燃气管道的防雷安全措施

张玉梅 曾令璂

摘 要：探讨了雷电对住宅燃气管道的主要危害方式，介绍了目前燃气管道防范雷电灾害的主要方法。

关键词：燃气管道；防雷

一、概述

雷电是一种可怖而又壮观的自然现象。它给人类的生活和生产活动带来巨大的影响，雷电促成有机物质的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位，雷电引起的森林火灾可能启发了远古人类对火发现和利用；但在现代生活中，雷电威胁人类的生命安全，常使航空、通信、计算机系统、电力、建筑等许多部门及设施遭受破坏，一直引起人们对于雷电活动及其防护问题的关注。

　　雷击会严重损害电气设备和电子设备。数十乃至几百千安的雷电冲击电流，具有巨大的电磁效应、热效应和机械效应，雷电冲击电流流过被击物体形成幅值很高的冲击电压波，使电气设备绝缘破坏；冲击电流的电动力作用，使被击物体炸裂；冲击电流使导线等金属物体温度突然升高，以致熔断毁坏。其中以前一种情况的破坏性{zd0}，也是我们应该关注的主要问题。

重庆是全国的多雷暴地区之一。每年因雷击造成的经济损失高达2 个亿以上，严重影响到人民的生命和财产安全。

上世纪八十年代，重庆市渝中区上清寺红球坝附近发生埋地燃气供气管道被雷电击穿的雷害事故；上世纪末，永川区跳蹬河农贸市场商住楼由于天然气管道敷设在屋面成为了事实上的接闪器，不符合防雷技术要求，造成了雷击导致天然气调压箱爆炸燃烧，封锁通道，引起住户恐慌，72 家住户联名向永川市人民政府、永川市人大上告的社会事件发生；进入新世纪，市电信局李家沱宿舍楼因雷击导致调压箱附近静电感应发生火花。这些都说明：对于燃气管道的防雷，我们应引起足够的重视。加之近年来，由于高层建筑的不断增加，受消防及其他因素的限制，燃气供气管道常常沿建筑物外部安装至屋面，然后再进入室内。这种安装方式的出现，使得燃气供气管道的防雷安全显得尤为重要。为防止室外燃气管道由于雷击发生损伤、火灾、爆炸等,对这部分管道采取防雷措施是必要的。

二、燃气供气管道的雷电危害方式

1、 直击雷危害

对于架空或埋地的燃气管道遭受直接雷电袭击，闪电中的电压高达几万伏乃至十亿伏，及易导致管道被击穿所引起的危害，同时产生的机械效应或热效应，使燃气产生燃烧或爆炸伤人的事故。

2、感应雷危害

雷云在起电、移动和先导放电的过程中，对燃气供气管道产生静电感应，使之产生异号静电位，一旦雷云对地放电管道中的束缚电荷成为自由电荷，以冲击波的形式对称地向管道两端移动，电荷移动所形成的电流为雷电感应电压。

所谓感应雷主要分为两种：一种是雷云对电源/信号电缆产生等电荷量的静电感应，随着雷云的扩展，导体上逐渐感应出大量异性电荷。当雷云突然放电后，电缆内聚集的感应电荷在线路上产生瞬间浪涌（过电压），并沿着电源线、金属管道等进入户内而造成损害。

另一种是雷云放电时产生巨大的交变磁场（电磁脉冲），使其附近的导体内产生感应过电压，这种微秒至毫秒级的浪涌电压具有：速度快、幅值高的特点。

3、 雷电波侵入危害

雷电波侵入是指直击雷或感应雷沿燃气供气管道等金属的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的雷击事故。这种事故的发生率很高，而且往往事故又严重。综上所述，燃气供气管道的雷电危害方式主要有以上三种，无论直击雷还是雷电波侵入，其危害都远远大于雷电静电感应。而雷电静电感应可导致1mm 间隙产生电火花引爆可燃气体，因此对直击雷与雷电波侵入的危害可想而知。

三、室外燃气管道的防雷措施

根据上述分析，建筑物的防雷对象主要考虑三种：一是防直击雷,二是防雷电感应,三是防雷电波侵入。进行燃气管道防雷的主要设计思路为:

① 将燃气管安装在原有避雷装置的保护范围之内,避免直击雷;

② 将燃气管道与防雷装置进行等电位连接,避免感应雷和雷电波侵入。

（一）直击雷的防雷措施

1、将燃气管布置于接闪器的保护范围内,因此确定接闪器的保护范围是关键。接闪器的保护范围按照滚球法确定,当接地金属物、其他接闪器处于外周线之内且位于被保护部位的边沿时,应按以下方法确定所需端面的保护范围(见图1) 。

A —接闪器; B —接地金属物或接闪器

图1 　建筑物上任意两接闪器在所需端面上的保护范围

①以A ,B 为圆心, r 为半径作弧线相交于O点。

②以O 点为圆心, r 为半径作弧线AB ,弧线AB就是保护范围的上边线。

2、对屋面上铺设的燃气供气管道，为了避免雷电直接击在燃气供气管道，因此，燃气供气管道不应跨越建筑物女儿墙（由于燃气供气管道不在建筑物防雷设施的保护范围之内），应从建筑物女儿墙底部进入墙内，同时在屋面的燃气管道沿线应采取屏蔽的金属网格化处理，尽可能减少直击雷和感应雷的危害。

3、室外沿外墙铺设的燃气金属供气管道应每20m 做一次防雷接地与建筑物的均压环连接，天面管最少应有两处连接，如燃气管与防雷网相交净距小于l00mm时也应连接。屋面的燃气管及放散管尽量远离建筑物雷击率{zg}的部位,即屋角、檐角、女儿墙的上方、屋脊等,一般不少于2 m。

（二）雷电波侵入防护技术

雷击燃气供气管道或雷电感应电流的雷电波侵入的防护，应在燃气供气管道进入室内处作好绝缘技术处理，即在燃气供气管道入户处应接入绝缘接头以与户外的燃气管道隔离或在法兰盘处插入绝缘段处理（如图2、图3）。

图2 法兰盘绝缘处理

图3 管道加入绝缘接头处理

对于采用户外表安装方式的用户，特别是采用铝塑复合管的用户，为节省费用，可采用图4所示的引入式绝缘接头作为隔绝措施，效果很好。其具体作法是：选取与墙体厚度相当的绝缘接头，用弯头或三通接接在外墙管上，穿墙后再与室内部分的管道相连即可。需要注意的是：绝缘接头的PE部分只能藏在墙体内，不能露出墙外，如果穿墙洞稍大，还应用适当的填充物将孔洞填实，以保证PE部分不受紫外线的照射。图5是工人正在连接这种穿墙的绝缘接头的情形，图6及图7是安装好穿墙绝缘接头的室外部分及室内部分的效果图。目前这种防雷安装方式已在川渝地区推广，得到国家相关职能部门的好评。

图4 引入式绝缘接头的外形及结构

图5 单户小型绝缘接头的连接

（黄色部分为墙外金属管，黑色部分为穿墙绝缘接头）

图6 单户小型绝缘接头室外部分 图7 单户小型绝缘接头室内部分

（手指处白色部分为防紫外线的填充物）

（三） 雷电静电感应防护技术

在燃气供气管道的绝缘处理中，绝缘段前端的燃气管道应通过放电间隙与绝缘段后端的燃气管道（或总等电位连接带）做等电位连接。（图8）

图8 等电位连接

如果燃气供气管道的法兰盘、阀门接头之间生锈腐蚀或接触不良，在电流幅植相当低（10.7kA）的情况下，法兰盘间也能发生火花，如遇可燃气体立即燃烧爆炸。因此，对室内燃气设备及燃气器具应做防雷电感应接地；对于燃气仪表等应跨接，做好等电位技术处理。对于可能遭受雷电静电感应的危害防护，燃气供气管道每隔20～25m，应设防雷电感应接地，接地电阻均不应大于10Ω；同时在管道的分支处，应设防静电接地，接地电阻不应大于30Ω。

（四）、不同类型房屋的防雷设计

1、 对于高度超过45 m 的高层建筑,按照《建筑物防雷设计规范》(GB 50057 —94) 规定,对高度超过45 m 的钢筋混凝土结构、钢结构的建筑物,沿外墙竖直敷设的金属管道应采取防侧击和等电位的防护措施,即金属管道的顶端和底端与防雷装置连接。

2、对于多层建筑(高度未超过45 m) ,当建筑物屋面有合格的防雷系统时,楼栋燃气管道采用上行下供式,天面燃气管应xx处于建筑物防雷接闪器保护范围之内,还应与天面的避雷网(带) 进行等电位连接,可以不作独立的接地体。如果建筑物屋面无避雷网(带) 的,尽量避免走天面管,否则须重新按照规范安装防雷装置。

3 　接地装置

(1) 接地装置分为自制接地体和建筑物原有接地装置。建筑物原有接地装置完好时,防雷电感应、电气设备等接地可共用此接地装置。当自制接地体与其他接地装置不共用、不相连时,两者间在地中的距离应符合下式要求,但不应小于2 m :

d ≥0. 3 k_c R_i

式中: d ——地中距离,m ;

k_c ——分流系数;

R_i ——冲击接地电阻,Ω。

(2) 自制接地体距建筑物的出入口或人行道不应小于3 m ,当小于3 m 时,应采取下列措施:

①水平接地体局部埋深不应小于1 m ;

②水平接地体局部应包绝缘物。

(3) 埋于土壤中的垂直接地体宜采用角钢、扁钢或圆钢,水平接地体宜采用扁钢或圆钢,扁钢截面不小于100 mm2 ,厚度不小于4 mm ,圆钢直径不应小于10 mm。由于埋于土壤中容易腐蚀,应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。

(4) 垂直接地体的长度宜为2. 5 m ,当接地装置由多根水平或垂直接地体组成时,为减少接地体的屏蔽作用,接地体间的距离为5 m ,在土壤中的埋深不应小于0. 5 m。

(5) 接地体应采用全焊,长度不应小于60 mm ,焊接处做防腐处理。