在線監(jiān)測技術在靜電接地裝置中的應用

張云朋，胡海燕，肖 睿，李義鵬，李艷山

(中國石化青島安全工程研究院化學品安全控制國家重點實驗室，山東青島 266071)

0 引言

油品在運輸過程中會在管道、槽車等設備中積聚大量靜電，由于油品本身具有易燃易爆的特性，如果不及時泄放這些靜電，很容易發(fā)生火災爆炸事故。工程實踐中，接地是控制靜電積聚的重要方式之一，因此將各種存在靜電風險的設備接地是很有必要的。然而，接地狀況的優(yōu)劣直接影響靜電消除的效果，當接地狀況不良時，油品儲運設備中會積聚大量靜電，如果此時發(fā)生靜電放電，會引發(fā)嚴重的靜電燃爆事故，造成大量經(jīng)濟損失，危及作業(yè)人員安全。

現(xiàn)有的靜電接地裝置大多只是將需要接地的設備和接地體相連接，或者只能對設備連接回路進行監(jiān)測，不具備設備連接回路和接地回路在線監(jiān)測功能，無法檢測設備與接地裝置的連接情況，不能準確判別設備的接地狀況[1]。當接地無效時，現(xiàn)場作業(yè)人員不能及時了解設備的接地情況，無法采取相應安全措施，存在較大安全隱患[2]。

1 新型靜電接地裝置技術方案

針對現(xiàn)有的靜電接地裝置不能準確識別設備接地狀況的問題，在新設計的靜電接地裝置中引入在線監(jiān)測技術。根據(jù)設計思路，該裝置可實現(xiàn)實時檢測設備接地的有效性，當接地無效時實時報警，方便工作人員及時知曉設備的接地效果等功能，保證作業(yè)安全。

接地裝置的接地可靠性取決于兩方面，即設備連接回路的可靠性和接地回路的可靠性。工程實踐中，經(jīng)常出現(xiàn)的故障情況是接地夾與設備連接不良、接地線路斷開，或者接地線與接地裝置連接不良。任一部分連接不良時，都會導致接地無效。為此，新型靜電接地裝置采用如下技術方案。

設計了兩個回路檢測單元，包括連接回路檢測單元、接地回路檢測單元，并使用雙芯線纜和雙芯接地線將各部分相連接。雙芯線纜的一端與連接回路檢測單元的兩端口分別相連，另一端與接地夾的兩個夾板分別相連；雙芯接地線的一端與接地回路檢測單元的兩個端口分別相連，另一端與兩處接地裝置分別相連，連接回路檢測單元、接地回路檢測單元分別與報警器相連。為了區(qū)別連接回路和接地回路的故障，要求可以發(fā)出兩種報警信號，分別對應連接回路故障和接地回路故障。整體結構如圖1所示。

圖1 基于在線監(jiān)測技術的靜電接地裝置整體結構示意

2 新型靜電接地裝置工作原理

本裝置的工作原理可概括為：構造監(jiān)測回路，通過監(jiān)測回路電阻值的大小，判斷回路各部分的連接狀況。

2.1 連接回路監(jiān)測

如圖1所示，連接回路由接地夾、雙芯線纜、連接回路檢測單元組成。連接回路檢測單元包含電源電路E1和工作電阻R0，剩余部分的電阻值用R1表示，連接回路工作原理如圖2所示。

圖2 連接回路工作原理

正常情況下，若各部分連接可靠，R1很小，可忽略不計，則連接回路工作電流I1為：

(1)

式中：I1——正常情況下連接回路工作電流，A；

E1——連接回路檢測單元電源電壓，V；

R0——連接回路工作電阻，Ω；

R1——連接回路剩余電阻，Ω。

(2)

滿足了報警電路的啟動條件，報警電路發(fā)出連接回路故障的報警信號。

2.2 接地回路監(jiān)測

如圖1所示，接地回路由接地回路檢測單元、雙芯接地線、雙重接地裝置組成。接地回路檢測單元4內包含電源電路E2和工作電阻R0，其余部分的電阻值用R2表示，接地回路工作原理如圖3所示。

圖3 接地回路工作原理

正常情況下，若各部分連接可靠，R2很小，可忽略不計，則接地回路工作電流I2為：

(3)

式中：I2——正常情況下接地回路工作電流,A；

E2——接地回路檢測單元電源電壓,V。

(4)

滿足了報警電路的啟動條件，報警電路發(fā)出接地回路故障的報警信號。

3 新型靜電接地裝置應用方案

接地夾可選用黃銅材質，并在前端開口處設置一對針狀觸點，使用時夾在需要接地的設備上，保證與設備的金屬部分可靠連接，不使用時保持閉合狀態(tài)。雙芯線纜和雙芯接地線均采用高強度抗拉、可伸縮雙芯銅絞線。雙芯線纜用于構造連接回路，一端與接地夾的兩個夾板分別用螺栓連接，另一端與連接回路檢測單元的兩個端口分別用螺栓相連。

連接回路檢測單元檢測連接回路的電阻值大小，主要反映接地夾設備的連接情況。連接回路檢測單元、接地回路檢測單元、報警器通過內部元件互相連接。雙芯接地線用于構造接地回路，一端與接地回路檢測單元的兩個端口分別用螺栓相連，另一端與雙重接地裝置分別用螺栓相連。接地回路檢測單元檢測接地回路的電阻值大小，主要反映雙芯接地線與雙重接地裝置的連接情況。報警器根據(jù)上述兩個單元的檢測結果，分別發(fā)出相應的報警信號。

工程實踐中，為保證油品儲運設備安全可靠地泄放靜電，宜要求設備的靜電接地電阻不大于100 Ω。根據(jù)前文所述，可以將連接回路電阻值R1和接地回路電阻值R2分別設定為50 Ω，當各回路的回路電阻值大于50 Ω時，報警電路發(fā)出報警信號。該裝置可應用于油庫、加油站等需要嚴格泄放靜電的場所，以便隨時提醒工作人員設備的接地狀況，保障靜電安全。

4 結語

與傳統(tǒng)靜電接地裝置相比，新型靜電接地裝置具有以下優(yōu)點。

a)應用雙芯接地線構造接地回路，通過接地回路檢測單元檢測接地回路的電阻值，有效地反映出雙芯接地線與接地裝置的連接狀況。

b)應用雙芯線纜構造連接回路，通過連接回路檢測單元檢測連接回路的電阻值，有效地反映出接地夾與設備的連接狀況。

c)報警器根據(jù)上述兩個電路的檢測結果，分別發(fā)出相應的報警信號，方便工作人員及時知曉故障存在的位置。

d)應用在線監(jiān)測技術對接地回路和連接回路同時進行實時在線監(jiān)測，有效解決了傳統(tǒng)靜電接地裝置不能準確判斷接地有效性的問題。在線監(jiān)測技術既可以應用于對現(xiàn)有靜電接地裝置進行改造，也可以應用于新型靜電接地裝置的開發(fā)，可廣泛應用于槽車、儲罐、料倉、人體靜電釋放器等各類需要接地的場合，以提高設備接地的可靠性，保障靜電接地安全。