第六章 电气安全与静电防护技术

1. 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

2. 一、防雷 • 雷电的产生与雷电的放电 • 防雷措施 • 适用规范

3. 雷电的产生与雷电的放电 • 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"。

4. 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。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。

5. 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。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：

6. 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：

7. 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：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。

8. 防雷措施 • 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 r—地面保护半径m h—避雷针高度m P—高度影响系数；h≤30m取1，30～120m取5.5/√h，>120取h＝120m rx＝避雷针在hx水平面上的保护半径 hx＝被保护物高度m ha＝避雷针的有效高度m θ ha h hx h/2 r=1.5hP rx

9. 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。 过电压 被保护 设备 线路 避雷器 接地

10. 适用规范 • 石油与石油设施雷电安全规范GB 15599-95 • 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/T 620-1997

11. 石油与石油设施雷电安全规范 GB 15599-95 • 1　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）

12. 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

13. 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。

14. 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（25×10－8 cm)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

15. 电阻率与泄漏半衰期的关系

16. 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。

17. 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）。

18. 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。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 石油产品的爆炸极限（在空气中的浓度体积％）

19. 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。 接地 增湿 泄漏法 加入抗静电剂 涂导电涂层 第一类方法 感应中和器 中和法 发射性中和器 材料选择 第二类方法 工艺设计、操作 设备结构

20. 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。

21. 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

22. 适用规范 • 防止静电事故通用导则GB12158-90 • 液体石油产品静电安全规程GB13348-92 • 易燃、可燃液体防静电安全管理 Q/YZG**-**-2004

23. 液体石油产品静电安全规程 GB 13348-92 • 主题内容与适用范围 • 　　本标准规定了液体石油产品在生产、运输、贮存、使用过程中防止静电危害的基 • 本方法和措施。 • 　　本标准适用于液体石油产品。

24. 三、防爆 • 爆炸性物质的分类、分级与分组 • 爆炸性气体环境危险区域的划分 • 防爆结构 • 电气防爆安全技术和管理 • 适用规范

25. 爆炸性物质的分类、分级与分组 1.爆炸性物质的分类 爆炸性物质分为三类： • Ⅰ类： 矿井甲烷； • Ⅱ类： 爆炸性气体、蒸气； • Ⅲ类： 爆炸性粉尘、纤维。 注：分类来源于《中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程（试行)》（劳动人事部、公安部、国家机械委员会、煤炭工业部、化学工业部、石油工业部、纺织工业部、轻工业部）1987年

26. 2.爆炸性气体的分级 • 爆炸性气体混合物， 按其最大试验安全间隙（MESG）或最小点燃电流比（MICR）分级

27. MESG（最大试验安全间隙）--爆炸性气体在标准容器中（8000cm3、半球法兰结合面的间隙长度为25mm的球形容器）试验的传爆间隙临界值，即为间隙长度为25mm时的传爆间隙的最小值。MESG（最大试验安全间隙）--爆炸性气体在标准容器中（8000cm3、半球法兰结合面的间隙长度为25mm的球形容器）试验的传爆间隙临界值，即为间隙长度为25mm时的传爆间隙的最小值。 MICR（最小点燃电流比）--各种易燃物质按照它们最小点燃电流值与实验室的甲烷的最小点燃值之比。

28. 3.爆炸性气体的分组 • 按其引燃温度分组。共分Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６六组。

29. 4.举例

30. 爆炸性气体环境危险区域的划分 • 爆炸性气体环境应根据爆炸性气体混合物出现的频繁程度和持续时间，按下列规定进行分区： • 0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境； • 1区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境； • 2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。 注：正常运行是指正常的开车、运转、停车，易燃物质产品的装卸，密闭容器盖的开闭，安全阀、排放阀以及所有工厂设备都在其设计参数范围内工作的状态。 • 按释放源级别和通风条件确定（连续级、第一级、第二级释放源） • 范围：根据释放源的级别和位置、易燃物质的性质、通风条件、障碍物及生产条件、运行经验，经技术经济比较综合确定。。。。。。

31. 防爆结构 • 隔爆型电气设备（ｄ）：具有隔爆外壳的电气设备， 是指把能点燃爆炸性混合物的部件封闭在一个外壳内，该外壳能承受内部爆炸性混合物的爆炸压力并阻止向周围的爆炸性混合物传爆的电气设备。 • 增安型电气设备（ｅ）：正常运行条件下，不会产生点燃爆炸性混合物的火花或危险温度， 并在结构上采取措施，提高其安全程度，以避免在正常和规定过载条件下出现点燃现象的电气设备。 • 本质安全型电气设备（ｉ）：在正常运行或在标准试验条件下所产生的火花或热效应均不能点燃爆炸性混合物的电气设备。 • 正压型电气设备（ｐ）：具有保护外壳，且壳内充有保护气体， 其压力保持高于周围爆炸性混合物气体的压力，以避免外部爆炸性混合物进入外壳内部的电气设备。 • 无火花型电气设备（ｎ）在正常运行条件下不产生电弧或火花， 也不产生能够点燃周围爆炸性混合物的高温表面或灼热点，且一般不会发生有点燃作用的故障的电气设备。

32. 设备选型 • 气体爆炸危险场所用电气设备防爆类型选型表 • ──────┬────────────────────────────── • 爆炸危险区域│　　　　　适 用 的 防 护 型 式 • 　　　　　　├───────────────────────┬────── • 　　　　　　│　　　　　　电 气 设 备 类 型　　　　　　│　符 号 • ──────┼───────────────────────┼────── • 　　　　　　│　　１．本质安全型（ｉａ级）　　　　　　　　　│　　ｉａ • ├───────────────────────┼───── • ０区　　　　│　　２．其他特别为０区设计的电气设备（特殊型）│　　　s • ──────┼───────────────────────┼────── • 　　　　　　│　　１．适用于０区的防护类型 │ • 　　　　　　│　　２．隔爆型　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　ａ • １区　　　　│　　３．增安型　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　ｅ • 　　　　　　│　　４．本质安全型（ｉｂ级）　　　　　　　　　│　　ｉｂ • 　　　　　　│　　５．充油型　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　ｏ • 　　　　　　│　　６．正压型　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　ｐ • 　　　　　　│　　７．充砂型　　　　　　　　　　　　　　　　│　　　ｑ • 　　　　　　│　　８．其他特别为１区设计的电气设备（特殊型）│　　　s • ──────┼───────────────────────┼────── • 　　　　　　│　　１．适用于０区或１区的防护类型 │ • 　２区　　　│　　２．无火花型　　　　　　　　　　　　　　　│　　　ｎ • ──────┴───────────────────────┴──────

33. 旋转电机防爆结构的选型 • --为适用 --为慎用 X--为不适用

34. 爆炸性粉尘环境 • 分为：爆炸性粉尘（镁、铝等） 可燃性导电粉尘（石墨、焦炭、煤、锌、铁等） 可燃性非导电粉尘（聚乙烯、小麦、硫磺等） 可燃纤维（棉、麻等） • 分组：引燃温度分组—T11（>270℃）、T12（200～270℃）、 T13（150～200℃） • 分区：爆炸性粉尘环境应根据爆炸性粉尘混合物出现的频繁程度和持续时间，按下列规定进行分区： • 10区：连续出现或长期出现爆炸性粉尘混合物的环境； • 11区：有时会将积留下的粉尘扬起而偶然出现爆炸性粉尘混合物的环境。 • 范围：根据粉尘的量、释放率、浓度和物理特性以及同类企业相似厂房的实践经验等确定。 • 设备选型：除可燃性非导电粉尘和可燃纤维的11区环境采用防尘结构（标志DP），10区及其它爆炸性粉尘环境11区均采用尘密结构（标志DT）；并按照粉尘的不同引燃温度选择不同易燃温度组别的电气设备。

35. 4.举例 Ex dⅡBT3 Ex—防爆标志（EEx） d—隔爆型 ⅡB—爆炸性气体分级（高于Ⅱ A， 低于ⅡC） T3—爆炸性气体分组（高压T2，低于T4）

36. 火灾危险环境 • 分类：可燃液体：柴油、润滑油、变压器油等； 可燃粉尘：铝粉、焦炭粉、煤粉、合成树脂粉等； 固体状可燃物质：煤、焦炭、木等； 可燃纤维：棉花纤维、合成纤维等。 • 危险区域划分：根据火灾事故发生的可能性和后果，以及危险程度和物质状态不同划分： 21区：具有闪点高于环境温度的可燃液体，在数量和配置上能引起火灾危险的环境。 22区：具有悬浮状、堆积状的可燃粉尘或可燃纤维，虽不可能形成爆炸混合物，但在数量和配置上可能引起火灾危险环境。 23区：具有固体状可燃物质，在数量和配置上能引起火灾危险环境。

37. 火灾危险环境的电气装置

38. 安全栅 • 安全栅是构成安全火花防爆系统的关键仪表，它的作用是一方面保证信号的正常传输；另一方面控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或爆炸性混合物的点火能量以下，以确保系统的安全无火花性能。 • 安全栅是一种特殊的关联设备，接在本安型和非本安型电路之间， 它包括安全栅元件或安全栅电路，如熔断器、电阻器和并联的二极管等。将供给本安型电路的电压和电流限制在一定安全水平之内。 • 常用的安全栅有齐纳式安全栅和隔离式安全栅。

39. 齐纳式安全栅 • 基于齐纳二极管方向击穿特性来工作的。 • 现场发生故障，限流电阻将电流限制在安全范围。 • 齐纳二极管将电源电压限制在安全电压以内，两只齐纳二极管是为了提高可靠性。 • 发生高电压时，齐纳二极管击穿，同时快速熔断器熔断，保证过电压与现场隔离。 限流电阻 快速熔断器 齐纳二极管 危险侧 安全侧

40. 隔离式安全栅 • 它在供电和信号传输线路中采用了变压器隔离措施，具有电子限流和限压功能，进一步提高了安全可靠性。 • 分为检测端（输入式）安全栅和操作端（输出式）安全栅 去控制仪表 输出 4～20mADC 或1～5VDC 输入 4～20mADC 来至控制仪表 整流 滤波器 解调 放大器 调制器 T1 直流/ 交流 转换 器 T1 直流/ 交流 转换 器 24DC T2 来至变送器 T2 24DC 输入 4～20mADC 输出 4～20mADC 调制器 限能器 整流 滤波器 整流 滤波器 解调 放大器 限能器 去现场 检测端安全栅构成框图 操作端安全栅构成框图

41. 适用规范 • 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB 50058－92 • 电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范GB 50261－1996 • 中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程（试行) 劳人护(87)36号 • 爆炸性气体环境用电气设备第13部分：爆炸性气体环境用电气设备的检修 GB3836.12-1997 neq IEC79-19:1993

42. 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

43. 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。

44. 1.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

45. 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

46. 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。

47. 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；

48. 2.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：

49. 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。 3.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。 Ux N A B C Ir Ux Z Rr Rg

50. 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。 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。 对地电位％ 100 50 Ir 距离m 10 20