雷電對綜合錄井的危害分析防雷技術(shù)探討

摘要：本文從雷電的成因、種類、入侵途徑、危害、綜合錄井儀的雷擊后果、綜合錄井儀防雷技術(shù)、防雷接地等方面進(jìn)行了闡述。本文著重把防雷接地這項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行了具體的分析，分別從原理、應(yīng)用以及如何正確的測量對地電阻等三個方面，將防雷技術(shù)做了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：雷擊;綜合錄井儀;接地;危害分析;防雷技術(shù)

隨著石油勘探力度的增加，以前難以引起人們注意的山區(qū)地帶也正成為油氣資源的主要接替區(qū)，往往這些地區(qū)雷暴天數(shù)遠(yuǎn)高于平原地區(qū)，因此，在這些地區(qū)施工的綜合錄井儀經(jīng)常會發(fā)生雷擊事件。輕者造成錄井資料的準(zhǔn)確性降低，重者可能會造成儀器的電子線路、傳感器等部件遭到損壞，甚至影響到儀器操作人員的人身安全。

1???? 雷電的成因及危害分析

1.1? 雷電的種類

雷電的種類有直擊雷、雷電侵入波、雷電感應(yīng)、雷電電磁脈沖（LEMP）和反擊等。如果建筑物的引下線與各種金屬導(dǎo)線管道或用電設(shè)備的工作地線之間的絕緣距離未達(dá)到安全要求，則可能造成接地引下線與各種金屬導(dǎo)線、管道或用電設(shè)備的工作地線之間放屯，從而使這些金屬導(dǎo)線、管道或用電設(shè)備的工作地線上引入反擊電流，造成人身和設(shè)備雷擊事故。

1.2? 雷電入侵的途徑

當(dāng)建筑物防雷設(shè)施比較完好時，則室內(nèi)儀器不會直接遭受雷擊，但可間接受到雷電影響，雷電可通過如下途徑影響室內(nèi)儀器設(shè)備。

1.3? 雷電的危害

雷電的破壞作用主要是雷電流引起的，根據(jù)上述的危害形式，可將雷電的危害基本上可分為三種類型：一是直擊雷的作用，即雷電直接擊在建筑物或設(shè)備上發(fā)生的熱效應(yīng)作用和電動力作用;二是雷電的二次作用，通常稱之為間接雷擊，即雷電流產(chǎn)生的靜電感應(yīng)作用和電磁感應(yīng)作用;三是雷電對架空線路或金屬管道的作用，所產(chǎn)生的雷電波可能沿著這些金屬導(dǎo)體、管路，特別是沿天線或架空電線引入室內(nèi)，形成所謂高電位引入，而造成火災(zāi)或觸電傷亡事故。

雷擊的閃電過程中可產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流和高電位，若用其電位與電流的乘積功率來表示，雷電具有極強(qiáng)大的功率，能形成巨大的爆炸過程，直擊到地面的建筑和各種生物上，產(chǎn)生強(qiáng)大破壞力。

2???? 綜合錄井防雷技術(shù)的應(yīng)用

2.1? 綜合錄井儀的雷擊后果

經(jīng)過對綜合錄井儀遭受雷擊破壞的實(shí)際情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，雷擊造成的主要后果主要表現(xiàn)形式為以下幾種：

（1）???? 傳感器損壞。如果安裝在井架的傳感器緊固不牢，與井架之間存在有一定的電阻，則容易被雷電擊毀。

（2）???? 電源系統(tǒng)燒毀。由于在儀器的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，井場動力電源進(jìn)入儀器前首先進(jìn)入配電箱，在配電箱內(nèi)設(shè)計(jì)有電源保險絲，一旦電壓高于一定的幅度，在保險絲熔斷的同時，電源系統(tǒng)也有可能被燒毀。

（3）???? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)燒毀。由于各種傳感器采集的信號通過信號線與綜合錄井儀內(nèi)部的信號采集面板進(jìn)行連接，一旦發(fā)生感應(yīng)雷電后，該區(qū)域的強(qiáng)大的電磁波作用于信號線，在信號線上感應(yīng)產(chǎn)生出瞬態(tài)尖峰脈沖沿著信號線向兩端快速傳遞。

2.2? 綜合錄井儀防雷

綜合錄井儀防雷是綜合性的系統(tǒng)工程，所采取的技術(shù)措施也是多方面的。這些防護(hù)措施可概括為：外部防護(hù)和內(nèi)部防護(hù)，防護(hù)技術(shù)包括屏蔽、等電位連接、分流接地和過壓保護(hù)、電源防雷、信號防雷。不同部分和各項(xiàng)技術(shù)都有其重要作用，相互之間緊密聯(lián)系，不能將它們割裂開來，也不存在替代性。

2.3? 外部防雷保護(hù)

（1）???? 屏蔽

屏蔽一般分為電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁場屏蔽幾種。靜電屏蔽（電場屏蔽）是為了消除和抑制靜電電場的干擾。磁場屏蔽：是為了消除或抑制由磁場耦合引起的干擾。

磁場屏蔽又分為低頻屏蔽和高頻磁屏蔽兩種情況。電磁場屏蔽：一般在遠(yuǎn)離干擾源的空間單純的電場或磁場是少見的，干擾是以電場、磁場同時存在的高頻電磁場輻射的形式發(fā)生的。雷電電磁脈沖在遠(yuǎn)場條件下可看作平面電磁場傳播。因此，應(yīng)同時考慮電場和磁場的屏蔽。信號傳輸電纜的全屏蔽。電纜的屏蔽要求對機(jī)房內(nèi)、外所有架空、埋地的電纜都用金屬層屏蔽起來，以防雷電電磁脈沖的干擾，這稱作全屏蔽。當(dāng)全屏蔽電纜接觸或穿過另一金屬部分時，還要采用中間接地點(diǎn)，因此，全屏蔽電纜要求多點(diǎn)接地。

（2）???? 等電位連接

等電位連接也稱電位均衡連接。就是把所有導(dǎo)體相互作良好的導(dǎo)電性連接，并與接地系統(tǒng)連通。其本質(zhì)是由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線、等電位連接器（即避雷器、地線隔離器）和所有導(dǎo)體組成一個電位補(bǔ)償系統(tǒng)。

（3）???? 分流接地

分流是將雷電流能量向大地泄放過程中應(yīng)符合層次性原則。層次性就是按照所劃分的防雷保護(hù)區(qū)對雷電能量分級瀉放。接地就是讓已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。接地是釋放直擊雷和雷電電磁干擾能量的最有效的手段之一，也是電位均衡補(bǔ)償系統(tǒng)基礎(chǔ)。目的是使雷電流通過低阻抗接地系統(tǒng)向大地泄放，從而保護(hù)建筑物、人員和設(shè)備的安全。

2.4? 內(nèi)部防雷保護(hù)

在電源進(jìn)入端安裝低壓總電源防雷器，將由外部線路可能引入的雷擊高電壓引至大地泄放，以確保后接設(shè)備的安全。作為系統(tǒng)電源進(jìn)線端的防雷器，在雷擊多發(fā)地帶至少應(yīng)有60～100KA的通流容量，可將數(shù)萬甚至數(shù)十萬伏的雷擊過電壓限制到數(shù)千伏，防雷器可并聯(lián)安裝在板房電源進(jìn)線端。在雷擊發(fā)生時，產(chǎn)生巨大瞬變電磁場，在1Km范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)金屬連線等都會感應(yīng)到雷擊，將會影響信號網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行甚至徹底破壞信號網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對于信號網(wǎng)絡(luò)方面的防雷工作也是較易被忽視的。

3???? 防雷接地辦法

3.1? 防雷接地的方式

（1）???? 安全接地。安全接地即將高壓設(shè)備的外殼與大地連接。防止機(jī)殼上積累電荷，產(chǎn)生靜電放電而危及設(shè)備和人身安全。當(dāng)設(shè)備的絕緣損壞而機(jī)殼帶電時，促使電源的保護(hù)動作而切斷電源，以便保護(hù)工作人員的安全。

（2）???? 工作接地。工作接地是為電路正常工作而提供的一個基準(zhǔn)電位。這個基準(zhǔn)電位一般設(shè)定為零。該基準(zhǔn)電位可以設(shè)為電路系統(tǒng)中的某一點(diǎn)、某一段等。當(dāng)該基準(zhǔn)電位不與大地連接時，視為相對的零電位。當(dāng)該基準(zhǔn)電位與大地連接時，基準(zhǔn)電位視為大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化。

（3）???? 屏蔽接地。屏蔽與接地應(yīng)當(dāng)配合使用，才能起到良好的屏蔽效果。當(dāng)用完整的金屬屏蔽體將帶電導(dǎo)體包圍起來時，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)將感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量異種的電荷，外側(cè)出現(xiàn)與帶電導(dǎo)體等量的同種電荷，因此外側(cè)仍有電荷存在。

（4）???? 防雷接地。當(dāng)電子衡器被雷擊時，不論是直接雷擊還是感應(yīng)雷擊，如果缺乏相應(yīng)的保護(hù)，設(shè)備都有可能受到很大損害甚至報(bào)廢。

3.2? 防雷接地的原理

防雷接地裝置包括接地體和接地線，位于地下一定深度之處，它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。防雷接她要求接地電阻要小，接地電阻越小，散流就越快。被雷擊物體高電位保持時間就越短，危險性就越小。

3.3? 防雷接地裝置的應(yīng)用

按照GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的要求，儀器房房內(nèi)的安全保護(hù)地、信號工作地、屏蔽接地、防靜電接地和防雷器接地宜共用一組接地，接地電阻應(yīng)小于4歐姆。地線接地電阻的大小與土壤的導(dǎo)電性能、導(dǎo)體尺寸、接地體與土壤接觸的松緊、埋設(shè)深度有關(guān)。根據(jù)避雷地線接地電阻<4Ω的要求，可采用多根鋼管每隔3～5m埋設(shè)，按并聯(lián)電阻估算達(dá)到所需要求。

3.4? 接地電阻測量

接地電阻是指埋入地下的接地體電阻和土壤散流電阻，通常采用ZC型接地電阻測量儀（或稱接地電阻搖表）進(jìn)行測量。接地電阻測量儀還隨表附帶接地探測棒兩支、導(dǎo)線三根。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙英梅防止電氣設(shè)備雷電危害的方法淺析《機(jī)械管理開發(fā)》2008年第1期。

作者簡介：

郭濤，男，1977年7月出生，高級技師，從事油田勘探現(xiàn)場綜合錄井技術(shù)工作。