关于山地油库防爆电气设备接地安全的讨论

2022-12-16刘守家杨建飞

中国储运 2022年12期

文/刘守家杨建飞

油库是存放石油产品的区域，石油产品属于易燃易爆物品。防爆电气设备是油库所有设备重要的组成部分，其有着施工要求高、技术性强、专业性强等特点，其中防爆电气设备的接地是非常重要的。建设在山地的油库由于其海拔高，雷击概率增加，土壤结构复杂，土壤电阻率高，导致接地电阻值升高，直接影响着设备防雷接地以及人身的安全。所以山地油库的防爆电气设备接地必须严格重视，不能疏漏，所以如何通过合理的方式方法，有效降低山地油库接地网、接地极的接地电阻尤为重要。多起油库火灾、爆炸事故的发生，让人们悲痛的同时，也将油库的安全开始越来越重视起来。油库中非常重要的防爆电气设备，不论是在安装施工、维护检查或者运行管理哪个方面出现问题，都很有可能会造成安全事故。其中防爆电气的接地问题，是最普遍也是最容易被忽略的问题，其严重时不仅会产生火花，还会发生触电，危及人的生命。山地油库由于存在雷击概率大、湿度下降快、土壤电阻率高等的原因，接地问题更应得到重视。下面以山地油库为例，具体探讨山地油库防爆电气设备接地存在的问题和如何控制以及降低电气设备的接地电阻值。

一、防爆电气设备的接地

防爆设备外壳均应可靠接地，设备壳内接地连至配电室，外壳重复接地，增加了安全系数。油库属于爆炸危险环境，其接地要求如下：油库0区、1区、2区的所有电气设备的金属外壳、金属构架、金属穿线管、电缆保护管、电缆的金属护套等非带电的裸露金属部分均应可靠接地或接零。对防爆电气设备进行良好的接地，是为了保证发生设备外壳与大地等电位，使之电位差趋近于零，这样当人体触及带电体时，接地电阻小于4Ω，而人体电阻一般在2000Ω，经过人体的电流很小，绝大部分经过接地系统进入大地，保护了人员安全。

二、接地问题的危害

油库防爆电气设计中，防雷接地的设计安装非常重要，关乎油库的整体安全，随着油库建设以及发展，防爆电气设备由于接地不完善引起的安全事故层出不穷，在我国由于电气事故的总次数中，由于雷击或接地不好引起的占1/3，尤其在雷电频繁地区、土壤电阻率高地区以及土地结构复杂的山地地区，接地事故率更高，随之带来的是更大财产及人员损失。

1.雷电的危害。雷电的速度很快，电流变化剧烈，雷电的放电时间约为000015至0.0001秒，雷电流的最大值可达200至300千安，雷云一次放电所消耗的电能平均约为3000度。所以在雷击的时候会引起热、机械、电磁效应，因此会造成人畜伤亡、建筑物、地面设备等火灾或者遭到严重破坏。

2.设备漏电的危害。设备漏电是电气设备的绝缘由于老化、破损等原因，导致带电体对设备外壳的放电或碰触，电气设备外壳会带有电压。如果此时人体接触设备外壳，会因为外壳与地之间的电位差，将电流通过人体泄放到大地，导致人体触电，电气设备漏电也有可能产生火花引发火灾等安全事故的发生。

三、山地油库现状

山地油库由于地理位置特殊，由于地处位置较高，土地内水分下降很快，而且多为岩石或沙石地质，导致其土壤电阻率过高（5000Ω·m≤电阻率≤20000Ω·m），根据对山地油库实地勘察测量，分析以下几种原因：1.有植被的区域，上层（1M以上）有土壤以及沙石覆盖，但是在向下发现岩石层占绝大部分，导致土壤电阻率相对较高，加水后可短时间降低接地电阻，但是由于油库处于山地，水分流失很快。2.石头较多区域，因为常年风吹日晒，导致风化以及水土流失，此区域以沙石为主，少见泥土，由于是沙石区域，沙石颗粒空隙也相对增大，土壤电阻率很高。3.泥土区域，土壤电阻率比较正常，但是变化幅度较大（700Ω·m≤电阻率≤3000Ω·m），由于油库处于山地，保水性极差，水分流失很快，加水后可短时间降低接地电阻，但并非长久之计。

四、降低山地油库接地电阻值的方法

1.土壤替代法：将黏土、黑土等这类电阻系数低的土替换在以接地体为圆心，半径为一米到两米范围内原来的土，不仅如此，近地面侧不小于接地极长三分之一区域内的土也要换掉。通过上面这种换土法，我们可以将原来的接地电阻降低40%左右。这种方法如果实施在岩石层区域，会保持很长时间，如果在石子间空隙较大的区域会由于雨水以及自身的沉降变得越来越稀薄，这种方法也存在施工强度大，施工周期长的问题。2.加食盐法：通过电气设备以及建筑物接地点周围的土壤中加入一些食盐、炭末、焦灰等，食盐因为价格合理，受周围环境影响较小，而且效果也是相对好的。准备好食盐后，在每个接地体的附近挖一个坑，这个坑的直径不低于50cm，不高于100cm，挖好坑后，就将食盐分层洒在坑内，而且每层食盐铺放的厚度在1cm左右，盐必须都浸入水，这种方法比第一种方法效果要好很多，可将电阻率降低50%左右。将食盐铺好之后，再加入一些木炭，木炭不易腐蚀，发挥作用的时间也比较长。值得一提的是，这种方法比较适用于扁状及圆状这类平行的接地体，而且这个方法对土壤含盐量较大的起到的效果并不明显，还会使接地体快速地被腐蚀。同时，也会应为随着时间的流逝，盐分也会逐渐流逝，这样电阻率又会慢慢地上升，需要两年进行一次重新处理。3.外引接地法：需要降低电阻的区域与该区域以外的接地电阻率较低的其他接地网区域，通过敷设接地排，连接至本区域的接地网，从而降低本区域内接地电阻值的方法。

这种方式的注意事项：

1）不能靠近路边或者人经常行走的地方，或建立警示标志以及防护栏，以免行人被触电；

2）跨过马路时外引线的埋深应不低于0.8m。

3）采用外延接地的方法来降低接地电阻是比较可行的，也是比较有效的，但是应该考虑雷电冲击电流以及外引距离，如果雷电冲击电流的频率较高，还应对外延接地体的电感、电容效应等问题进行分析，对冲击接地电阻与工频接地电阻进行换算，得到具体的外延长度。我国现行标准雷电压冲击波头时间1.2us容许偏差30%，可用下式估算最大外延长度

式中ρ—地电率，Ω·m

εr—地的相对介电常数，一般地区，εr=9

0.0088 —用于波头时间1.2us

由于接地极存在有效泄流长度，因此可以根据雷电流的冲击特性，计算水平射线有效泄流长度L≤2ρ0.5(ρ为地网所处的土壤电阻率)，确定单根外延射线长度可外延的距离。

外延长度超过最大引接长度后，采用的外引接地对降低冲击接地的效果很小。如果外引得当，采用这种方法可以减低电阻值70%左右。

4）炭质纤维法：就是在接地极上下功夫。可以通过加入一些炭质纤维到水泥中以此来作为接地极，这种方法往往在防雷接地装置中使用，可以使电阻率降低到原来的7/10左右，以此来看效果还可以。如果用作接地极的水泥土中再埋入针状接地极，这会使降低电阻值的效果更突出。

5）降阻剂法：使用降阻剂也是目前防雷施工以及后期降阻比较广泛的方法，具有良好的消除接触电阻、降低土壤电阻率、增大接地体有效横截面的作用，操作时去除接地体周围的土壤，挖1.5米左右的深坑，一层降阻剂一层土添加，包裹厚度要求大于40cm，然后加入清水充分搅拌，待其安全聚合后形成有弹性的凝胶体，填入细土覆盖夯实。降阻剂在凝固前为有弹性的凝胶体可塑性极好。能与岩石面紧密的接触，加大了接触面积，有效降低接触电阻，使用降阻剂因为材料不会随着时间的推移及环境的变化而流失，可以使用很久，比较稳定。采用这种方法可以减低电阻值60%左右。

6）就是钻孔深埋法：这个方法在国内外都广泛被使用，最多用在防雷设备设施附近位置极小，或者接地极在建筑物下端等场合。因为这些地方人口流动大，拥挤狭小，用以上的几种方法都不容易找到设接地极的地方，而且我们也不能确定安全距离。

当我们在采用钻孔深埋法时，施工可用钻机来打孔，插入直径大于20mm小于70mm的圆钢管，并倒入一些泥浆。按照这个方法进行很多个打孔和倒浆的操作，然后将它们并联。如此操作后接地电阻值非常稳定，由于埋设较深，所以威胁人员安全较小，效果显著，也是未来降低接地电阻方法发展的趋势，采用这种方法可以减低电阻值60%左右。通过以上介绍的六种方法的分析后可得结果:根据山地油库现有条件，外引接地法降低接地电阻值的效果最好，但外引长度有所限制。其次加入降阻剂和钻孔法是既简单又有效降低接地电阻值的方法。