燃氣行業防雷解決方案
摘 要：探討了雷電對住宅燃氣管道的主要危害方式，介紹了目前燃氣管道防范雷電災害的主要方法。
關鍵詞：燃氣管道；防雷
一、概述
雷電是一種恐怖而又壯觀的自然現象。它給人類的生活和生產活動帶來巨大的影響，雷電促成有機物質的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位，雷電引起的森林火災可能啟發了遠古人類對火發現和利用；但在現代生活中，雷電威脅人類的生命安全，常使航空、通信、計算機系統、電力、建筑等許多部門及設施遭受破壞，一直引起人們對于雷電活動及其防護問題的關注。
雷擊會嚴重損害電氣設備和電子設備。數十乃至幾百千安的雷電沖擊電流，具有巨大的電磁效應、熱效應和機械效應，雷電沖擊電流流過被擊物體形成幅值很高的沖擊電壓波，使電氣設備絕緣破壞；沖擊電流的電動力作用，使被擊物體炸裂；沖擊電流使導線等金屬物體溫度突然升高，以致熔斷毀壞。其中以前一種情況的破壞性最大，也是我們應該關注的主要問題。
中國每年因雷擊造成的經濟損失很大，嚴重影響到人民的生命和財產安全。
上世紀八十年代，重慶市渝中區上清寺紅球壩附近發生埋地燃氣供氣管道被雷電擊穿的雷害事故；上世紀末，永川區跳蹬河農貿市場商住樓由于天然氣管道敷設在屋面成為了事實上的接閃器，不符合防雷技術要求，造成了雷擊導致天然氣調壓箱爆炸燃燒，封鎖通道，引起住戶恐慌，72 家住戶聯名向永川市人民政府、永川市人大上告的社會事件發生；進入新世紀，市電信局李家沱宿舍樓因雷擊導致調壓箱附近靜電感應發生火花。這些都說明：對于燃氣管道的防雷，我們應引起足夠的重視。加之近年來，由于高層建筑的不斷增加，受消防及其他因素的限制，燃氣供氣管道常常沿建筑物外部安裝至屋面，然后再進入室內。這種安裝方式的出現，使得燃氣供氣管道的防雷安全顯得尤為重要。為防止室外燃氣管道由于雷擊發生損傷、火災、爆炸等,對這部分管道采取防雷措施是必要的。
二、燃氣供氣管道的雷電危害方式
1、 直擊雷危害
對于架空或埋地的燃氣管道遭受直接雷電襲擊，閃電中的電壓高達幾萬伏乃至十億伏，及易導致管道被擊穿所引起的危害，同時產生的機械效應或熱效應，使燃氣產生燃燒或爆炸傷人的事故。
2、感應雷危害
雷云在起電、移動和先導放電的過程中，對燃氣供氣管道產生靜電感應，使之產生異號靜電位，一旦雷云對地放電管道中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對稱地向管道兩端移動，電荷移動所形成的電流為雷電感應電壓。
所謂感應雷主要分為兩種：一種是雷云對電源/信號電纜產生等電荷量的靜電感應，隨著雷云的擴展，導體上逐漸感應出大量異性電荷。當雷云突然放電后，電纜內聚集的感應電荷在線路上產生瞬間浪涌（過電壓），并沿著電源線、金屬管道等進入戶內而造成損害。
另一種是雷云放電時產生巨大的交變磁場（電磁脈沖），使其附近的導體內產生感應過電壓，這種微秒至毫秒級的浪涌電壓具有：速度快、幅值高的特點。
3、 雷電波侵入危害
雷電波侵入是指直擊雷或感應雷沿燃氣供氣管道等金屬的引入線引入建筑物內，發生閃擊而造成的雷擊事故。這種事故的發生率很高，而且往往事故又嚴重。綜上所述，燃氣供氣管道的雷電危害方式主要有以上三種，無論直擊雷還是雷電波侵入，其危害都遠遠大于雷電靜電感應。而雷電靜電感應可導致1mm 間隙產生電火花引爆可燃氣體，因此對直擊雷與雷電波侵入的危害可想而知。
三、室外燃氣管道的防雷措施
根據上述分析，建筑物的防雷對象主要考慮三種：一是防直擊雷,二是防雷電感應,三是防雷電波侵入。進行燃氣管道防雷的主要設計思路為:
① 將燃氣管安裝在原有避雷裝置的保護范圍之內,避免直擊雷;
② 將燃氣管道與防雷裝置進行等電位連接,避免感應雷和雷電波侵入。
（一）直擊雷的防雷措施
1、將燃氣管布置于接閃器的保護范圍內,因此確定接閃器的保護范圍是關鍵。接閃器的保護范圍按照滾球法確定,當接地金屬物、其他接閃器處于外周線之內且位于被保護部位的邊沿時,應按以下方法確定所需端面的保護范圍 。
A —接閃器； B —接地金屬物或接閃器
建筑物上任意兩接閃器在所需端面上的保護范圍
①以A ,B 為圓心, r 為半徑作弧線相交于O點。
②以O 點為圓心, r 為半徑作弧線AB ,弧線AB就是保護范圍的上邊線。
2、對屋面上鋪設的燃氣供氣管道，為了避免雷電直接擊在燃氣供氣管道，因此，燃氣供氣管道不應跨越建筑物女兒墻（由于燃氣供氣管道不在建筑物防雷設施的保護范圍之內），應從建筑物女兒墻底部進入墻內，同時在屋面的燃氣管道沿線應采取屏蔽的金屬網格化處理，盡可能減少直擊雷和感應雷的危害。
3、室外沿外墻鋪設的燃氣金屬供氣管道應每20m 做一次防雷接地與建筑物的均壓環連接，天面管最少應有兩處連接，如燃氣管與防雷網相交凈距小于l00mm時也應連接。屋面的燃氣管及放散管盡量遠離建筑物雷擊率最高的部位,即屋角、檐角、女兒墻的上方、屋脊等,一般不少于2 m。
（二）雷電波侵入防護技術
雷擊燃氣供氣管道或雷電感應電流的雷電波侵入的防護，應在燃氣供氣管道進入室內處作好絕緣技術處理，即在燃氣供氣管道入戶處應接入絕緣接頭以與戶外的燃氣管道隔離或在法蘭盤處插入絕緣段處理。
對于采用戶外表安裝方式的用戶，特別是采用鋁塑復合管的用戶，為節省費用，可采用引入式絕緣接頭作為隔絕措施，效果很好。其具體作法是：選取與墻體厚度相當的絕緣接頭，用彎頭或三通接接在外墻管上，穿墻后再與室內部分的管道相連即可。需要注意的是：絕緣接頭的PE部分只能藏在墻體內，不能露出墻外，如果穿墻洞稍大，還應用適當的填充物將孔洞填實，以保證PE部分不受紫外線的照射。目前這種防雷安裝方式已得到國家相關職能部門的好評。
（三） 雷電靜電感應防護技術
在燃氣供氣管道的絕緣處理中，絕緣段前端的燃氣管道應通過放電間隙與絕緣段后端的燃氣管道（或總等電位連接帶）做等電位連接
如果燃氣供氣管道的法蘭盤、閥門接頭之間生銹腐蝕或接觸不良，在電流幅植相當低（10.7kA）的情況下，法蘭盤間也能發生火花，如遇可燃氣體立即燃燒爆炸。因此，對室內燃氣設備及燃氣器具應做防雷電感應接地；對于燃氣儀表等應跨接，做好等電位技術處理。對于可能遭受雷電靜電感應的危害防護，燃氣供氣管道每隔20～25m，應設防雷電感應接地，接地電阻均不應大于10Ω；同時在管道的分支處，應設防靜電接地，接地電阻不應大于30Ω。
（四）、不同類型房屋的防雷設計
1、 對于高度超過45 m 的高層建筑,按照《建筑物防雷設計規范》(GB 50057 —94) 規定,對高度超過45 m 的鋼筋混凝土結構、鋼結構的建筑物,沿外墻豎直敷設的金屬管道應采取防側擊和等電位的防護措施,即金屬管道的頂端和底端與防雷裝置連接。
2、對于多層建筑(高度未超過45 m) ,當建筑物屋面有合格的防雷系統時,樓棟燃氣管道采用上行下供式,天面燃氣管應完全處于建筑物防雷接閃器保護范圍之內,還應與天面的避雷網(帶) 進行等電位連接,可以不作獨立的接地體。如果建筑物屋面無避雷網(帶) 的,盡量避免走天面管,否則須重新按照規范安裝防雷裝置。
3 接地裝置
(1) 接地裝置分為自制接地體和建筑物原有接地裝置。建筑物原有接地裝置完好時,防雷電感應、電氣設備等接地可共用此接地裝置。當自制接地體與其他接地裝置不共用、不相連時,兩者間在地中的距離應符合下式要求,但不應小于2 m :
d ≥0. 3 kc Ri
式中: d ——地中距離,m ;
kc ——分流系數;
Ri ——沖擊接地電阻,Ω。
(2) 自制接地體距建筑物的出入口或人行道不應小于3 m ,當小于3 m 時,應采取下列措施:
①水平接地體局部埋深不應小于1 m ;
②水平接地體局部應包絕緣物。
(3) 埋于土壤中的垂直接地體宜采用角鋼、扁鋼或圓鋼,水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼,扁鋼截面不小于100 mm2 ,厚度不小于4 mm ,圓鋼直徑不應小于10 mm。由于埋于土壤中容易腐蝕,應采取熱鍍鋅等防腐措施或加大截面。
(4) 垂直接地體的長度宜為2. 5 m ,當接地裝置由多根水平或垂直接地體組成時,為減少接地體的屏蔽作用,接地體間的距離為5 m ,在土壤中的埋深不應小于0. 5 m。
(5) 接地體應采用全焊,長度不應小于60 mm ,焊接處做防腐處理。