电气安全与静电防护技术

第六章电气安全与静电防护技术一、防雷技术二、防静电技术三、防爆防火技术四、电气安全措施1一、防雷雷电的产生与雷电的放电

防雷措施

适用规范2雷电的产生与雷电的放电3人们通常把发生闪电的云称为雷雨云,一般讲的雷雨云就是指积雨云。云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。积雨云是一种在强烈垂直对流过程中形成的云。积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的"闪电"。

闪电的形状最常见的是枝状，此外还有球状、片状、带状。闪电的形式有云天闪电、云间闪电、云地闪电。云间闪电时云间的摩擦就形成了雷声。在气象学中，常用雷暴日数、年平均雷暴日数、年平均地面落雷密度，来表征某个地方雷电活动的频繁程度和强度。我国一般按年平均雷暴日数将雷电活动区分为少雷区（<15天）、中雷区（15-40天）、多雷区（41-90天）、强雷区（>90天）。我国的雷电活动，夏季最活跃，冬季最少。全球分布是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。45雷电危害按雷电形式可分成直击雷、感应雷和雷电波侵入三种。1、直击雷破坏2、感应雷破坏

A、静电感应雷：

B、电磁感应雷3、雷电波引入的破坏：雷电危害按雷电出现的物理效应可分成电性质破坏、热性质破坏和机械性质破坏1、电性质破坏：2、热性质破坏：3、机械性质破坏：67当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。（4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。防雷措施8防雷装置：▲避雷针、避雷网、避雷带、避雷线、▲避雷器等。包括：接闪器、引下线、接地装置三部分。（反击）避雷针：保护范围确定h/2hhahxr=1.5hPθr—地面保护半径mh—避雷针高度mP—高度影响系数；h≤30m取1，30～120m取5.5/√h，>120取h＝120mrx＝避雷针在hx水平面上的保护半径hx＝被保护物高度mha＝避雷针的有效高度mrx避雷器分为阀型、管型和氧化锌避雷器

接在被保护设备引入端，上端接带电部分、下端接地。正常时，避雷器内部间隙保持绝缘，过电压时间隙放电接地，截断冲击波，使引入被保护设备的电压为避雷器“残压”，雷电过后，避雷器恢复绝缘状态。9被保护设备过电压避雷器接地线路

适用规范10石油与石油设施雷电安全规范

GB15599-95建筑物防雷设计规范

GB50057-94石油库设计规范

GB50074-2002石油化工企业设计防火规范

GB50160-92交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

DL/T620-1997

石油与石油设施雷电安全规范GB15599-951主题内容与适用范围

本规范规定了石油和石油产品在生产、运输、贮存、销售、使用过程中避免或减少石油设备雷电危害的基本原则和措施。

本规范适用于石油设备的雷电安全保护。2引用标准（略）3预防雷电危害的基本原则（略）

4预防雷电危害的技术措施（略）

5预防雷电危害的管理措施（略）

11二、防静电静电的产生石油静电的产生静电的安全防护适用规范12静电的产生静电现象静电的产生物质夺取自由电子，需要能量。如果物质间进行摩擦，产生电子转移。但两个物质表面接触后，只要把他们迅速拉开，也足以产生静电。静电产生的基本、重要的因素应当认为是，物质相互密切接触和迅速剥离。13产生静电的内因

物质逸出功（电子脱离物质表面所需要作的功）不同。

物质电阻率不同。产生静电的外因

紧密接触（25×10－8cm)与迅速分离。附着带电。。

感应起电。

极化起电。

流动带电。

喷出带电。

飞沫带电。静电的积累

14

电阻率与泄漏半衰期的关系15电阻率Ω·cm半衰期s10171200010161200101512010141210131.210120.1210110.01210100.00121090.00012石油静电的产生输油管线中静电的产生

流动带电。

管线材质影响。如高分子塑料管与钢管比较，前者带静电高8倍。管线内表面光洁度和使用时间等条件也对带静电倾向影响很大。

管线长度与带电量成正比，如管线设有过滤分离器、过滤网等，带电量有时会增加10～200倍。因此泵或过滤器等出口侧的管线采取加大管径和增设缓冲罐等措施，都是必要的。

泵转速的影响。

油温的影响。石油的导电率随油温的升高而增大；但也有相反的理论。

16流速，m3/min泵内静电，μA管线内静电，μA1002003004000.0230.0300.0850.0900.0280.0680.1000.220

混入微粒子、空气和水的影响。当石油类中混入铁锈等微粒子以胶状分散时会增大带电量；当空气和其他气体泡混入石油类中时，在流动开始瞬间，试验证明与正常流动比产生约100倍的静电；水的混入因情况不同而不同，一般也会增加静电。混合和搅拌引起的静电当贮罐内存在水和杂质时，会产生大量静电。喷出引起的静电若发生喷溅和泡沫会引起大量静电，应引起重视。沉降引起的静电影响贮罐内静电产生量的几个因素底部装油与喷溅装油；油流出口与油面的距离；不同油品混合发生爆炸；罐底沉降水被搅起；蒸汽清洗油罐会产生很高的静电电位；时间因素（最大静电电位产生有延迟）。17铁路槽车静电主要来自泵和过滤器，一般过滤器设置在离装油口100米外，使有充足的时间逸散电荷。汽车油罐车静电主要来自泵管道和过滤器，在注油过程中，油面电位随油面升高而升高，到达一定值后又开始下降。油轮静电事故的产生：用水冲洗油油舱（测试表明冲洗很短时间，油仓中心电位高达40kV）；油舱装油不满，油或压舱水摇晃带电。静电危害的条件静电的产生放电间隙的存在爆炸危险物质达到爆炸极限18产品上限浓度下限浓度汽油煤油柴油丙烷丁烷7.65.013.59.59.51.40.76.02.22.1石油产品的爆炸极限（在空气中的浓度体积％）静电的安全防护消除静电的危害主要有两个途径：一是创造条件加速工艺过程中所产生静电的泄漏或中和，限制静电积累，使其不超过安全限度；二是控制工艺过程，限制静电产生。19第一类方法泄漏法中和法接地增湿加入抗静电剂涂导电涂层感应中和器发射性中和器材料选择工艺设计、操作设备结构第二类方法防止形成危险性混合物以不可燃介质代替可燃介质：如用不可燃混合剂进行化学脱脂。降低爆炸性混合物浓度：通风、抽气等工艺控制控制流速增强静电电荷的衰减：工艺过程总是包含静电的产生和逸散两个区域，因此可以采取不同的预防静电危害措施。利用材质搭配控制静电产生：如钢铁和晴纶摩擦，钢铁带负电荷；钢铁与聚氯乙烯摩擦，钢铁带正电荷。一种方法是系统中分别选择不同材质容器、管道等，使一处的某种电荷在另一处消除；另一方法是材料混合，使物料流动时不会产生明显静电。如含有40％尼龙和60％达科隆的混合纤维同镀铬表面摩擦时不会产生静电积累。20过程产生区逸散区液体在系统流动过滤器管道、接受容器接地增湿增湿主要是增加静电沿介质表面的泄漏，而不是增加通过空气的泄漏。对于表面容易形成水膜的介质，如纸张、橡胶等非常有效。化学防静电防静电剂具有较好的导电性和较强的吸湿性，在高绝缘材料中非常有效。由无机盐表面活性剂发展到高分子、有机半导体、高聚物等化学防静电剂。用于聚酯薄膜－涤纶片基的防静电剂，烷基二苯醚磺酸甲盐（DPE），使聚酯薄膜表面电子由1015欧降至107欧。用于塑料的防静电剂，酰胺基季胺硝酸盐用于聚氯乙烯（SN）。用于纤维的防静电剂，种类较多。用于石油的防静电剂，甲基乙烯脂－顺丁烯二酸酐的共聚物。静电消除器将气体分子电离产生消除静电所需的离子。自感应式、外接电源式（工频高压、高频高压、直流高压、离子流）、放射线式、组合式。防止人体带静电21四、电气安全措施电流对人体的伤害安全电流、电压规范人体触电方式防止人身触电的技术措施电气灭火知识适用规程22电流对人体的伤害电击：电流流过人体内部对内部组织的伤害。

√心室颤动—血液循环停止、神经中枢—遏止呼吸、胸肌收缩—窒息，最危险的伤害！√高压电击穿空气—人体通过电流、低压单相、两相触电、接触电压和跨步电压触电等情况电伤：灼伤、电烙印和皮肤金属化

√灼伤：电流热效应产生的电伤，电弧对皮肤烧伤。√电烙印：电流化学效应和机械效应产生的电伤，直接接触、有明显边缘的肿块、皮肤硬化。√皮肤金属化：电弧下金属高温熔化、蒸发并飞溅渗透到皮肤表层造成的电伤，皮肤粗糙硬化。231.影响电流伤害程度的因素电流大小

工频电流对人体的影响电流大小与伤害程度电流mA通过时间生理反应0-0.5连续通电没有感觉0.5-5连续通电有感觉、痛感，可摆脱5-30数分钟内痉挛不能摆脱，呼吸困难血压上升，极限30-50数秒至数分钟心跳不规则、昏迷、强烈痉挛，心室颤动50-数百短于心率强烈冲击但无心室颤动长于心率昏迷、心室颤动，有痕迹超过数百短于心率心室颤动、昏迷，有痕迹长于心率心脏停止跳动，昏迷，可能致命名称定义成年男性成年女性感知电流有感觉的最小电流工频1.10.7直流5.23.5摆脱电流能够自主地摆脱电源的最大电流工频1610.5直流7651致命电流在较短时间内危及生命的最小电流工频30～50直流1300（0.3s）50（3s）24人体电阻一般认为人体电阻为1000～2000欧姆（不计皮肤角质层电阻）与电压的关系不同条件下人体电阻接触电压V12.531.362.51252202503805001000人体电阻Ω1650011000624035302222200014171130640流过电流mA0.82.841035.299125268443接触电压V人体电阻Ω皮肤干燥皮肤潮湿皮肤湿润皮肤浸入水中10255010025070005000400030001500350025002000150010001200100087577065060050044037532525

通电时间长短

触电电流大小与触电时间的乘积（称为电击能量）来反映触电的危害程度，一般超过50mA.s（毫安.秒）时人就有生命危险。电流频率一般来说，50～60Hz工频交流电对人体伤害最为严重。允许电流mA501002005001000持续时间s5.41.350.350.0540.0135电流频率危害程度电流频率危害程度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

电压高低

电压升高—电流增大；但不成正比。电流途径人体状况

性别：摆脱电流女性比男性低1/3；年龄：小孩比成年人伤害重；健康：心脏病、神经疾病容易受伤害；心理、精神状况；

电流通过人体的途径流经心脏电流于总电流的比例（％）一只手到另一只手左手到脚右手到脚一只脚到另一只脚3.36.43.70.4272.安全电流、电压规范安全电流：一般把摆脱电流认为是安全电流；科学实验和事故分析。安全电流值：交流50Hz—10mA；直流—50mA。安全电压：为了防止触电事故而采取的特定电源供电的电压系列，是制定安全措施的依据。人体电阻（1700欧）、接触电压—摆脱电流（30mA）的关系；通常认为低于40V的交流电压为安全电压。IEC为50V以下，并规定25V以下时不需要考虑防电击的安全措施。安全电压等级：42、36、24、12、6V，超过24V时应有安全措施。应用：安全电压（交流有效值）选用举例额定值空载上限值4250在有触电危险的场所使用的移动工具3643在矿井、多导电粉尘等2412626158可供某些人体可能偶然触及带电体的设备选用。潮湿、塔罐灯场所的行灯。283.人体触电方式

单相触电、两相触电（直接接触触电）、跨步电压触电、接触电压触电，还有高压触电和雷击触电。单相触电中性点直接接地方式Ir=Ux/(Rg+Rr)=Ux/Rr(Rr>>Rg)与人体电阻比接地体电阻很小，电压几乎全部加在人体上。危险！如果穿上绝缘鞋或站在绝缘垫上，通过人体电流就会很小。单相触电中性点不接地方式电流经过人体与其他两相的对地阻抗Z而形成回路，通过人体的电流Ir取决于电压、人体电阻和导线对地绝缘阻抗。如果导线对地绝缘较好，通过人体的电流就会较小。29UxRgNCABRrIrUxZ两相触电

Ir=U/Rr(U—线电压）当发生两相触电时，如线电压为380V，则流过人体的电流高达268mA，只要经过0.186s就可能致人于死地。（50mA.s)但一般发生的几率较小。30跨步电压触电当电气设备发生接地或线路一相落地时，故障电流就会从接地点向四周扩散，形成电压梯度。离接地点越近，电位越高，电位梯度越高；离接地点20米外，电位近似为0。在20米内，人体两脚之间（0.8米）电位差形成跨步电压—跨步触电。“安规”规定，发生接地后，室内不得接近故障点4米内，室外不得接近故障点8米以内；进入时必须穿绝缘靴，戴绝缘手套。后果，跨步电压流过人体两腿人体两腿抽筋倒地电流流过人体重要器官2秒可能死亡。Ir对地电位％10050距离m1020接触电压触电31接触电压是指：人站在发生接地短路故障设备旁边，触及漏电设备的外壳时，其手脚之间所承受的电压。由接触电压引起的触电称为接触电压触电。如图：中间电动机绝缘损坏，外壳带电电位相同，但地电位不同，右边人承受的接触电压等于电动机外壳电位与地电位之差，接近于零；左边人承受的接触电压几乎为相电压。在安装接地网时，应考虑一个车间、一个变电站和生产装置的所有设备均设接地体，或在地面下埋设接地网，这是防止接触电压触电的有效措施。20m对地电压（％）距离（m）100接触电压电位分布防止人身触电的技术措施人体触电一般是由于人体靠近或接触电气设备带电部分和人体触及正常不带电而绝缘损坏时外壳或金属构架带电。1、基本概念：接地装置：接地、接地体、接地线；电气地、对地电压；接地电阻；零线、接零；接地短路、接地短路电流。2、保护接地为防止人身因电气设备绝缘损坏而遭受触电，将电气设备的金属外壳与接地体连接，称为保护接地。适用于中性点不接地的低压电网。

32中性点不接地如不采用外壳接地，设备外壳长期带电，对地电压接近相电压。系统漏电流将全部流过人体，造成触电事故。采用了外壳接地后，接地短路电流将同时延着接地体和人体与电网对地绝缘阻抗形成两条通路。Ir/Id=Rd/RrRd越小，流过人体电流越小，漏电设备对地电压主要决定于接地保护Rr的大小。一般使Rd<4欧姆，就可以避免人体触电，起到保护作用。中性点直接接地（常见方式）如不采用外壳接地，通过人体电流为：Ir=Ux/(Rr+Ro)如人体电阻按1000欧姆计，中性点接地电阻<4欧姆，流过人体电流为接近220mA，非常危险。采用了外壳接地后，接地短路电流约为:Id=220/(4+4)=27.5A不足以使保护动作(Rr<<Rd和Ro）；根据电压分布，近似求得作用于人体电压为110V，流过人体电流近似为110mA。实际使用采取附设接地网来降低人体接触电压！外壳不接地危险，接地又不够完善33IdIrRdRrRoRrIrId中性点直接接地短路电流精确计算34Rr0UxRdRdRoIdUxRrRdRdUr3、保护接零为防止人身因电气设备绝缘损坏而遭受触电，将电气设备的金属外壳与电网的零线相连接，称为保护接零。适用于中性点直接接地系统（TN－S，TN－C）。当采用保护接零时，除电源中性点必须采用工作接地外，零线要在规定的地点采取重复接地。采用保护接零方式，设备发生外壳漏电，接地短路电流通过该相和零线构成回路，由于零线阻抗很小，短路电流很大，使低压断路器或继电保护动作，切除故障。35Id工作接地重复接地保护接零装置的具体要求采用重复接地，当零线断线后，保护接零设备就成为保护接地设备。零线上不允许装设熔断器和断路器，防止断开后设备出现相电压引起触电。为保证保护装置迅速动作，使任一点短路的短路电流均大于保护熔断器额定电流的4倍，大于断路器保护整定电流的1.5倍。在同一低压电网中（如同一变压器供电电网），不允许将一部分设备保护接地，而将另一部分设备保护接零。当保护接地设备漏电后，由于电压分布，使零线带电（Uo=RoUx/(Ro+Rd),所有保护接零设备外壳带电（Uo=RdUx/(Ro+Rd)。使用三眼插座时，不准将插座内的电源零线与接地端串接在一起，否则零线松脱或折断，会使设备外壳带电；若零线与地线接反，也会使外壳带电，造成触电事故。364、工作接地在正常或故障情况下，为保证电气设备安全可靠工作，即运行需要电力系统中的某一点（通常为中性点）直接或通过特殊设备（如消弧线圈、电抗、电阻）的接地。作用：

1、满足电气设备运行中的特殊需要，如防止高压电压串入低压系统；

2、降低电气设备和输电线路的绝缘水平，减少电气设备制造成本和节省投资。如110kV以上系统中性点直接接地运行。

3、降低人体的接触电压。

4、迅速切断电源。375、漏电保护作用：防止电气设备和输电线路漏电引起人身触电事故，它能够在设备漏电、外壳呈现危险的对地电压时自动切断电源。分类：电压型和电流型电压型漏电保护装置原理图电机漏电保护装置原理图电压型漏电保护装置原理如上图所示。38VJHATAHQC试验回路RV电流型漏电保护装置39原理：向量和等于零即：Ia+Ib+Ic+Id=0相线和零线全部穿入环形互感器正常时互感器中总磁通为0发生触电和漏电时，一部分漏电流经大地回到电源中性点，破坏了互感器中电流平衡，并感应出二次电流，使电流继电器动作，切除电源。HQCIYARJTAQA漏电保护（剩余电流保护器RCD）补充资料：一般来说，RDC的功能是提供间接接触保护（即指由于人体接触了因绝缘失效而触电的保护措施）。只有当RCD的剩余动作电流IΔn≤30mA、其动作时间≤0.1s，且其他直接接触保护方法失效时，RCD也可以提供直接接触保护，即对人体直接接触电气设备或线路的带电部分造成的电击危险进行补充保护。德国科学家柯宾认为如果流过人体的电流很大，即使通电时间很短，也可能出现危险。反之，如果电流很小，通电时间稍长