综合录井防雷技术探讨

摘要：本文从雷电的成因、种类、入侵途径、危害、综合录井仪的雷击后果、综合录井仪防雷技术、防雷接地等方面进行了阐述。本文着重把防雷接地这项内容进行了具体的分析，分别从原理、应用以及如何正确的测量对地电阻等三个方面，将防雷技术做了具体的阐述。

关键词：雷击；综合录井仪；防雷；接地

1 雷电的成因及危害

随着石油勘探力度的增加，以前难以引起人们注意的山区地带也正成为油气资源的主要接替区，往往这些地区雷暴天数远高于平原地区，因此，在这些地区施工的综合录井仪经常会发生雷击事件。轻者造成录井资料的准确性降低，重者可能会造成仪器的电子线路、传感器等部件遭到损坏，甚至影响到仪器操作人员的人身安全。

1.1 雷电的种类

雷电的种类有直击雷、雷电侵入波、雷电感应、雷电电磁脉冲（LEMP）和反击等。如果建筑物的引下线与各种金属导线管道或用电设备的工作地线之间的绝缘距离未达到安全要求，则可能造成接地引下线与各种金属导线、管道或用电设备的工作地线之间放屯，从而使这些金属导线、管道或用电设备的工作地线上引入反击电流，造成人身和设备雷击事故。

1.2 雷电入侵的途径

当建筑物防雷设施比较完好时，则室内仪器不会直接遭受雷击，但可间接受到雷电影响，雷电可通过如下途径影响室内仪器设备。

1.3 雷电的危害

雷电的破坏作用主要是雷电流引起的，根据上述的危害形式，可将雷电的危害基本上可分为三种类型：一是直击雷的作用，即雷电直接击在建筑物或设备上发生的热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，通常称之为间接雷击，即雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用；三是雷电对架空线路或金属管道的作用，所产生的雷电波可能沿着这些金属导体、管路，特别是沿天线或架空电线引入室内，形成所谓高电位引入，而造成火灾或触电伤亡事故。

雷击的闪电过程中可产生强大的雷电流和高电位，若用其电位与电流的乘积功率来表示，雷电具有极强大的功率，能形成巨大的爆炸过程，直击到地面的建筑和各种生物上，产生强大破坏力。

2 综合录井防雷

2.1 综合录井仪的雷击后果

经过对综合录井仪遭受雷击破坏的实际情况进行统计分析，雷击造成的主要后果主要表现形式为以下几种：

（1）传感器损坏

如果安装在井架的传感器紧固不牢，与井架之间存在有一定的电阻，则容易被雷电击毁。

（2）电源系统烧毁：

由于在仪器的电源系统设计过程中，井场动力电源进入仪器前首先进入配电箱，在配电箱内设计有电源保险丝，一旦电压高于一定的幅度，在保险丝熔断的同时，电源系统也有可能被烧毁。

（3）数据采集系统烧毁

由于各种传感器采集的信号通过信号线与综合录井仪内部的信号采集面板进行连接，一旦发生感应雷电后，该区域的强大的电磁波作用于信号线，在信号线上感应产生出瞬态尖峰脉冲沿着信号线向两端快速传递。

2.2 综合录井仪防雷

综合录井仪防雷是综合性的系统工程，所采取的技术措施也是多方面的。这些防护措施可概括为：外部防护和内部防护，防护技术包括屏蔽、等电位连接、分流接地和过压保护、电源防雷、信号防雷。不同部分和各项技术都有其重要作用，相互之间紧密联系，不能将它们割裂开来，也不存在替代性。

2.3 外部防雷保护

（1）屏蔽

屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种。

静电屏蔽（电场屏蔽）是为了消除和抑制静电电场的干扰。磁场屏蔽：是为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。

磁场屏蔽又分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种情况。电磁场屏蔽：一般在远离干扰源的空间单纯的电场或磁场是少见的，干扰是以电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射的形式发生的。雷电电磁脉冲在远场条件下可看作平面电磁场传播。因此，应同时考虑电场和磁场的屏蔽。

信号传输电缆的全屏蔽。电缆的屏蔽要求对机房内、外所有架空、埋地的电缆都用金属层屏蔽起来，以防雷电电磁脉冲的干扰，这称作全屏蔽。当全屏蔽电缆接触或穿过另一金属部分时，还要采用中间接地点，因此，全屏蔽电缆要求多点接地。

（2）等电位连接

等电位连接也称电位均衡连接。就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即避雷器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。

（3）分流接地

分流是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下线上的电压，避免发生反击。接地是释放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。

2.4 内部防雷保护

（1）电源防雷

在电源进入端安装低压总电源防雷器，将由外部线路可能引入的雷击高电压引至大地泄放，以确保后接设备的安全。作为系统电源进线端的防雷器，在雷击多发地带至少应有60～100KA的通流容量，可将数万甚至数十万伏的雷击过电压限制到数千伏，防雷器可并联安装在板房电源进线端。

（2）信号防雷

在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在1Km范围内的金属环路，如网络金属连线等都会感应到雷击，将会影响信号网络的正常运行甚至彻底破坏信号网络系统，对于信号网络方面的防雷工作也是较易被忽视的。

3 防雷接地

3.1 防雷接地的方式

接地方式多种多样，我们常用到的有以下几种：

（1）安全接地

安全接地即将高压设备的外壳与大地连接。防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全。当设备的绝缘损坏而机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。

（2）工作接地

工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。这个基准电位一般设定为零。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段等。当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位。当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。

（3）屏蔽接地

屏蔽与接地应当配合使用，才能起到良好的屏蔽效果。当用完整的金属屏蔽体将带电导体包围起来时，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量异种的电荷，外侧出现与带电导体等量的同种电荷，因此外侧仍有电荷存在。

（4）防雷接地

当电子衡器被雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，如果缺乏相应的保护，设备都有可能受到很大损害甚至报废。

3.2 防雷接地的原理

防雷接地装置包括接地体和接地线，位于地下一定深度之处，它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。防雷接她要求接地电阻要小，接地电阻越小，散流就越快。被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。

3.3 防雷接地装置的应用

按照GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》的要求，仪器房房内的安全保护地、信号工作地、屏蔽接地、防静电接地和防雷器接地宜共用一组接地，接地电阻应小于4欧姆。地线接地电阻的大小与土壤的导电性能、导体尺寸、接地体与土壤接触的松紧、埋设深度有关（见下表）。

根据避雷地线接地电阻

3.4 接地电阻测量

接地电阻是指埋入地下的接地体电阻和土壤散流电阻，通常采用ZC型接地电阻测量仪（或称接地电阻摇表）进行测量。接地电阻测量仪还随表附带接地探测棒两支、导线三根。

参考文献：

[1] 赵英梅 防止电气设备雷电危害的方法浅析 《机械管理开发》 2008年 第1期。

作者简介：曾红恩 男，1976年5月出生，高级工，从事现场地质录井工作。