简述：针对危险品仓库静电带来的相关危害, 对照不同消除静电的方法, 依据静电接地设计的基本原理, 并结合实际中的应用情况, 讨论了静电防护
接地系统的设计思路, 给出了主要设计要素和相关的设计方法, 同时也指出了静电防护接地系统的局限性。
摘 要: 针对危险品仓库静电带来的相关危害, 对照不同消除静电的方法, 依据静电接地设计的基本原理, 并结合实际中的应用情况, 讨论了静电防护接地系统的设计思路, 给出了主要设计要素和相关的设计方法, 同时也指出了静电防护接地系统的局限性。
关键词: 危险品仓库; 静电防护; 接地设计; 导体
1 引 言
危险品是指易于发生燃烧、爆炸等灾害性事故的货物。专营或兼营危险品的仓库遍布于石油、化工、纺织、铁路、电子、军工等领域, 静电
放电引发爆炸、人体电击的事故时有发生。如广州(吉山) 仓库作为整个华南地区惟一的铁路危险货物专办站, 历史上曾经发生过两起与静电关联较大的火灾。这是因为: 一方面, 仓库中贮存的许多货物及其包装材料的电阻率都在1011～ 1015 8 ·cm 范围内, 具备了静电产生的内部条件[ 1, 2 ]; 另一方面, 在仓储作业中离不开搬运、堆码、覆盖等操作, 故货物之间、货物与人体之间、货物与搬运工具之间、搬运工具与地坪之间等不可避免地产生摩擦、滚动、撞击等, 这些过程都会在危险货物表面、人体等引起很高的静电积累, 即静电产生的外部条件也充分存在。如果防护不当, 就可能产生火花放电和刷形放电, 从而成为引发爆炸的点火源, 更易发生的电击事故, 甚至发生过操作工人被静电放电击倒的现象。
显然, 危险品仓库的静电放电防护措施必不可少。但与工业生产部门相比, 静电
危害防护研究在仓储行业中仍是一个薄弱环节, 没有引起足够的重视。 从理论上讲, 接地、增湿、掺杂、中和等都是防护静电放电的技术途径[ 3 ] , 其中接地是一切存在静电放电隐患的场所必须采用的基本防护措施, 也是各种防静电规范标准中最常用、最基本的防静电危害措施, 其性能直接影响着其他如增湿、掺杂等防静电措施效果的好坏。如果接地不当, 结果会适得其反。本文论述关于危险品仓库静电防护接地系统设计的主要原则。
2 设计原则
211 静电防护
接地系统与其他接地系统的关系确切地说, 一个完整的危险品仓库接地系统至少应包括大地电极分系统、雷电保护接地分系统、工频电气保护接地分系统及静电防护接地分系统, 各接地分系统内部的构成要素以及相互间的关系如图1 所示。显然, 雷电保护、工频电气保护、静电防护3 个分系统均需借助大地电极分系统实现低阻抗接地, 即防静电、防雷电和工频电气保护
3 个接地分系统可以共用一个接地体; 低功率或低电压工频电气保护分系统中的安全保护接地线, 可用作静电防护接地分系统的接地干线。除此两项之外, 静电防护接地系统不能与防雷电和工频电气保护2 个接地分系统有任何电气连接。因为雷电流是一种幅值很大的冲击性电流, 接地系统会呈现冲击电阻的性质, 会破坏静电
接地系统, 甚至危害设备和人员。对于大功率或高电压的工频电气接地分系统也存在类似问题。 212 静电防护接地系统的组成
静电防护接地系统包括人体静电、地坪静电和作业工具静电防护接地系统等, 实质上为一个组合接地系统。这是由他的特点决定的, 因为在任何一个危险品仓库的库区范围内, 产生静电的物体很多, 人体、货物、作业工具等都可能产生、积累静电, 尤其是人体到处走动,
实际上就是一个流动的静电放电源。也可以说, 静电放电是仓库与生俱来的“内部隐患”, 只有地坪、人体、货物、作业工具等所有因素都能与地电连通, 才能避免静电灾害。这不同于雷电, 雷电属于“外部隐患”, 通常只要采用合适的避雷装置即可, 几套合适的避雷装置甚至可以保护
一座城市[ 4 ]。
213 静电防护接地系统的功能要求
“静电接地”与通常意义上的“接地”在概念和量值上都有所不同, 我国有关标准(JXB1101, GJB252795) 和文献[ 5 ] 对静电接地都做了严格定义: 所谓静电接地是指物体通过导体、防静电材料或其他制品与大地在电气上可靠相连, 确保静电导体与大地的电位接近。对于危险品仓库而言, 其静电接地系统的作用在于对库区范围内各种方式产生的静电荷提供对地泄漏通道, 防止局部静电荷的积累。也就是说, 他虽不能限制静电荷的发生, 但能使已产生的静电荷有效的泄漏, 从而有效地消除静电放电发生的条件, 防止静电放电引爆和人体电击等灾害。
214 静电防护接地系统的设计要素静电防护接地系统的设计要素主要有3 个:
(1) 接地方式的选择。 (2) 静电泄漏电阻与静电接地电阻大小的确定。
(3) 接地连接的实施方法。
3 个要素的设计, 既要保证在较短的时间内(如011 s)静电荷泄漏到安全水平(如100 V ) , 又要保证静电放电时流经人体的电流小于5 mA。
接地方式的选择 静电防护接地系统的接地方式分为直接接地和间接接地。通过金属导体使物体静电接地称为直接接地; 通过非金属导体、防静电材料或其他制品使物体静电
接地称为间接接地。静置金属物体一般需直接接地, 但活动的金属物体(如手推车) 有时需要间接接地, 当存在多个彼此相距很近的小型金属物体时, 可先将他们串接起来, 然后将其中一个物体进行直接接地, 这种方式称为跨接, 属于直接接地的拓展。当有杂散电流时, 跨接可以为其提供泄漏通道; 静电导ö亚导体及表面电阻率在10118 以下的物体只能间接接地; 表面电阻率在10118 以上的物体不能接地, 必须采取其他措施防静电。危险品仓库需根据各自的业务范围、作业状况及当地环境
来设计接地方式的布局, 并配套严格的管理规程。如果错放、混放, 将使静电
接地效果打折, 并可能适得其反。静电泄漏电阻与静电接地电阻的确定 被接地物体上的静电电荷向大地泄漏的通道由物体本身、静电接地极、接地线、大地接地体组成, 如图2 (a) 所示。被接地物体上的观测点与大地之间的总电阻称为静电泄漏电阻R d , R d 减除物体本身的电阻R m 即为静电接地电阻R s。三者之间的关系如图2 (b) 所示, 可用式(1) 表达:
R d = R m + R s
其中, R s 又由3 部分组成: 被接地物体与静电接地极之间的接触电阻R j , 接地线的电阻R c, 大地接地体本身的电阻加上接地体与大地之间的流散电阻构成的接地电阻R e,可表示为式(2) :
R s = R j + R c + R e (2)
仅当金属物体直接接地时, 才有R d = R s = R e。R d 是评价静电接地良好程度的标准, 也是判断静电物体的电荷能否顺畅泄漏的主要依据。R d 的大小取决于危险品仓库允许存在的最高静电电位U 和最大静电起电电流I (一般为10- 11～ 10- 4A ) , 要求R d ≤UöI。R d 确定后, 即可根据式(1) 确定R s。但接地对象不同, R s 也不同, 人体、地坪、作业工具
、货物等的R s 需分别考虑。当接地体的大小形状确定后, R e 主要取决于土壤电阻率, 我国各地土壤电阻率随温度、湿度的变化范围大约为1～ 3 数量级, 所以R e也有较大的变化, 但应不大于100 8。 接地连接的实施方法 在库区内, 静电防护接地系统的设置, 可采用在作业地面或墙围下脚安装接地干线, 该干线一般使用厚度为3mm, 宽度25mm 的紫铜皮或截面大约4～ 6 mm2 的铜芯软线。根据库区情况, 在接地干线上设置若干静电接地极, 危险货物、人体、作业工具等分别通过各自的R d 形成接地通路。如果没有低功率或低电压工频电气保护接地分系统, 应专门设计和安装静电接地干ö支线和接地体; 静电接地干线在库区内应成环状布置,不同标高的接地干线之间应有两处相连; 每间库房或作业通道相对侧的适当位置最少各设一组独立的接地体, 并与干线相连接。接地连接的干线、支线及接地体等处, 应采用焊接法或螺栓紧固法连接, 埋地部分均用焊接。
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