雷电预警及防雷检测技术的探讨刘全桢

1、QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院雷电预警及防雷检测技术平安工程研究院 刘全桢QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 雷电灾害是最严重的自然灾害之一，特别是近几年，全国因雷击造成的人员伤亡和火灾明显多于前些年。某高楼遭雷击QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 石化行业同样遭受了严峻的考验，近年来雷击事故频发。 电子集成技术给生产自动化带来了巨大的便利，但是耐压水平的下降使得其成为防雷工作的一个重点，电子设施遭雷击造成企业无法正常生产的

2、案例非常的多。 油罐存储量的不断扩大也增加了雷击概率，近年连续发生几起油罐雷击着火事故。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 黄岛油库雷击着火事故1989QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 仪征雷击着火事故2006QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院镇海国储库、雷击着火事故2007QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006

3、安 全 工 程 研 究 院QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 镇海炼化雷击着火事故2007QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 总部领导对此高度重视，针对防雷问题开展了大量工作。如组织了大型浮顶储罐隐患评估，制定了?大型浮顶储罐平安设计、施工、管理规定?等。 总部领导在今年6月17日电视 会议上更是对防雷工作

4、提出了新的要求。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院一、雷 电 预 警 技 术 在石化行业油品装卸、采样、测温等过程中，会有油气逸出，此时一旦在附近区域发生雷击，就可能引发油气燃爆和人身伤亡事故。 6月4号美国堪萨斯一油库雷击着火QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院1、各类相关规定及必要性：在石化企业的操作规程中，为防止雷击引发的燃爆事故，规定雷雨天应停止可能导致油气从油罐中外泄的计量和收发油等作业。国家相关标准从雷电人身平安防护的角度出发，也规定在雷暴天气时不宜在户外从事石油作业，也不

5、应在建筑物和构筑物比方油罐、装卸油栈台等的顶部等地方停留。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 在实际操作过程中，生产作业人员对雷暴是否来临难以判别，只能根据经验识别，不利于平安生产的正常进行。 在重要的石化生产区域建立雷电预警系统是十分必要的。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院2、雷电预警系统的性能特点预警产品预警产品探测目标探测目标技术特点技术特点气象卫星气象卫星广域范围的大气（雷云分布监测）广域范围的大气（雷云分布监测）数千公里范围大气变化数千公里范围大气变化多普勒多普勒雷达雷达

6、数百公里范围的对流云团数百公里范围的对流云团（雷云活动监测）（雷云活动监测）大范围的监测，通过雷达大范围的监测，通过雷达回波动态地了解对流云团回波动态地了解对流云团的生成和发展的生成和发展闪电定位闪电定位较大范围的（较大范围的（100-150km)100-150km)正在发正在发生闪电的雷云（雷云放电监测）生闪电的雷云（雷云放电监测）探测雷云的行径路线和已探测雷云的行径路线和已经发生的闪电强度经发生的闪电强度大气大气电场仪电场仪小范围小范围(10-15km)(10-15km)正在发展的雷云正在发展的雷云（雷云带电量监测）（雷云带电量监测）探测雷云的发展，临近预探测雷云的发展，临近预报闪电的发生

7、报闪电的发生QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 根据石化企业特点以及从经济实用的角度出发，大气电场仪为较适宜的一种预警方式。 常见的大气电场仪有感应式大气电场仪、场磨式大气电场仪。感应式大气电场仪场磨式大气电场仪QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 这里主要介绍一下场磨式大气电场仪的工作原理工作原理图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院系统示意图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究

8、院 该系统是一种小范围的雷电探测系统，探测半径10km,它能够不停地检测它所在位置的场强变化，当雷云靠近或形成时，地面的静电场也会发生剧烈变化。 在标准情况下平地、平原、没有尖端放电，没有雷云产生时，在离地处的平均场强是250V/m，而雷云产生时场强可增大为14kV/m以上。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 独立雷云对流雷云或雷云群的产生需要大约20分钟。而当地面场强到达2kV/m以上时，通常意味着检测区域雷云已经形成。 雷电探测系统将检测值以一组相关数据修正，将探测器所在地的具体情况对预测的影响计算在内，然后反映在输出结果中并与三个场

9、强门限相比较，以确定警报等级。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院3、石化企业特点及设备选型：石化企业雷电预警系统应满足单一生产企业的需要，选型应本着小区域比方厂区、小型化单一设备、经济实用并与生产紧密结合的原那么。在综合比较了多种成型产品的根底上，安工院对法国DUALMESSIEN公司生产的猎雷者雷电探测系统近四年现场应用试验研究。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院安装要求QDRISE 2006

10、 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院安装示意图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院天气:多云转阴，局部有小雨，南风45级，气温714。运行图如下：2005年4月12日全天运行图4、局部实验记录QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 2005年4月12日15:30-21:30运行图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院天

11、气：多云转阴有雷阵雨，雷雨时阵风6-7级，气温23-29。运行图如下：2005年7月12日全天运行图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院2005年7月12日14：30-20：30运行图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院天气记录：小雨转中到大雨，南风5-6级转4-5级，气温7/14。运行图如下：2006年4月3日全天运行图QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院2006年4月3日14:00-20:00运行图QDRISE 2006 版权所有

12、 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院5、实验分析及使用情况猎雷者雷电探测系统自2004年7月安装运行到现在情况根本正常，雷雨天能真实反映空间场强的变化情况。由于室外探测器第二次安装位置离机动车道较近，有时出现误报警现象，通过分析，误报警只是窄脉冲信号。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院l从长期的观察实验分析得到：猎雷者的室外探测器对于场强的变化比较敏感，从电场波动到第三级报警时间间隔约为2小时左右，由于安装位置及周围电场影响，预警时间较短，第一级报警到第三级报警时间间隔一般30分钟左右。l如果通过合理设定报警门限值及

13、调整系数，一般能够提前小时预警雷云到来。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院l雷云报警是电场逐渐升高到放电突变，当第二级警报出现后，立即检查前面的记录，根据已记录的曲线综合自身经验进行分析，可以估计雷击风险，并决定是否通知生产作业人员关闭设备、停止操作，并撤离工作现场，加强平安警备，从而防止发生雷击引起的燃爆和人身伤亡事故，促进平安生产。l QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 局部企业已经开始使用雷电预警系统，并取得了 良好的效果。仪征输油站使用的雷电预警器QDRISE 2006 版权

14、所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院二、防 雷 检 测 技 术1、防雷检测要求2、企业检测现状3、检测理论、方法4、检测的标准化QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 根据GB15599-95?石油与石油设施雷电平安规程?规定，每年雷雨季节之前，必须检查、维修防雷电设备和接地1、防雷检测要求QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院2、企业检测现状 各企业大都按规程对防雷设备进行检查、维修，接地电阻测量都有比较标准的记录。 但为了节省人力、物力，有的企业只选择局部接地点

15、进行测量，有的测量时不断开断接卡，也有的测量不标准的 。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院企企 业业测量点测量点时间、人力时间、人力A A分公司分公司350035002020人，人，1 1个月个月B B分公司分公司800080001616人，人，2020天天C C分公司分公司195019507 7人，人，2 2个月个月D D分公司分公司300030004 4个组，每组个组，每组3-43-4人，人，1 1个月个月E E分公司分公司220022002 2个月个月F F分公司分公司100010006-86-8人，半个月人，半个月G G分公司分公

16、司890089003 3个多月个多月 各企业普遍反映接地电阻测量流于形式，人力、物力花费较大，要求改进测量仪器和方法。 沿江沿海局部企业调查情况QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 接地电阻接地电阻 定义：接地体顶点一端与大地无穷远处之间的电阻。 接地电阻又分工频接地电阻和冲击接地电阻。 工频接地电阻与冲击接地电阻关系： Rch =R 式中： Rch-接地装置的冲击接地电阻(欧)； R -接地装置的工频接地电阻(欧)； -冲击系数。 3、检测理论、方法QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院

17、 接地装置的冲击系数和地电阻率的关系为： 100 欧姆米 1 500 欧姆米 1000 欧姆米 1000 欧姆米 由此可见,只有在100欧姆米时,工频接地电阻与冲击接地电阻才相等。 QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院R=R0 式中 R -工频接地电阻真实值 R0-接地电阻检测仪测得的接地电阻 -土壤季节系数QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 各种性质土壤的季节系数 土壤性质深度（m）123粘土0.5-0.8321.50.8-321.51.4陶土0-22.41.41.2沙砾盖陶土0-2

18、1.81.21.1园地0-21.31.2黄沙0-22.41.61.4泥炭0-21.41.11.0石灰石0-22.51.51.2QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 表中： 1-测量前数天下过较长时间雨,土壤很潮湿; 2-测量时土壤较潮湿; 3-测量土壤枯燥; 从此表中可以看出在土壤枯燥时的测量值比较接近工频接地电阻的真实值。 接地电阻测量应选在雨季来临前的春季。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 防雷接地检测设备 手摇式地阻表测量原理QDRISE 2006 版权所有 No.2007-P

19、PT-006安 全 工 程 研 究 院 三点式电压落差法 两根辅助接地极距离被测接地极分别为20米、40米； 在被测接地体和较远的辅助接地极之间“灌入电流，此时在被测接地体和较近辅助接地极之间可获得一电压，仪表通过测量该电流和电压值，即可计算出被测接地体的地阻。 QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院电流放大器电压发生器接地排双钳口地阻仪 钳形地阻表测量原理QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 Ng为绕在仪器钳口内的发生器线圈，Nr为绕在钳口内的接收线圈。两线圈之间具有良好的电磁屏蔽。 测

20、量时钳口闭合，测量仪的发生器线圈在被测接地回路内发生一个的恒定交流电压E： E=e/Ng 式中，e为发生器发生的内部电压。 为提高抗干扰能力，交流电压的频率为不同于工频的某一高频。 QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 E在回路中产生电流I： I=E/R 它被置于表内的接收线圈CT的二次线圈转换为 ： i=I/Nr 测量局部测得电流i，并计算下式即可求得回路电阻: RX=E/i QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 比照测试实验比照测试实验 不同仪表的比照实验 不同接地距离的比照试验 不

21、同接地极的比照试验 GEO-X型仪表接地极法、钳口法比照试验 实验结论 本次试验跨度3个多月，数百次测量，数据较多，这里只提供局部数据QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 不同仪表的比照实验 时间时间 数据数据仪表仪表11.1211.1411.1711.1911.2812.112.312.812.12GEO X0.5870.5710.6580.5620.80.7210.7420.90.73241050.2-0.80.2-0.80.2-1.30.1-0.60.2-0.90.2-1.20.1-0.80.6-1.20.2-1.2ZC-80.470

22、.570.60.80.690.780.770.710.76 选择GEOX、4105、ZC-8 三种仪表进行比照测量，下面是局部数据。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院三种仪表对同一接地体不同时间测量的接地电阻检测仪表4105GEOXZC-812.1510.30测量时间接地电阻 试验数据曲线 测量土壤电阻率时，比照三台仪表，GEO-X型准确性、重复性较好。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 时间时间 数据数据测量方式测量方式11.1211.1411.1711.1911.2812.112

23、.312.812.12A0.5350.5610.6400.5320.690.6990.680.6930.701B0.4910.4720.6050.4820.650.6520.630.6650.653C0.2480.2510.3840.2460.410.4480.4390.4280.408选GEOX仪表，不同接地距离比对试验A：电极距离分别为 10m 、20m B：电极距离分别为 20m 、40m C：电极分布为等腰三角形 20mQDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 GEXO对 同 一 接 地 体 不 同 时 间 、 检 测 方 法 测 量

24、的 接 地 电 阻检 测 仪 表 :GEXO电 极 距 离 ： 等 腰 20m电 极 距 离 ： 20m、 40m电 极 距 离 ： 10m、 20m12.1510.30测 量 时 间接 地 电 阻QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院l由于有的装置、设备及建筑物周围是硬化地面，根本无法打入接地极，我们分别选两块平整不锈钢板260mm260mm、地桩为接地极来检测同一接地体的工频接地电阻，通过长时间屡次检测，误差在10以内。 QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 时间时间 数据数据地极方式

25、地极方式11.1211.1411.1711.1911.2812.112.312.812.12地桩地桩0.4910.4720.6050.4820.650.6520.630.6650.653平板平板0.5870.5710.6580.5620.800.7210.7420.900.732 局部试验数据QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 GEXO对同一接地体不同时间、接地极测量的接地电阻检测仪表:GEXO；电极距离：20、40m平板地桩12.1510.30测量时间接地电阻QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程

26、 研 究 院由上面这个试验可以知道，在测量接地电阻打入接地极比较困难的情况下，可以采用平整不锈钢板260mm260mm作为接地极。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 时间时间 数据数据测量方式测量方式11.1211.1411.1711.1911.2812.112.312.812.12地桩法地桩法0.4910.4720.6050.4820.650.6520.630.6650.653钳口法钳口法0.4370.4680.4310.4340.4440.4760.4620.4330.435QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-0

27、06安 全 工 程 研 究 院 GEXO对同一接地体不同时间、测量方法测量的接地电阻检测仪表:GEXO；电极距离：20、40m地桩20m、40m双钳口法12.1510.30测量时间接地电阻QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 通过三台仪表对同一接地装置进行不同时间、不同方法屡次测试，可以得出以下结论：三台仪表利用辅助接地极测量时，应将接地桩与设备断开，以防止设备自身接地体影响测量的准确性。此方法可获得较高的精度。 实验结论QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院利用双钳口测量时，使用起来十分

28、方便，只需将钳口夹住被测接地体的引线就可立即测得被测接地电阻值，而且由于不必断开接地线即可测量，所测值准确反响了设备运行情况下的接地状况。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院4、防雷检测标准化存在的问题：断接卡易腐蚀，每次翻开都要做防腐处理；断开检测需要大量的人力和时间；由于工作量大，检测多流于形式；检测方法不科学。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院检测方法：现在检测多为一种仪表检测。即摇表或钳形表检测。摇表可以对地网的好坏进行检测，钳形表可以在不断开的情况下对引下线的情况进行检测。两

29、种方法应该科学的结合，到达省时省力，科学准确的测试效果。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 冲击接地电阻虽然能正确反响出接地装置对雷电流的泄流性能，但由于市场上冲击接地电阻检测仪根本达不到雷电冲击的电压大小，而且误差较大，所以测量时应采用工频接地电阻测试方法。 在土壤枯燥时的测量值比较接近工频接地电阻的真实值，所以接地电阻测量应选在雨季来临前的春季。 应做到每年检测接地电阻一次。防雷检测应注意以下几点防雷检测应注意以下几点QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院 在只使用辅助接地极法测量接

30、地电阻时，必须断开断接卡进行测量。 在测量接地电阻打入接地极比较困难的情况下，可以采用平整不锈钢板260mm260mm作为接地极。 在距离不够的情况下，可采用电压极、电流极距接地体20m等腰三角形的方式进行测量。 QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院为减少工作量，建议对多引下线装置选用钳形表检测每个引下线的电阻R1，用地桩法测量该地网的电阻值R2 ，然后将两个电阻值相加R1 + R2 =R。获得真实电阻值。测量时对有疑心的点应挖开检查，整改。QDRISE 2006 版权所有 No.2007-PPT-006安 全 工 程 研 究 院在检测过程中应该对接地引下线等防雷装置进行检查，对腐蚀、破损等问题及时处理。局部企业引下线偏窄并且腐蚀严重QDRISE