45％的死亡率120200500有31％的死亡率有22％的死亡率有14％的死亡率26

電壓高低

電壓升高—電流增大；但不成正比。電流途徑人體狀況

性別：擺脫電流女性比男性低1/3；年齡：小孩比成年人傷害重；健康：心臟病、神經疾病容易受傷害；心理、精神狀況；

電流通過人體的途徑流經心臟電流于總電流的比例（％）一只手到另一只手左手到腳右手到腳一只腳到另一只腳3.36.43.70.4272.安全電流、電壓規(guī)范安全電流：一般把擺脫電流認為是安全電流；科學實驗和事故分析。安全電流值：交流50Hz—10mA；直流—50mA。安全電壓：為了防止觸電事故而采取的特定電源供電的電壓系列，是制定安全措施的依據。人體電阻（1700歐）、接觸電壓—擺脫電流（30mA）的關系；通常認為低于40V的交流電壓為安全電壓。IEC為50V以下，并規(guī)定25V以下時不需要考慮防電擊的安全措施。安全電壓等級：42、36、24、12、6V，超過24V時應有安全措施。應用：安全電壓（交流有效值）選用舉例額定值空載上限值4250在有觸電危險的場所使用的移動工具3643在礦井、多導電粉塵等2412626158可供某些人體可能偶然觸及帶電體的設備選用。潮濕、塔罐燈場所的行燈。283.人體觸電方式

單相觸電、兩相觸電（直接接觸觸電）、跨步電壓觸電、接觸電壓觸電，還有高壓觸電和雷擊觸電。單相觸電中性點直接接地方式Ir=Ux/(Rg+Rr)=Ux/Rr(Rr>>Rg)與人體電阻比接地體電阻很小，電壓幾乎全部加在人體上。危險！如果穿上絕緣鞋或站在絕緣墊上，通過人體電流就會很小。單相觸電中性點不接地方式電流經過人體與其他兩相的對地阻抗Z而形成回路，通過人體的電流Ir取決于電壓、人體電阻和導線對地絕緣阻抗。如果導線對地絕緣較好，通過人體的電流就會較小。29UxRgNCABRrIrUxZ兩相觸電

Ir=U/Rr(U—線電壓）當發(fā)生兩相觸電時，如線電壓為380V，則流過人體的電流高達268mA，只要經過0.186s就可能致人于死地。（50mA.s)但一般發(fā)生的幾率較小。30跨步電壓觸電當電氣設備發(fā)生接地或線路一相落地時，故障電流就會從接地點向四周擴散，形成電壓梯度。離接地點越近，電位越高，電位梯度越高；離接地點20米外，電位近似為0。在20米內，人體兩腳之間（0.8米）電位差形成跨步電壓—跨步觸電?！鞍惨?guī)”規(guī)定，發(fā)生接地后，室內不得接近故障點4米內，室外不得接近故障點8米以內；進入時必須穿絕緣靴，戴絕緣手套。后果，跨步電壓流過人體兩腿人體兩腿抽筋倒地電流流過人體重要器官2秒可能死亡。Ir對地電位％10050距離m1020接觸電壓觸電31接觸電壓是指：人站在發(fā)生接地短路故障設備旁邊，觸及漏電設備的外殼時，其手腳之間所承受的電壓。由接觸電壓引起的觸電稱為接觸電壓觸電。如圖：中間電動機絕緣損壞，外殼帶電電位相同，但地電位不同，右邊人承受的接觸電壓等于電動機外殼電位與地電位之差，接近于零；左邊人承受的接觸電壓幾乎為相電壓。在安裝接地網時，應考慮一個車間、一個變電站和生產裝置的所有設備均設接地體，或在地面下埋設接地網，這是防止接觸電壓觸電的有效措施。20m對地電壓（％）距離（m）100接觸電壓電位分布防止人身觸電的技術措施人體觸電一般是由于人體靠近或接觸電氣設備帶電部分和人體觸及正常不帶電而絕緣損壞時外殼或金屬構架帶電。1、基本概念：接地裝置：接地、接地體、接地線；電氣地、對地電壓；接地電阻；零線、接零；接地短路、接地短路電流。2、保護接地為防止人身因電氣設備絕緣損壞而遭受觸電，將電氣設備的金屬外殼與接地體連接，稱為保護接地。適用于中性點不接地的低壓電網。

32中性點不接地如不采用外殼接地，設備外殼長期帶電，對地電壓接近相電壓。系統(tǒng)漏電流將全部流過人體，造成觸電事故。采用了外殼接地后，接地短路電流將同時延著接地體和人體與電網對地絕緣阻抗形成兩條通路。Ir/Id=Rd/RrRd越小，流過人體電流越小，漏電設備對地電壓主要決定于接地保護Rr的大小。一般使Rd<4歐姆，就可以避免人體觸電，起到保護作用。中性點直接接地（常見方式）如不采用外殼接地，通過人體電流為：Ir=Ux/(Rr+Ro)如人體電阻按1000歐姆計，中性點接地電阻<4歐姆，流過人體電流為接近220mA，非常危險。采用了外殼接地后，接地短路電流約為:Id=220/(4+4)=27.5A不足以使保護動作(Rr<<Rd和Ro）；根據電壓分布，近似求得作用于人體電壓為110V，流過人體電流近似為110mA。實際使用采取附設接地網來降低人體接觸電壓！外殼不接地危險，接地又不夠完善33IdIrRdRrRoRrIrId中性點直接接地短路電流精確計算34Rr0UxRdRdRoIdUxRrRdRdUr3、保護接零為防止人身因電氣設備絕緣損壞而遭受觸電，將電氣設備的金屬外殼與電網的零線相連接，稱為保護接零。適用于中性點直接接地系統(tǒng)（TN－S，TN－C）。當采用保護接零時，除電源中性點必須采用工作接地外，零線要在規(guī)定的地點采取重復接地。采用保護接零方式，設備發(fā)生外殼漏電，接地短路電流通過該相和零線構成回路，由于零線阻抗很小，短路電流很大，使低壓斷路器或繼電保護動作，切除故障。35Id工作接地重復接地保護接零裝置的具體要求采用重復接地，當零線斷線后，保護接零設備就成為保護接地設備。零線上不允許裝設熔斷器和斷路器，防止斷開后設備出現相電壓引起觸電。為保證保護裝置迅速動作，使任一點短路的短路電流均大于保護熔斷器額定電流的4倍，大于斷路器保護整定電流的1.5倍。在同一低壓電網中（如同一變壓器供電電網），不允許將一部分設備保護接地，而將另一部分設備保護接零。當保護接地設備漏電后，由于電壓分布，使零線帶電（Uo=RoUx/(Ro+Rd),所有保護接零設備外殼帶電（Uo=RdUx/(Ro+Rd)。使用三眼插座時，不準將插座內的電源零線與接地端串接在一起，否則零線松脫或折斷，會使設備外殼帶電；若零線與地線接反，也會使外殼帶電，造成觸電事故。364、工作接地在正?；蚬收锨闆r下，為保證電氣設備安全可靠工作，即運行需要電力系統(tǒng)中的某一點（通常為中性點）直接或通過特殊設備（如消弧線圈、電抗、電阻）的接地。作用：

1、滿足電氣設備運行中的特殊需要，如防止高壓電壓串入低壓系統(tǒng)；

2、降低電氣設備和輸電線路的絕緣水平，減少電氣設備制造成本和節(jié)省投資。如110kV以上系統(tǒng)中性點直接接地運行。

3、降低人體的接觸電壓。

4、迅速切斷電源。375、漏電保護作用：防止電氣設備和輸電線路漏電引起人身觸電事故，它能夠在設備漏電、外殼呈現危險的對地電壓時自動切斷電源。分類：電壓型和電流型電壓型漏電保護裝置原理圖電機漏電保護裝置原理圖電壓型漏電保護裝置原理如上圖所示。38VJHATAHQC試驗回路RV電流型漏電保護裝置39原理：向量和等于零即：Ia+Ib+Ic+Id=0相線和零線全部穿入環(huán)形互感器正常時互感器中總磁通為0發(fā)生觸電和漏電時，一部分漏電流經大地回到電源中性點，破壞了互感器中電流平衡，并感應出二次電流，使電流繼電器動作，切除電源。HQCIYARJTAQA漏電保護（剩余電流保護器RCD）補充資料：一般來說，RDC的功能是提供間接接觸保護（即指由于人體接觸了因絕緣失效而觸電的保護措施）。只有當RCD的剩余動作電流IΔn≤30mA、其動作時間≤0.1s，且其他直接接觸保護方法失效時，RCD也可以提供直接接觸保護，即對人體直接接觸電氣設備或線路的帶電部分造成的電擊危險進行補充保護。德國科學家柯賓認為如果流過人體的電流很大，即使通電時間很短，也可能出現危險。反之，如果電流很小，通電時間稍長