任 燕 李 仁 張明飛

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預(yù)防靜電的方法與接地保護(hù)技術(shù)

任 燕1李 仁1張明飛2

（1. 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽473000；2. 國網(wǎng)南陽供電公司 河南南陽473000）

靜電是一種常見的帶電現(xiàn)象，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中間經(jīng)常遇到。通過分析靜電的產(chǎn)生和危害，包括靜電引燃的原因，靜電產(chǎn)生的特點(diǎn)和危害及消除靜電的主要方法，防靜電接地的具體要求，接地故障與電氣火災(zāi)以及必須實(shí)行保護(hù)接地或接零的設(shè)備等。

防靜電 接地 危害 保護(hù) 電氣火災(zāi)

1 靜電產(chǎn)生的原因及其特點(diǎn)

靜電是由于兩種不同物質(zhì)相互接觸、分離、摩擦而產(chǎn)生的。靜電電壓的大小與物體接觸表面處電介質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)、表面之間相互貼近的壓力大小、表面之間互相摩擦的速度、物體周圍介質(zhì)的溫度與濕度有關(guān)。靜電電壓可能高達(dá)數(shù)千伏甚至幾萬伏，而電流卻可能小于1 μA，故當(dāng)電阻小于1 mΩ時(shí)就可能發(fā)生靜電短路而泄放靜電能量。靜電放電的火花能引起易燃易爆物的燃燒，甚至爆炸，是火災(zāi)和人員工傷的原因之一。靜電也可以被利用，靜電噴涂就是一個(gè)突出的例子。

當(dāng)制造、輸送或儲存低導(dǎo)電性物質(zhì)、壓縮空氣和液化氣體時(shí)，經(jīng)常由于摩擦而產(chǎn)生靜電。這些靜電不僅聚集在管道、容器和儲罐上，而且還聚集在加工設(shè)備上形成高壓電位，對人身、設(shè)備的安全有著很大的威脅。試驗(yàn)證明：當(dāng)這些物質(zhì)的電阻率不大于0.1 mΩ時(shí)，不會由于摩擦而產(chǎn)生靜電。如果電阻系數(shù)超過這個(gè)數(shù)值，而且在下列情況下，就很容易產(chǎn)生危險(xiǎn)的靜電電位和火花放電。

當(dāng)液體或氣體在管道中流動(dòng)的速度大于0.7~1m/s時(shí)，尤其在含塵的情況下，如當(dāng)空氣中的沼氣含量為8.5%、空氣濕度低于65%時(shí)，煤塵隨氣流以2.5 m/s的速度在鋼管中流動(dòng)，此時(shí)鋼管上所產(chǎn)生的靜電電壓可以達(dá)到7.5 kV，并發(fā)生火焰長達(dá)3 mm的火花放電。

當(dāng)液體由一個(gè)容器轉(zhuǎn)注到另一個(gè)容器時(shí)，尤其在自由降落的情況下，如從6 m高的地方自流下的預(yù)熱潤滑油，就可以產(chǎn)生火焰長達(dá)10 mm的火花放電。當(dāng)液化氣體或壓縮氣體由管口噴出時(shí)，如當(dāng)乙炔由鋼瓶中放出時(shí)，產(chǎn)生的靜電電壓可達(dá)6 kV；二氧化碳由鋼瓶放出時(shí)，可達(dá)8 kV。如果在噴霧油漆及類似的工藝過程中，氣流中含有細(xì)微的噴霧狀懸濁液體或灰塵時(shí)，更容易發(fā)生爆炸。在空氣干燥和其他類似的工作過程中或在氣流中有粉狀物質(zhì)和灰塵運(yùn)動(dòng)時(shí)，也容易產(chǎn)生靜電或火花放電。在碾碎、過篩、過濾等工作過程中產(chǎn)生灰塵或在空氣被污染的情況下，也容易產(chǎn)生靜電或火花放電。在攪拌、滾軋、輾光等加工過程中發(fā)生強(qiáng)烈的摩擦情況下，也容易產(chǎn)生靜電或火花放電。當(dāng)利用皮帶傳動(dòng)或由不導(dǎo)電橡膠制成的輸送裝置工作時(shí)，也很容易產(chǎn)生危險(xiǎn)的靜電電壓，且其所產(chǎn)生的火花放電，甚至能燒毀距離皮帶200 mm處的金屬圍柵。

2 靜電引燃的起因

液體石油產(chǎn)品在流動(dòng)、過濾、混合、噴霧、噴射、沖洗、加注、晃動(dòng)等情況下，由于靜電荷的產(chǎn)生速度高于靜電荷的泄漏速度，從而積聚靜電荷。當(dāng)積聚的靜電荷，其放電的能量大于可燃混合物的最小引燃能，并且在放電間隙中油品蒸氣和空氣混合物處于爆炸極限范圍時(shí)，將引起靜電危害。

3 防靜電接地

油品生產(chǎn)和儲運(yùn)設(shè)施、管道及加油輔助工具等應(yīng)采取靜電接地措施。當(dāng)它們與防雷、電氣保護(hù)接地系統(tǒng)可以共用時(shí)，不再采用單獨(dú)靜電接地措施。

靜電問題越來越被人們重視。在帶電導(dǎo)體周圍有電場產(chǎn)生，在高壓輸電線和變電所設(shè)備周圍，就存在高壓電場。根據(jù)靜電感應(yīng)原理，在周圍的物體上會有電荷積累。有時(shí)還因?yàn)槠渌?，如摩擦起電，物體上就帶有靜電，甚至衣物和紙張上帶有電荷，給人有很強(qiáng)的刺激，汽車門上的靜電，還有可能電擊傷人，在黑暗中能看到許多火花，并發(fā)出“噼啪”的聲響，帶靜電的紙張還像一把鋒利的刀子，將人體特別是手指割破（醫(yī)學(xué)上被利用作為電刀）。人體接觸帶靜電荷的物體，電荷向人體移動(dòng)，有時(shí)像一個(gè)電容器對電阻放電，有時(shí)像一個(gè)電容器向另一個(gè)電容器充電，對人體產(chǎn)生電擊的感覺。靜電電荷的瞬時(shí)電擊對人體的安全極限，目前尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，頻繁發(fā)生靜電感應(yīng)的發(fā)生繁多，值得人們重視。

4 防靜電危害的主要方法——接地

當(dāng)靜電危害到有關(guān)人員、工藝過程或產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，為了消除靜電所產(chǎn)生的危害，應(yīng)采取必要的防靜電措施。消除靜電的方法很多，最簡單和最有效的方法是采取接地措施。由于靜電能夠產(chǎn)生高電位及火花，因此在有爆炸及火災(zāi)危險(xiǎn)的建筑物內(nèi)就必須特別重視。

應(yīng)該注意，在許多情況下，金屬器具、貯罐和管道的表面或內(nèi)壁會出現(xiàn)沉淀的非導(dǎo)電物質(zhì)（如膠質(zhì)物、薄膜、沉渣等）。這種物質(zhì)不但使接地失去作用，反而會使人產(chǎn)生“靜電危害已經(jīng)被消除”的錯(cuò)覺。又如搪瓷或其他有絕緣層的金屬器具等，當(dāng)簡單接地不能防止靜電危害時(shí)，應(yīng)采取更為有效的措施。

4.1 防靜電接地的范圍和方法

（1）所有設(shè)置在戶外（如在棧橋或地溝中）和車間內(nèi)的有可能發(fā)生靜電危害的管道和設(shè)備，均應(yīng)在連接成連續(xù)的電氣通路并接地。車間內(nèi)管道系統(tǒng)的接地點(diǎn)應(yīng)不少于兩處。采用金屬法蘭連接的設(shè)備和金屬管道的連接處可不設(shè)跨接線，但若還需防雷則應(yīng)設(shè)跨接線。

（2）所有容積大于50 m3和直徑大于2.5 m的貯罐，接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩處，并應(yīng)沿設(shè)備外圍均勻布置，其間距不應(yīng)大于30 mm。

（3）鐵路油罐車在灌注油液的時(shí)間內(nèi)，棧橋、油罐車和鐵軌之間應(yīng)有良好的電氣連接并可靠接地。油罐車、油船在灌注或排放可燃性液體和液化氣時(shí)同樣應(yīng)接地。

（4）當(dāng)潤滑劑的電阻大于106Ω時(shí)，設(shè)備的旋轉(zhuǎn)部分必須接地，否則應(yīng)采用接觸電刷或?qū)щ姖櫥瑒?/p>

（5）移動(dòng)的導(dǎo)電容器或者器具可能產(chǎn)生靜電危害時(shí)應(yīng)接地。當(dāng)利用與導(dǎo)電地板、導(dǎo)電工作臺和其他接地物體相連接的方法不能確保其可靠接地時(shí)，必須采用可撓性的銅線將其直接接地。利用工具操作或檢修這類設(shè)備時(shí)，工具也應(yīng)可靠接地。

（6）潔凈室、計(jì)算機(jī)房、手術(shù)室等房間一般采用接地的導(dǎo)靜電地板。當(dāng)其與大地之間的電阻在106Ω以下時(shí)，則可防止靜電危害。在有可能發(fā)生靜電危害的房間里，工作人員應(yīng)穿導(dǎo)靜電鞋（例如皮底或?qū)ъo電橡膠底鞋），并應(yīng)使導(dǎo)靜電鞋與導(dǎo)靜電地板之間的電阻保持在104～106Ω以下。

（7）為了防止靜電危害，在某些特殊場所，工作人員不應(yīng)該穿絲綢或某些合成纖維（例如尼龍、貝倫等）衣服，并應(yīng)在手腕戴接地環(huán)以確保接地。從事帶靜電作業(yè)人員（如汽油、橡膠溶液的操作人員等）不應(yīng)戴金屬戒指和手鐲。這些特殊場所的門把手及門栓也應(yīng)接地。

4.2 防靜電接地的接地電阻值

專門用于防止靜電危害的接地系統(tǒng)，其接地電阻值宜不大于100 Ω。但如與其他接地共用接地系統(tǒng)時(shí)，則其接地電阻值應(yīng)符合其中最小值的要求。

4.3 防靜電接地的接地線及其連接

（1）用于防靜電接地系統(tǒng)所要求的接地電阻值較大而接地電流（或泄漏電流）很小，一般為微安級，所以其接地線主要按機(jī)械強(qiáng)度來選擇，其最小截面為6 mm2。一般采用絕緣導(dǎo)線，對移動(dòng)設(shè)備則采用可撓導(dǎo)線。

（2）對于固定式裝置的防靜電接地，接地線應(yīng)與其焊接（如電焊、氣焊、錫焊）；對于移動(dòng)或裝置的防靜電接地，接地線與其可靠連接，防止松動(dòng)或斷線。

（3）當(dāng)采用橡皮軟管灌注油類時(shí)，應(yīng)在管頭安裝金屬管口，并應(yīng)在金屬管口處設(shè)置與其有電氣連接的盛油的金屬槽。當(dāng)從一個(gè)金屬容器往另一個(gè)金屬容器灌注油類時(shí)，應(yīng)預(yù)先把兩個(gè)容器進(jìn)行電氣連接并接地。

（4）油罐車在行駛時(shí)，防靜電接地一般的做法是將接在車體上的金屬鏈直接垂到路面上。

5 接地故障與電氣火災(zāi)

當(dāng)電氣線路和電氣設(shè)備的絕緣老化或遭受意外機(jī)械損傷之后，一方面它們的外露導(dǎo)電部分帶有對地的危險(xiǎn)電壓可能會使人體遭受間接接觸電擊的傷害。另一方面這種接地故障多以電弧接地形式出現(xiàn)，電弧的溫度高達(dá)幾千度，很容易引燃其周圍可燃物，甚至造成電氣火災(zāi)。與此同時(shí)，接地故障電弧引起的泄漏電流在30~500 mA之間，因此，同樣可以采用剩余電流動(dòng)作保護(hù)器分?jǐn)啾Ｗo(hù)起到防止電氣火災(zāi)發(fā)生。當(dāng)剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的動(dòng)作電流滿足防止電氣火災(zāi)發(fā)生的泄漏電流時(shí)，會立即動(dòng)作切斷電源回路或發(fā)出聲光報(bào)警信號。告訴人們已經(jīng)發(fā)生了接地故障，應(yīng)立即巡視檢查，查出故障部位，采取措施及時(shí)處理。

6 重復(fù)接地與共同接地

6.1 實(shí)行零線重復(fù)接地的作用

在中性點(diǎn)直接接地的低壓配電系統(tǒng)中，為確保接零保護(hù)方式的安全可靠，防止零線斷線所造成的危害，系統(tǒng)中除了工作接地外，還必須在整個(gè)零線的其它部位再進(jìn)行必要的接地，這種接地稱為重復(fù)接地。事實(shí)上，保護(hù)接零本身就包含重復(fù)接地的要求。

需要重復(fù)接地的處所如下:

（1）架空線路或分支線的首端與終端。

（2）無分支的架空線路的沿線每隔1 km處。

（3）電纜或架空線路引入室內(nèi)的進(jìn)線處（距接地點(diǎn)不超過50 m的除外）。

（4）車間內(nèi)零干線的終端處，以及零干線很長時(shí)，其中間的適當(dāng)部位處。

（5）室內(nèi)設(shè)備接地時(shí)，應(yīng)將零線與所有低壓開關(guān)等設(shè)備及控制屏的接地裝置相連線。

6.2 變壓器的鐵芯與外殼要同時(shí)接地

變壓器運(yùn)行時(shí)，鐵芯及其各種連接的金屬結(jié)構(gòu)都處于線圈所產(chǎn)生的強(qiáng)磁場中。如果鐵芯不與箱體（外殼）同時(shí)接地，則由于強(qiáng)磁場的作用，使鐵芯與箱體間存在較高的電位差，很可能由此形成間隙放電，這是不允許的。鐵芯和箱體若實(shí)行了同時(shí)接地，就可保證它們始終都處于相同電位。這種將若干電氣設(shè)備需實(shí)行接地的不同部位同時(shí)接地的方式，稱為共同接地。

現(xiàn)實(shí)中對于鐵芯的接地常采用“一點(diǎn)接地”方式。這是由于各芯片間要求相互絕緣以限制渦流來考慮的。若將整個(gè)鐵芯接地，各片間及互相連通勢必產(chǎn)生很大的渦流。由于片間絕緣相對來說比較薄弱，它雖然能阻止渦流，但卻不能阻擋高壓靜電的泄漏。所以當(dāng)實(shí)行一點(diǎn)接地方式后，對于感應(yīng)高電壓來說，實(shí)際上相當(dāng)于將整個(gè)鐵芯接地了。

6.3 配電系統(tǒng)的三點(diǎn)共同接地

配電系統(tǒng)中，為防止架空配電網(wǎng)的過電壓危害，將變壓器中性點(diǎn)、變壓器外殼及避雷器的接地引下線，三者共同與一個(gè)接地裝置相連接，這種方式，稱之為配電系統(tǒng)的三點(diǎn)共同接地。

如果不實(shí)行這種三點(diǎn)共同接地的方式，則當(dāng)雷電電流經(jīng)過避雷器及接地裝置泄入大地時(shí)，避雷器上的殘壓和雷電電流在接地裝置上所產(chǎn)生的電壓降，將通過接地體加到變壓器的外殼與繞組上，使變壓器要承受超出其額定電壓很多倍的高電壓，這就很可能導(dǎo)致變壓器繞組絕緣損傷，甚至造成擊穿。

若三點(diǎn)共同接地后，當(dāng)避雷器動(dòng)作時(shí)，加在變壓器繞組及外殼的電壓就只有避雷器上那部分殘壓，減少了在接地體上那段電壓降，從而能夠保障變壓器安全運(yùn)行。

7 保護(hù)接地或接零的設(shè)備

7.1 應(yīng)該實(shí)行保護(hù)接地或接零的設(shè)備

凡是正常情況下不帶電，當(dāng)絕緣損壞或其他情況下可能帶電的電氣與機(jī)械設(shè)備的金屬部分，都應(yīng)該實(shí)行保護(hù)接地或接零。

電動(dòng)機(jī)、變壓器、電器的外殼及其操作機(jī)構(gòu)。配電盤、控制屏及變配電所的金屬構(gòu)架與金屬遮欄。電線、電力電纜的金屬保護(hù)管的金屬包皮，電纜終端頭與中間頭的金屬包皮，以及母線的外罩與保護(hù)網(wǎng)。電焊用變壓器、互感器的二次線圈及局部照明變壓器的二次線圈。避雷針、避雷器、保護(hù)間隙和耦合電容器底座，架空線路及線路的金屬桿塔。超過安全電壓，但未采用隔離變壓器的手持電動(dòng)工具或移動(dòng)電具的外殼等。

7.2 可不實(shí)行保護(hù)接地或接零的設(shè)備

下列情況的電氣與機(jī)械等設(shè)備，可以不實(shí)行保護(hù)接地或接零。

采用安全電壓或低于安全電壓的電氣設(shè)備（規(guī)程內(nèi)另外有專門規(guī)定的除外）。

裝在配電屏、控制屏上的電氣測量儀表、繼電器與低壓電器的外殼。

架空線路及戶外變電所桿上絕緣瓷瓶的金具。

在常年保持干燥且用木材、瀝青等絕緣較好的材料鋪設(shè)地面時(shí)，其室內(nèi)的低壓電器設(shè)備（包括與它與金屬性連接的機(jī)械設(shè)備等）的外殼。

控制電纜的金屬外皮和電壓為220V及以下蓄電池的金屬框架。

廠區(qū)內(nèi)運(yùn)輸軌道，放置在一定的高度、工作時(shí)需用木梯才能觸及的設(shè)備，以及站在絕緣臺上進(jìn)行工作或操作的電氣設(shè)備外殼等。

[1] 芮靜康主編.供配電系統(tǒng)的施工、運(yùn)行和維護(hù)[M].北京:中國電力出版社,2008.

[2] 周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛華編著.電氣電子系統(tǒng)防雷接地實(shí)用[M].北京:技術(shù)電子工業(yè)出版社,2005.

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[5] 陸榮華編著.電氣安全技術(shù)手冊[M].北京:中國建筑出版社,1999.

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