原油储罐防雷接地装置接地电阻检测分析

第４２卷　第１期　２Ｏ１　３年１月　石油化工设备　Ｖ０１．４２　ＮＯ．１　ＰＥ　ＦＲ０（、１１ＥＭＩＣＡＩ　ＥＱＵＩＰＭＥＮ＇Ｉ、　Ｊａｎ．２０ｌ３　文章编号：１０００　７４６６（２０１３）０１－００７８—０４　原油储罐防雷接地装置接地电阻检测分析　李洪杰　（华东管道没计研究院分析检测中心，江苏徐州　２２１００８）　摘要：对原油储罐防雷接地装置的结构进行了分析，得到了原油储罐多组接地体与接地极连接圆　以及储罐本体三者构成并行回路的结论。通过分析４１０２Ａ型接地电阻测试仪以及钳形电阻表的　工作原理、特点并结合储罐接地装置的结构，探讨了４１０２Ａ型接地电阻测试仪和钳形电阻表在原　油储罐接地电阻检测中的优点和不足，得到了检测原油储罐接地电阻的合理方法。　关键词：储罐；原油；防雷接地装置；接地电阻；检测　中图分类号：ＴＱ　０５０．７；ＴＥ　９７２．１　文献标志码：Ｂ　ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９　ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—７４６６．２０１３．０１．０２０　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｎ　Ｏｉｌ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　Ｐｒｏｏｆ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＬＩ　Ｈｏｎｇ－ｊｉｅ　（Ａｎａｌｙｓ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ。ＨｕａＤｏｎｇ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１０（）８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｄ　ｉｃｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｆｏｒ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｂｏｄｙ　ｏｆ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ　ｆｏｒｍ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗａｓ　ｍａｄｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ　ｏｆ　４１０２Ａ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｅｓｔｅｒ　ａｎｄ　ｃｌａｍｐ　ａｍｐｅｒｅ　ｒｅ　ｓｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅｔｅｒ，ｂｙ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔ　ｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｆｏｒ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ　ｔＯ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｉｎｓｔｒｕｎｌｅｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ．ａｎｄ　ｔＯ　ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｃｒｕｄｅ　ｏｉｌ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｔａｎｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｏｒａｇｅ；。ｉｌ；ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｅｓｔｅｒ；ｄｅ—　ｔｅｃｔｉｏｎ　用储罐储存原油是世界通用的原油储存方法，　我国通常投入建设使用的原油储罐多为１０万ｍ。　和１５万ｍ。的钢制储罐，此２种规格的储罐体积庞　大，高度约为２２　ｍ，直径８０～１００　ｍ。目前，国家储　防雷接地装置接地电阻的方法做了简要分析。　１　原油储罐防雷接地装置的结构　有关储罐的防雷设计规范对储罐的防雷接地装　置有着严格的规定和要求。根据ＳＹ　５９８４～２００７　备库区和企业商用储备库区储罐数量较多，储罐的　安全平稳运行是重要工作之一。　从近年储罐运行事故分析看，雷击起火事故占　《油（气）田容器、管道和装卸设施接地装置安全检查　规范》要求一　，储罐防雷接地装置的点数是均匀分布　在储罐周围的（不少于２组），两点之间的弧线距离　不小于３Ｏ　ｍ。接地引下线与接地极一一对应，接地　极的顶端在地面下７００　ｍ左右通过扁钢连接成圆　总事故的８５　。有效的防雷接地装置是降低储罐　雷击起火的最佳方法，防雷接地装置接地电阻的检　测是保证其持续有效的基础。文中就正确测试储罐　收稿日期：２０１２—０８—０６　作者简介：李洪杰（１９７５－）．河北高碑店人．工程帅，学土，从事原油储运工芝设备检测、能质分析等工作。　第１期　李洪杰，等：原油储罐防雷接地装置接地电阻检测分析　以４组接地装置储罐为例，其接地装置主视平面图　见图１，俯视平面图见图２。　接地　图１　储罐接地装置主视平面简图　接地ｇ　图２储罐接地装置俯视平面简图　由图１、图２可知，储罐主体、接地引下线、接地　极连接圆３部分连接构成并行回路，接地引下线和　接地极连接圆为扁钢材料或者铜绞线，接地极为角　钢材料。　如果把储罐与接地引下线连接部位的圆环也看　做是一条线的话，三者构成的并行回路（展开）简图　见图３。　储罐主体　接地引下线　援地极连摄圆　图３储罐、接地引下线、接地极连接圆回路简图　在储罐的实际设计安装中，储罐不仅和接地引　下线、接地极连接圆构成回路，而且还和其连接的进　出路、消防管路、阴极防腐保护块、接地极一起　连通构成回路。在储罐群的建设中，储罐与储罐之　间的接地极也连接在一起，构成庞大的接地网。　２接地电阻测试仪工作原理及特点　在防雷接地电阻的测试过程中，主要有电压电　流表法、比率计法及电桥法３种测试方法。按照检　测仪器类型和布极数量的不同，可分为手摇式地阻　表法、４１０２Ａ型接地电阻仪测试法以及钳形电阻表　法３种。　‘　文中对通常使用的４１０２Ａ型接地电阻仪和钳　形电阻表的原理和特点进行分析。　２．１　４１ｏ２Ａ型接地电阻仪测试原理　根据ＧＢ／Ｔ　２１４３１—２００８《建筑物防雷装置检　测技术规范》的要求　］，４１０２Ａ型接地电阻测仪的工　作原理基本与传统的手摇式低阻表法是一致的，即　电流极、电压极与被测接地体三点沿一条直线布置，　原理示意图见图４。　其基本原理是采用三点式电压落差法，测量手　段是在被测接地体Ｅ的一侧打入２个辅助接地极Ｐ　和Ｃ，ＥＣ距离为１０～２０　ｍ，在Ｅ和Ｃ之问施以电　流，此时在被测接地体Ｅ和辅助地级Ｐ之间会产生　一个电压，仪表通过测量该电流和电压值，便可得到　被测接地体的电阻值。图中ＡＢ之间的区域为零电　位区域，要确保辅助地级在零电位区域内的测试，会　使测试数值更加稳定可靠。　］　卜中ｈ　—』　：】　５　１ｏ　ｉ　１５　１ｏＩｎ　Ｅ　Ａ；；Ｐ　ＢＪ　ｃ｝　５　／　一　图４　４１０２Ａ型接地电阻仪测试原理不意图　２．２　４１０２Ａ型接地电阻仪特点　（１）４１０２Ａ型接地电阻仪可真实反映所测接地　体点的地阻数值。使用时，需要将接地体与主体断　开测试，通过上述测试原理可得，其测量出来的数值　即为该接地体的电阻值。　（２）测试过程繁琐，测试效率较低。根据ＹＤ　５０９８－－２００５￣通信局（站）防雷与接地工程设计规范》　中地网接地电阻测试方法及布线规定ｌ＿３］，图４中的　辅助地极Ｐ只有布置在零电位区域内，才能测得接　地体的真实阻值的接近值。在实际测试过程中，需　经常性挪动地极Ｐ的位置，反复测得数值，并求均　值为该接地体电阻值，加之在测试的时候要打开接　地体的断接处，故所耗时间较长。再者２条辅助地　极需要人工布置，故需要检测人员较多。　（３）测试环境要求较高，测试范围具有一定局限　性。由于大多数原油储罐区罐体周围地面硬化要　求，加之设计阶段未充分考虑设备维护检测阶段的　便捷性，辅助接地极桩没有预留，造成在４１０２Ａ型　接地电阻仪测试过程中，２个辅助地极没有接入的　地方可供使用，此时只能采取加长地极线或者使用　钳形电阻测试仪的方法弥补。　・　８Ｏ・　石油化：【设备　２０１　３年第４２卷　２．３　钳形电阻表测试原理　钳形电阻表的环形卡口，在施加到接地体引下　储罐接地装置是否良好，测量其阻值是必不可少的。　影响接地电阻值的因素有接地极的长度、横截　面积、形状、材料、数量、埋设深度、周围地理环境、土　壤湿度、质地、接地电阻测试仪的精度及测试人员的　线时，利用电磁感应原理会对该回路送入一个恒定　电压Ｅ，该电压是由钳形电阻表所构成的电磁线圈　产生的，钳形电阻表卡口处同时具有测量该回路中　电流　的功能，根据欧姆定律可得到该回路的阻值，　操作水平等　。目前，大多数测试者用４１０２Ａ型接　地电阻测试仪或者钳形电阻表测试原油储罐防雷接　其结构原理示意图见图５。　Ｅ　Ｒ　Ｒ．　Ｒ　Ｒ　．．・－一Ｒ　图５钳形电阻表测试原理简图　由《电工学》可知　］，对于多点式的回路阻值，有　Ｅ／　一Ｒ　＋１／（１／Ｒ　＋１／Ｒ　＋１／Ｒ。＋…＋１／Ｒ　），　１／（１／Ｒ　＋１／Ｒ　＋１／Ｒ。＋…＋１／Ｒ　）为Ｒ　、Ｒ。、Ｒ。　…Ｒ　并联后的总电阻，在分布式多点接地系统中，　通常有Ｒｘ》１／（１／Ｒ　＋１／Ｒ。十１／Ｒ。＋…＋１，／Ｒ　），　简化后，Ｒ　－二Ｒ—Ｅ／　。　２．４　钳形电阻表特点　（１）钳形电阻表所测数值并非完全意义上的接　地体的接地电阻值。通过钳形电阻表测试原理不难　看出，钳形电阻表所测数值是被测主体、接地极引下　线之间所构成的回路阻值。只有当Ｒ　》１／（１／Ｒ　＋　１／Ｒ。＋１／Ｒ。＋…＋１／Ｒ　）成立时，所测数值才接近　该测点的回路阻值。该阻值并没有将接地极的阻值　计算在内，因为接地极部分并没有在所测回路中出　现。　（２）测试方便、快捷。采用钳形电阻表测试时，　不需要断开接地体的断接处，具有测试速度快、劳动　强度低的特点。与４１Ｏ２Ａ型接地电阻测试仪相比，　不需要借助辅助地极，所需检测人员数量大幅度减　少。接地体断接处的螺丝不需要拆卸，进一步降低　了压板螺栓连接的不可靠性。　（３）测试过程中，易受电流干扰。如果被测接地　体自身回路中有电流经过，则会对测试结果产生影　响。虽然大多数钳形电阻表使用一定频率的信号，　具有自排除电流信号干扰功能，但是当有大电流经　过时，测量会受到干扰，导致结果不准确。　３原油储罐防雷接地装置检测及分析　ＧＢ　１５５９９－－２００９￣石油与石油设施雷电安全规　范》对原油储罐防雷接地装置的冲击接地电阻值要　求是在通常条件下不大于１０　Ｑ＿Ｅ］。为了掌握原油　地装置的接地电阻值。　３．１　利用４１ｏ２Ａ型接地电阻测试仪对原油储罐　检测分析　采用４１０２Ａ型接地电阻测试仪测试原油储罐　接地电阻时，测得的是该测点对大地的工频接地电　阻，其测量原理示意图见图６。　Ａ点　Ｂ　３．　Ｃ　图６　４１０２Ａ型接地电阻测试原油储罐接地电阻简图　在拆开接地电阻引下线断接处时，用上图所示　连接布线测试。从图中可以看出，储罐所有接地极　在接地极连结圆的作用下处于并联状态，即所有接　地极并联电阻与大地、辅助接地极构成回路，通过施　加电压，测试出电流值，从而得到该接地体的接地电　阻值。　图中所示，如果Ａ点处发生腐蚀或者断开，会　使测量得到的值明显增大。如果Ｂ点、ｃ点、Ｄ点　分别断开或者两两组合断开，测量得到的值会略微　大于正常值约０．２　Ｑ。如果３点同时断开，则与Ａ　点断开效果等同，测量值会明显增大。相反，可以根　据测得的数值经过分析，判断接地体地下部分的状　况，给维修运行单位提供指导性意见。　当测试完该点后，将接地体断接处的螺栓拧紧，　利用该仪器在原测点再次进行测试，以检验螺栓连　接是否可靠。通过上图可以看出，当螺栓连接后，该　储罐主体通过其它接地体、进出道、消防水管、　消防泡沫管、阴极保护桩与接地极并联，此时回路中　的总电阻应该小于断开时的回路中的总电阻，故测　得的数值应该略低于断开时测得的数值。　４１ｏ２Ａ型接地电阻测试仪测试原油储罐接地电　阻的测试步骤：①断开所要测试的接地体断接卡。　②测试该点的接地电阻值，其它各点断接卡保持断　开或连接状态均可。③将该点断接卡连接，用仪器　测试该接地点的接地电阻，并与断开时的数值进行　第１期　李洪杰，等：原油储罐防雷接地装置接地电阻检测分析　・　８１　・　比较，正常情况下合值略小于开值。④依次类推，直　至测试完毕所有接地体。　３．２　利用钳形接地电阻测试仪对原油储罐的检测　分析　大量国家储备库、商业储备库相继投入使用，储　罐周围多为水泥硬化地面，使用辅助接地极测试储　罐接地电阻值变得尤为困难，有时候采取延长辅助　接地极连接线的办法也很难达到理想测试效果。因　此，在实际测试过程中，可使用钳形电阻表进行测　试，即通过测试环形回路的电阻值来判定该点接地　引下线、储罐本体、接地极连接圆三者之间是否处于　良好连接状态。利用此方法测试时，直接将钳形表　卡口卡在接地体上，不需要断开接地体断接处。注　意的是，在测试报告中，一定要注明该测量值为接地　体的回路阻值。　钳形表测试示意图见图７。　Ａ点　Ｂ　Ｃ点　图７钳形电阻表测试原油储罐接地体电阻简图　图中所示，如果Ａ点处发生腐蚀或者断开，测　量值与正常均值差别较大，甚至显示无穷大。如果　Ｂ点、Ｄ点分别断开，测量得到的值会略微大于正常　值０．２　Ｑ左右。如果两点同时断开，则与Ａ点断开　效果等同，测量值会明显增大。如果ｃ点断开，不　影响检测结果。相反，可以根据测得的数值经过分　析，判断接地体地下部分的状况，给维修运行单位提　供指导性意见。　通过上图可以看出，接地体所对应的接地极连　接好坏并不会通过回路电阻值的大小反应出来。因　此，利用钳形电阻表代替４１０２Ａ型接地电阻测试仪　测试时，一定要慎重。虽然Ｃ点处出现断开的可能　性很小，但是钳形电阻表测量时的不足，仍要足够重　视。当然，也不能否认钳形电阻表比４１０２Ａ型接地　电阻测试仪更实用的地方，那就是钳形电阻表可以　非常准确明了地判断出接地体断接卡处的螺栓连接　质量，如果断接卡处接触面结合不良，钳形电阻表显　示阻值会很大，如果利用４１０２Ａ型接地电阻测试仪　测试断接卡连接时的合值时，不是很明显，有时甚至　与开值基本无异，这就给测试者增加了判断难度。　钳形电阻表只能对多点分布并且形成回路的接　地体进行测试，对于单点接地体是不适用的，这就需　要用４１０２Ａ型接地电阻测试仪测试判断。但是当　对单点接地体的断接卡处连接有疑问时，是可以利　用钳形电阻表测试判断的，借助一根辅助接线，构成　一个回路，便可轻松测得回路阻值，并判断断接卡连　接处的好坏，而不需拆开螺栓。　４　结语　通过上述分析，用传统的单种测试仪器检测原　油储罐防雷接地电阻值的方法是不完善的，而把两　种仪器结合起来测量原油储罐的接地电阻值是严谨　科学的。　用４１Ｏ２Ａ型接地电阻测试仪测量储罐接地体　断开状态下的接地电阻，用钳形电阻表测试该点连　接起来的回路阻值判定该连接处是否连接可靠。钳　形电阻表是对４１ｏ２Ａ型接地电阻测试仪有益的补　充，这样的测量方法不但会使检测效率提高，而且还　增加了数值的可靠性。　参考文献：　［１］ＳＹ　５９８４　２００７，油（气）田容器、管道和装卸设施接地　装置安全检查规范［ｓ］．　（ＳＹ　５９８４　２００７，Ｓａｆｅｔｙ　Ｃｈｅｃｋ　Ｒｕｌｅｓ　ｆｏｒ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｏｉｌ（Ｇａｓ）Ｆｉｅｌｄ　Ｖｅｓｓｅｌ，Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｌｏａｄ（ｕｎｌｏａｄ）Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ［Ｓ］．）　［２］ＧＢ／Ｔ　２１４３１—２ｏ０８，建筑物防雷装置检测技术规范　Ｉｓ］．　（ＧＢ／Ｔ　２１４３１一－２００８，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ｉｎｓｐｅｃ　ｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ［Ｓ］．）　［３］ＹＤ　５０９８～２００５，通信局（站）防雷与接地工程设计规　范［Ｓ］．　（ＹＤ　５０９８－－２００５，Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｉ　ｉｇｈｔｎｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅａｒｔｈｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　Ｔｅｌｅ—　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕｓ（Ｓｔａｔｉｏｎｓ）Ｉｓ］．）　［４］唐介．电工学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９．　（ＴＡＮＧ　Ｊｉｅ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｈｉｇｈ　ｅｒ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｐｒｅｓｓ，１９９９．）　［５］　ＧＢ　１５５９９　２００９，石油与石油设施雷电安全规范［ｓ］．　（ＧＢ　１５５９９　２００９．Ｓａｆｅｔｙ　Ｒｕｌｅｓ　ｏｆ　Ｉ　ｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ｒｅ—　ｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ［Ｓ］．）　［６］王萍．液化石油气球罐设计注意问题［Ｊ］．石油化工　设备，２０１ｌ，４０（３）：４２—４６．　（ＷＡＮＧ　Ｐｉｎｇ．Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｇａｓ　Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ｔａｎｋ　Ｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＰＥＴＲＯ—ＣＨＥＭＩＣＡＩ　ＥＱＵＩＰＭＥＮ　ｒ，２Ｏ１１，４０（３）：４２—４６．）　（许编）