第七章 石油井场安全用电
第一节 井场防雷
电力系统的防雷包括发电机的防雷，变电装置的防雷和电力线路的防雷。避雷针和 避雷器是石油井场电力系统经常使用的防雷装置。
一、避
雷
针
(一)避雷针的结构(图7—1)
在木杆，水泥杆或铁架的顶部，装上一根金属棒，并用金属引下线和接地体良好地连接起来，就构成了一根避雷针。它是利用自身高于被保护设备的有利位置，把雷电引向自身，承受雷击，把雷电流泄人大地，从而保护其附近设备不受雷击。
7-1 避雷针
7-2 保护范围
为了降低雷击避雷针时感应过电压的影响，空气距离a(图7—1)一般应大于5米。
为了防止在土壤中向被保护物接地体闪络，避雷针的接地装置与被保护物的接地体之间的距离b应大于3米，且接地体电阻不得大于5—10欧。
(二)避雷针的保护范围(图7—2)
保护范围是一个折线圆锥形。在地面上的保护半径
r=1．5h
(7—1)
式中
h——避雷针总高度，m。
从针的顶点向下作45°斜线，构成圆锥形的上半部分，从距离针脚1．5h处向上作斜线与前一斜线在h／2高处相交，交点以下构成圆锥形的下半部。在任一高度hx的x—x平面上，保护半径可由下式确定
rx= (h-hx)ρ
(当hx≥h/2时)
(7—2)
rx= (15h-2hx)p (当hx
(7—3) 式中
ρ——由运行经验确定的修正系数。
当h≤30m时，p=1，当30
h；
h——避雷针总高度(m)。
二、避
雷
器
避雷器装设在被保护物的引入端，其上端接在线路上，下端接地，如图7—3所示。
1 正常时，避雷器的间隙保持绝缘状态，不影响系统的运行。当因雷击，有高压波沿线路袭来时，避雷器间隙击穿接地。这时能够进入被保护物的电压，仅是雷电流通过避雷器及其引线和接地装置产生的残压。雷电流通过后，避雷器又恢复绝缘状态，以便系统正常工作。
FS—10型阀型避雷器的结构如图7—4所示。F表示“阀”型，S的意义是配电“所”， 10是额定电压的千伏数。
瓷套内主要由一些串联的火花间隙和一些串联的电阻片组成。每个火花间隙均由两个黄铜电极和一个云母垫圈组成，如图7—5所示。云母垫圈厚0．5～1．0毫米。电阻片是由金刚砂焙烧的碳化硅颗粒烧结而成的饼形元件，其阻值随着通过电流的不同而在很大的范围内变化。
高压冲击波袭来时，空气间隙被击穿，巨大的雷电流通过电阻阀片只遇到很小的电 阻，进入被保护物的只是不大的残压，被保护物可兔遭危害，而尾随雷电流而来的工频电流在电阻阀片上将遇到很高的电阻，有限的工频电流很快被空气间隙阻断，即空气间隙的电弧很快被熄灭。由此可知，由于电阻片和空气间隙的配合作用，此种避雷器像是一个阀门：对雷电流，阀门打开，使之泄人大地；而对工频电流，阀门关闭，迅速切断之，故此种避雷器叫做阀型避雷器。
FS—0．22型和FS—0．38型为用于220伏和380伏低压系统的阀型避雷器。其瓷套内只有一个空气间隙和一个电阻阀片，如图7—6所示。接线方法如图7—7所示。
7-3避雷器的连线
7-4 FS-10型阀型避雷器
2
7-5单位火花间隙
7-6 FS-0.38型低压避雷器
7-7 避雷器的接法
第二节
石油井场安全用电
随着石油井场电气化水平的不断提高，电能已成为井场生产和生活不可缺少的能源。 在石油井场，如果不注意安全用电，就可能在极短的时间内造成严重后果——人身触电、引起火灾和爆炸。所以安全用电是用电工作中必须加以注意的首要工作。
一、保证用电安全的一般措施
(1)加强安全教育，树立安全生产的观点。很多电气事故的教训告诉我们：思想麻痹 大意，往往是造成事故的重要因素。应该教育和培训石油井场的所有工作人员，特别是柴油机房和发电房的工作人员，懂得安全用电的基本知识和重大意义，掌握安全用电的基本方法，以消灭人身事故和设备事故。
(2)建立健全必要的规章制度。如各种电气设备的安装、使用和维护保养规程，定期 的安全检查制度等，特别要建立和健全岗位责任制。石油井场中的很多电气事故，都是由于制度不健全或违反操作规程所造成的。必要而合理的规章制度是从人们长期生产实践中总结出来的，是保证安全促进生产的有效措施。
(3)石油井场的电气设备和电力线路的安装工作要做到“精心设计，精心施工”。设计和施工必须严格执行有关规定，确保井场供电工程的设计和安装质量。验收工作要坚持 原则，一丝不苟。
(4)加强运行监视和维护工作。对于石油井场的各种电气设备，应定期检查其绝缘情 况和运行情况。对于各种接地装置，应定期测量其接地电阻值，对于安全用具、避雷器及其他保护电器，也应定期检查测试，只有确认合格后才允许继续使用，不允许带病运行。
(5)石油井场中凡有可能意外带电的电气设备的金属外壳和金属构架，均应接零或接 地。
(6)不准私拉乱扯电线，拆装电线和电气设备，应由电工人员进行。
(7)不准随意加大熔丝规格，或改用铝丝、铁丝等导电材料来代替原有的熔丝，也不 能随意调整自动开关脱扣器的整定值。
(8)电线上不能晒衣物，晒衣物的金属线不能靠近电线。
(9)当发生电气事故时，应立即切断电源。电气设备起火时，只能用砂子盖灭， 用四氯化碳和二氧化碳灭火器灭火，禁止使用水或一般酸碱泡沫灭火器灭火。
(10)当电线落在地上时，人不能走近，更不能用手去摸，应立即通知电工人员前往处理。
(11)正确使用安全用具，悬挂各种警告牌，装设必要的信号装置。
二、保护接地和保护接零的重要性
在正常情况下，电气设备的外壳是不带电的。但因绝缘损坏而漏电时，外壳就会带电，如人体触及就会触电，轻则“麻电”，重则死亡。为保证操作人员安全，即使在电气设备因绝缘损坏而漏电，人不慎触及也不会触电，因此对电气设备必须采用保护接地与保护接零两种措施。分别说明如下。
1．保护接地
三相三线制的电源，中线不直接接地的电力网，应将电气设备的外壳用导线同接地极可靠地联接起来，称为保护接地，如图7-8所示。
采用保护接地后，即使因电气设备绝缘损坏而漏电时，人触及外壳不会触电。因这时外壳已与大地相接，外壳的电位也是零电位，所以不会有电流流过人体。况且人与大地有一定的绝缘电阻，所以当人触及带电外壳时，人体的电位就比带电外壳的电位高，电流是不会从低电位流向高电位的，这就是采取保护接地的必要性。为保证电气设备的外壳与接地极的电位差尽可能小，所以接地极电阻不得超过4欧，通常采用埋在地中的铁棒、钢管或自来水管作为接地、极。
7-8 保护接地和保护接零
7-9
三孔插座极性示意图
2．保护接零
在三相四线制中，中线直接接地，电气设备的外壳应采用保护接零(又称保护接中线)的方法。即将外壳与零线(中性线)可靠地联接起来。
如图3-42b所示。
外壳接零线后，如电动机的一相绝缘损坏而碰壳时，则该相短路，立即将熔丝烧断，或使其他保护电器动作，迅速切断电源，消除触电危险。在单相用电设备中，如使用三脚插头和三孔插座时，应正确识别三孔插座中三个接线端的极性。其中两个较小的孔：一个表示火线(可用电笔测试)；另一孔表示地线。第三个较大的孔虽用电笔测试也不带电，但它不是接地线而是保护接零线，如图7-9所示。有了这样的识别后，我们再来看三脚插头的极性。三脚插头中一个较粗的脚，显然应插入三孔插座中的粗孔中(即保护接零线)。这样，就要求把用电设备的三根引出线正确地接在三脚插头的接线柱上，如我们日常用的台式电风扇，它的三根引出线分别用红、黄、黑区别，其中黑线就是表示保护接零线，必须把它接在三脚插头的粗脚的接线柱上。不能接错。正确接线能起到保护接零的作用。
三、触电的急救处理
触电人员的现场急救，是抢救过程中的一个关键，如处理得及时和正确，就可能使触电而呈“假死”的人获救。因此，急救技术不仅医务人员必须熟练掌握，石油井场的其他人员也应熟悉和掌握。
如遇触电事故，应按下述步骤和方法进行急救处理。
1．脱离电源
使触电人员很快脱离电源，是救活触电者的首要因素，其具体做法如下：
(1)如果电源开关距离救护人员很近，应迅速拉开开关，拔出电源插头或保险丝插座。
(2)如果电源开关距离救护人员很远，且为低压380伏，可用绝缘手钳或装有干燥木柄的刀斧、铁锹等把电线切断。但要注意，防止切断的电源触及人体。
(3)要拉触电者的干燥衣服(此法仅适用于低压触电)，不要接触其肉体和周围的金属物体，而且只能用一只手去拉，在急救中要防止摔伤触电者。
(4)当导线搭在触电者身上或压在身下时，可用干燥的绝缘体(如木棒、竹杆棒，棉衣、皮带等)迅速将电源挑开。
2．急救处理
当触电者脱离电源后，应立即采取急救措施，同时赶快请医生来处理。
(1)如触电者神志清醒，只是有些心慌，四肢发麻，全身无力，应让其安静休息，不要走路，并严密细致地观察其病变。
(2)如触电者失去知觉，停止呼吸或心跳停止，应迅速解开触电者的衣服，裤带、使其胸部能自由扩张。然后置触电者于仰卧状态，把口侧向一边，清楚口腔中的血块，异物等。如触电者牙关紧闭，应设法撬开牙齿。在这些准备工作完成之后，采用口对口人工呼吸法或人工胸外心脏挤压法进行抢救，直至触电者复活或医务人员前来救治为止。
需要指出的是，人工呼吸应尽可能就地进行，只有在现场威胁安全时，才可将触电者抬到安全地方进行急救。
第三节 电气防火防爆
火灾和爆炸可以造成重大经济损失，而且往往造成人身伤亡和设备毁坏。电气火灾和爆炸在火灾和爆炸事故中占有很大的比例。仅就电气火灾而言，不论是发生频率还是所造成的经济损失，在火灾中所占的比例都呈上升的趋势。在很多地区，引起火灾的电气原因已经成为火灾的第一原因+电气火灾已经超过全部火灾的20％，有的地区或部门已经超过30％。就造成的经济损失而言，电气火灾所占比例还要更大一些。本章将介绍电气防火、防爆的基本知识。
一、电气火灾与爆炸的原因
电气火灾与爆炸的原因很多。除设备缺陷、安装不当等设计和施工方面的原因外，电流产生的热量和火花或电弧是直接原因。
1．电气设备过热
电气设备过热主要是由电沉产生的热量造成的。导体的电阻虽然很小，但其电阻总是客观存在的。因此，电流通过导体时要消耗一定的电能。这部分电能转化为热能，使导体温度升高，并加热其周围的其它材料。
对于电动机和变压器等带有铁磁材料的电气设备，除电流通过导体产生的热量外，还有在铁磁材料中产生的热量，这部分热量是由于铁磁材料的涡流损耗和磁滞损耗造成的。因此，这类电气设备的铁芯也是一个热源。
当电气设备的绝缘质量降低时，通过绝缘材料的泄漏电流增加，可能导致绝缘材料温度升高。
由上可知，电气设备运行时总是要发热的，但是，设计正确、施工正确以及运行正常的电气设备，其最高温度和其与周围环境温度之差(即最高温升)都不会超过某一允许范围。例如：裸导线和塑料绝缘线的最高温度一般不超过70℃；橡胶绝缘线的最高温度一般不得超过65℃；变压器的上层油温不得超过85℃；电力电容器外壳温度不得超过65℃，电动机定子绕组的最高温度，对应于所采用的A级、E级和B级绝缘材料分别为95℃、105℃和110℃，定子铁芯分别是100℃、115℃和120℃等。这就是说，电气设备正 常的发热是允许的。但当电气设备的正常运行遭到破坏时，发热量增加，温度升高，在一定条件下，可能引起火灾。
引起电气设备过热的不正常运行大体包括以下几种情况： 1）短路
发生短路时，线路中的电流增加为正常时的几倍甚至几十倍，而产生的热量又和电流的平方成正比，使得温度急剧上升，大大超过允许范围。如果温度达到可燃物的自燃点，即引起燃烧，从而导致火灾。
当电气设备的绝缘老化变质，或受到高温、潮湿或腐蚀的作用而失去绝缘能力时，即可能引起短路。
绝缘导线直接缠绕、勾挂在铁钉或铁丝上时，由于磨损和铁锈腐蚀，很容易使绝缘破坏而形成短路。
由于设备安装不当或工作疏忽，可能使电气设备的绝缘受到机械损伤而形成短路。由于雷击等过电压的作用，电气设备的绝缘可能遭到击穿而形成短路。在安装和检修工作中，由于接线和操作的错误，也可能造成短路事故。
2）过载
过载会引起电气设备发热，造成过载的原因大体上有以下两种情况。一是设计时选用线路或设备不合理，以至在额定负载下产生过热。二是使用不合理，即线路或设备的负载超过额定值，或者连续使用时间过长，超过线路或设备的设计能力，由此造成过热。
3）接触不良
接触部分是电路中的薄弱环节，是发生过热的一个重点部位。不可拆卸的接头连接不牢、焊接不良或接头处混有杂质，都会增加接触电阻而导致接头过热。可拆卸的接头连接不紧密或由于震动而松动，也会导致接头发热。活动触头，如闸刀开关的触头、接触器的触头、插式熔断器(插 保险)的触头、插销的触头、灯泡与灯座的接触处等活动触头，如果没有足够的接触压力或接触表面粗糙不平，会导致触头过热。
对于铜铝接头，由于铜和铝电性不同，接头处易因电解作用而腐蚀，从而导致接头过热。
4）铁芯发热
变压器、电动机等设备的铁芯，如铁芯绝缘损坏或承受长时间过电压，涡流损耗和磁滞损耗将增加而使设备过热。
6 5）散热不良
各种电气设备在设计和安装时都考虑有一定的散热或通风措施，如果这些措施受到破坏，就会造成设备过热。
此外，电炉等直接利用电流的热量进行工作的电气设备，工作温度都比较高；如安置或使用不当，均可能引起火灾。
2．电火花和电弧
电火花是电极间的击穿放电，电弧是大量的电火花汇集而成的。一般电火花的温度都很高，特别是电弧，温度可高达6000℃，因此，电火花和电弧不仅能引起可燃物燃烧，还能使金属熔化、飞溅，构成危险的火源。在有爆炸危险的场所，电火花和电弧更是引起火灾和爆炸的一个十分危险的因素。在生产和生活中，电火花是经常见到的。电火花大体包括工作火花和事故火花两类。工作火花是指电气设备正常工作时或正常操作过程中产生的火花。如直流电机电刷与整流子滑动接触处、交流电机电刷与滑环滑动接触处电刷后方的微小火花、开关或接触器开合时的火花、插销拔出或插入时的火花等。事故火花是线路或设备发生故障时出现的火花。如发生短路或接地时出现的火花、绝缘损坏时出现的闪光、导线连接松脱时的 火花、保险丝熔断时的火花、过电压放电火花、静电火花、感应电火花以及修理工作中错误操作引起的火花等。此外，电动机转子和定子发生摩擦(扫膛)或风扇与其它部件相碰也都会产生火花，这是由碰撞引起的机械性质的火花。还应当指出，灯泡破碎时，炽热的灯丝有类似火花的危险作用。电气设备本身，除多油断路器可能爆炸，电力变压器、电力电容器、充油套管等充油设备可能爆裂外，一般不会出现爆炸事故。
以下情况可能引起空间爆炸：
1）周围空间有爆炸性混合物，在危险温度或电火花作用下引起空间爆炸。
2）充油设备的绝缘油在电弧作用下分解和汽化，喷出大量油雾和可燃气体，引起空间爆炸。
3）发电机氢冷装置漏气、酸性蓄电池排出氢气等，形成爆炸性混合物，引起空间爆炸。
二、电气防爆技术
电气防火、防爆措施是综合性的措施；其他防火、防爆措施对于防止电气火灾和爆炸也是有效的。
1．消除或减少爆炸性混合物
消除或减少爆炸性混合物包括采取封闭式作业，防止爆炸性混合物泄漏；清理现场积尘、防止爆炸性混合物积累；设计正压室，防止爆炸性混合物侵入有引燃源的区域；采取开式作业或通风措 施，稀释爆炸性混合物；在危险空间充填惰性气体或不活泼气体， 防止形成屠炸性混合物；安装报警装置，当混合物中危险物品的浓度达到其爆炸下限的10％时报警等措施。
2．隔离和间距
危险性大的设备应分室安装，并在隔墙上采取封堵措施。电动机隔墙传动、照明灯隔玻璃窗照明等都属于隔离措施。10kV及10kV以下的变；配电室不得设在爆炸危险环境的正上方或正下方。室内充油设备油量60kg以下者允许安装在两侧有隔板的间隔内；
7 油量60～600kg者必须安装在有防爆隔墙的间隔内；油量600kg以上者必须安装在单独的防爆间隔内。变、配电室与爆炸危险环境或火灾危险环境毗连时，隔墙应用非燃性材料制成；孔洞、沟道应用非燃性材料严密堵塞；门、窗应开向无爆炸或火灾危险的场所。电气装置，特别是高压、充油的电气装置应与爆炸危险区域保持规定的安全距离。变、配电站不应设在容易沉积可燃粉尘或可燃纤维的地方。
3．消除引燃源
主要包括以下措施：
1）按爆炸危险环境的特征和危险物的级别、组别选用电气设备和设计电气线路。 2）保持电气设备和电气线路安全运行。安全运行包括电流、电压、温升和温度不超过允许范围，包括绝缘良好、连接和接触良好、整体完好无损、清洁、标志清晰等。
爆炸危险环境电气设备的最高表面温度不得超过表7—1和表7—2所列数值。
7—1
7—2 在爆炸危险环境应尽量少用携带式设备和移动式设备；一般情况下不应进行电气测量工作。
4．爆炸危险环境接地
爆炸危险环境接地应注意如下几点。
1）应将所有不带电金属物件做等电位联结。从防止电击考虑不需接地(接零)者，在爆炸危险环境仍应接地(接零)。例如，在非爆炸危险环境，干燥条件下交流127V以下的电气设备允许不采取接地或接零措施，而在爆炸危险环境，这些设备仍应接地或接 零。
2）如低压由接地系统配电，应采用TN—S系统，不得采用TN—C系统。即在爆炸危险环境应将保护零线与工作零线分开。保护导线的最小截面，铜导体不得小于4mm’、钢导体不得小于6mm2。
3）如低压由不接地系统配电，应采用IT系统，并装有一相接地时或严重漏电时能自动切断电源的保护装置或能发出声、光双重信号的报警装置。
5．电气灭火
在扑灭电气火灾的过程中，应注意防止触电，注意防止充油设备爆炸。
1）如火灾现场尚未停电，应设法切断电源。切断电源应注意以下问题：
(1)切断部位应选择得当，不得因切断电源影响疏散和灭火工作。
(2)在可能的条件下，先卸去线路负荷，再切断电源。
(3)因火烧、烟熏、水浇，电气绝缘可能大大降低，切断电源应配用绝缘的工具。
(4)应在电源侧的电线支持点附近剪断电线，防止电线断落下来造成电击或短路。
(5)切断电线时，应在错开的位置切断不同相的电线，防止切断时发生短路。
2）为了防止触电，应注意以下事项：
(1)不得用泡沫灭火器带电灭火；带电灭火应采用干粉、二氧化碳、1211等灭火器。
(2)人及所带器材与带电体之间保持足够的安全距离：干粉、二氧化碳，121L等灭火器喷嘴至10kV带电体的距离不得小于o．4m；用水枪带电灭火时，宜采用喷雾水枪，水枪喷嘴应接地，并
应保持足够的安全距离。
(3)对架空线路等空中设备灭火时，人与带电体之间的仰角不应超过45°，防止导线断落下来危及灭火人员的安全。
(4)如有带电导线断落地面，应在落地点周围画警戒圈，防止可能的跨步电压电击。
3）充油设备外部着火时，可用干粉等灭火器及时灭火。如火势较大，应切断电源，并可用水灭火。充油设备内部着火时，除应及时切断电源外，建有事故储油坑的应设法将油放进储油坑；可用喷雾水、泡沫等灭火。应注意防止燃着的油流顺电缆沟蔓延。电缆沟内的油火可用泡沫覆盖扑灭。
习
题
7—1 电力系统的防雷包括哪几方面？ 7—2简述保证用电安全的一般措施。 7—3 简述触电急救的步骤和方法。 7—4 电气火灾与爆炸的原因有哪些？ 7—5 电气防火防爆的措施有哪些？
