天然气站场防雷电接地设计探讨

王小辉 傅学明

杭州市城乡建设设计院有限公司 315040

摘要：天然气场站接地系统包括防雷电接地、防静电接地、屏蔽接地、仪器仪表接地、电气设备保护接地和工作接地，其涉及专业较多，而各专业在设计、施工安装时又需要遵循不同的标准与规范。文章在对几种接地类型进行介绍后，提出了一种综合优化的接地办法。

关键词：天然气；场站；防雷电防静电；接地

近几年我国天然气产业发展非常迅速，其利用范围和使用区域也逐步扩大，全国各地建成了许多天然气场站，包括集气站、净化站、输（配）气站、清管站和加压站等。天然气易燃易爆的特点以及不断增加的仪器仪表、电器和通讯设备，对天然气场站的安全性提出了更高的要求。因此，正确设计和安装天然气场站的接地系统对保证场站及其设施的安全是十分重要的。

一、天然气场站防雷电接地

1.雷电的种类及危害

雷电是大气中的一種剧烈放电现象，其具有极大的综合性破坏力，包括电性质、热性质和机械性质的破坏。雷电灾害具有瞬间性、整体性、毁灭性和多发性的特点，是国际公认最严重的自然灾害之一。据统计，全球每秒钟造就1800 个阵雷，伴随600次闪电，这其中就有100个炸雷击落地面，造成对建筑物和发电、通讯等设备的破坏，从而引起火灾，毙伤人、畜，每年造成的经济损失达数十亿美元，死亡人数达3000人以上。我国是雷电频发国家之一。根据雷电的产生和危害程度的不同，可将其分为以下3种类型：

（1）直击雷

直击雷是由云层与地面凸出物之间的放电形成的。巨大的雷电流流入地下，会在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，这可能会直接导致接触电压或跨步电压的触电事故。直击雷产生的数十万至数百万伏的冲击电压会毁坏电力变压器等电气设备绝缘，可能引起短路从而导致火灾或爆炸事故。另外，直击雷巨大的雷电流通过被雷击物，在极短的时间内转换成大量热能，导致易燃易爆物品的燃烧或爆炸。同时雷电产生的热效应使物质和结构缝隙里的气体剧烈膨胀，并使水分及其它物质分解，从而产生强大的机械力，造成设备损坏。

（2）雷电感应

雷电感应分为静电感应和电磁感应两种。由于雷电流的变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围的物体放电，如附近有易燃易爆物就容易引发火灾或爆炸，如果感应到正在联机的导线上就会损坏联机设备尤其是弱电设备。

（3）雷电侵入波

雷电侵入波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道的雷电波，其传播速度为3×108m/s。雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜入低压，造成严重的事故。天然气是易燃易爆气体，天然气场站工艺区一般处于露天环境，因此场站的管道、设备大多暴露在外，同时自动化设备又需要长期联机工作，为确保安全，必须采取防雷电侵入波的措施。

2.防雷电措施

天然气场站防雷电的常用措施大致有3种：

（1）疏导，即将雷云中的电荷疏导至大地，避免直接雷击或感应雷击电流流经被保护的建筑物或设备，从而使这些建筑物或设备免受雷击。

（2）隔离，即将雷电信号和被保护物隔离开从而避免雷电感应。

（3）等电位，即将铁塔地、工作地、建筑物的公共地等置于同一电位。因此，做好设备的接地是预防雷击的关键环节。根据防雷电的规范要求，防直击雷的接地装置其电阻不得大于（10～30）Ω；防止雷电感应的接地装置其接地电阻不得大于（5～10）Ω；防止雷电侵入波的接地装置其接地电阻不得大于（5～30）Ω。另外，上述规范对接地布线也有相关要求。

二、天然气场站防静电接地

1.静电的产生

产生静电的原因主要有摩擦、压电效应、感应起电、吸附带电等。一般而言气体都有较大的电阻在压缩、输送和生产过程中，由于相互碰撞、与管壁摩擦或受到冲击时都可能产生静电。特别是当输送管道内存在表面粗糙、流速过快等现象时，都会产生很强的摩擦，所产生的静电荷在没有良好的导除静电装置时，便容易积聚电压而发生放电现象，极易引发火灾和闪爆。天然气通过管道输送，气体和管道间的高速摩擦容易产生电荷，尤其是在变径或弯头处。如果管道与大地绝缘，就是一种孤立导体，便容易产生静电积累、放电。长输管道一般都有强制电流阴极保护，天然气场站的进出站都有绝缘法兰，如果不采取有效措施，场站内很容易产生静电。

2.静电的危害

天然气场站静电的危害，一是引起闪爆和火灾；二是对操作人员的身体健康有一定的影响，也可能造成其触电；三是损坏仪器仪表。

3.防静电措施

因为天然气场站里的管道、设备都是导体，因而最直接最有效的防静电措施就是直接将静电通过导线连接泄放到大地。天然气场站通常采用的防静电措施是：为管道、分离器、过滤器及机械设备等容易产生静电的设备设置良好的接地装置，以保证其所产生的静电能迅速导入地下。另外，为防止设备与设备之间、设备与管道之间，管道与容器之间产生电位差，在其连接处特别是在静电放电可能引起燃爆的部位，用金属导体将其连接在一起并接地以消除电位差。按照规范要求，接地装置的接地电阻应不大于10Ω。

三、电气设备的接地

电气设备的接地主要分为交流工作接地和保护接地。

1.交流工作接地

使用交流电的电气设备，按规定在工作时要进行工作接地，即交流电三相四线制中的中性线直接接入大地。交流工作接地一般是通过导线接到配电柜的中线上，然后再通过接地母线将其接地。其接地电阻按照规范不应大于10Ω。

2.保护接地

保护接地就是将电气设备的金属外壳或机架通过接地装置与大地直接连接起来，其目的是防止因绝缘损坏或其他因素使设备的金属外壳带电造成触电。天然气场站设备的电源多数是单相的，其电源线采用单相三线电缆，其中一条为火线，一条为中性线（交流工作接地线），一条为地线（保护接地线）。地线在设备中连在金属外壳上，与设备相连的电源插座应采用三孔插座，并统一连接安全保护地的接点。

四、自控、通讯设备、仪表的接地

自控、通讯设备、仪器仪表的接地主要分为直流工作接地、保护接地、信号回路接地、屏蔽接地和本安仪表接地等。

1.直流工作接地

直流工作接地是自控系统中数字逻辑电路的公共参考零电位，即逻辑地。逻辑电路一般工作电压低，信号幅度小，容易受到地电位差和外界磁场的干扰，因此需要一个良好的直流工作接地，以消除地电位差和磁场的影响。按照规范，其接地电阻应小于等于4Ω。天然气场站直流工作接地线的接法通常有3 种，即串联法、汇集法、网格法。

（1）串联法。即在地板下敷设一条截面积为（0.4～1.5）mm×（5～10）mm的青铜（或紫铜）带，各设备把其直流地就近接在此铜带上。这种接法的优点在于简单易行，缺点是铜带上的电流流向单一，阻抗不小，致使铜带上各点的电位存在差异。

（2）汇集法。即在地板下设置一块5～20mm厚、500×500 mm大小的铜板，各设备用多股屏蔽软线把各自的直流地都接在这块铜板上。这种