在线监测技术在静电接地装置中的应用

张云朋，胡海燕，肖 睿，李义鹏，李艳山

(中国石化青岛安全工程研究院化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266071)

0 引言

油品在运输过程中会在管道、槽车等设备中积聚大量静电，由于油品本身具有易燃易爆的特性，如果不及时泄放这些静电，很容易发生火灾爆炸事故。工程实践中，接地是控制静电积聚的重要方式之一，因此将各种存在静电风险的设备接地是很有必要的。然而，接地状况的优劣直接影响静电消除的效果，当接地状况不良时，油品储运设备中会积聚大量静电，如果此时发生静电放电，会引发严重的静电燃爆事故，造成大量经济损失，危及作业人员安全。

现有的静电接地装置大多只是将需要接地的设备和接地体相连接，或者只能对设备连接回路进行监测，不具备设备连接回路和接地回路在线监测功能，无法检测设备与接地装置的连接情况，不能准确判别设备的接地状况[1]。当接地无效时，现场作业人员不能及时了解设备的接地情况，无法采取相应安全措施，存在较大安全隐患[2]。

1 新型静电接地装置技术方案

针对现有的静电接地装置不能准确识别设备接地状况的问题，在新设计的静电接地装置中引入在线监测技术。根据设计思路，该装置可实现实时检测设备接地的有效性，当接地无效时实时报警，方便工作人员及时知晓设备的接地效果等功能，保证作业安全。

接地装置的接地可靠性取决于两方面，即设备连接回路的可靠性和接地回路的可靠性。工程实践中，经常出现的故障情况是接地夹与设备连接不良、接地线路断开，或者接地线与接地装置连接不良。任一部分连接不良时，都会导致接地无效。为此，新型静电接地装置采用如下技术方案。

设计了两个回路检测单元，包括连接回路检测单元、接地回路检测单元，并使用双芯线缆和双芯接地线将各部分相连接。双芯线缆的一端与连接回路检测单元的两端口分别相连，另一端与接地夹的两个夹板分别相连；双芯接地线的一端与接地回路检测单元的两个端口分别相连，另一端与两处接地装置分别相连，连接回路检测单元、接地回路检测单元分别与报警器相连。为了区别连接回路和接地回路的故障，要求可以发出两种报警信号，分别对应连接回路故障和接地回路故障。整体结构如图1所示。

图1 基于在线监测技术的静电接地装置整体结构示意

2 新型静电接地装置工作原理

本装置的工作原理可概括为：构造监测回路，通过监测回路电阻值的大小，判断回路各部分的连接状况。

2.1 连接回路监测

如图1所示，连接回路由接地夹、双芯线缆、连接回路检测单元组成。连接回路检测单元包含电源电路E1和工作电阻R0，剩余部分的电阻值用R1表示，连接回路工作原理如图2所示。

图2 连接回路工作原理

正常情况下，若各部分连接可靠，R1很小，可忽略不计，则连接回路工作电流I1为：

(1)

式中：I1——正常情况下连接回路工作电流，A；

E1——连接回路检测单元电源电压，V；

R0——连接回路工作电阻，Ω；

R1——连接回路剩余电阻，Ω。

(2)

满足了报警电路的启动条件，报警电路发出连接回路故障的报警信号。

2.2 接地回路监测

如图1所示，接地回路由接地回路检测单元、双芯接地线、双重接地装置组成。接地回路检测单元4内包含电源电路E2和工作电阻R0，其余部分的电阻值用R2表示，接地回路工作原理如图3所示。

图3 接地回路工作原理

正常情况下，若各部分连接可靠，R2很小，可忽略不计，则接地回路工作电流I2为：

(3)

式中：I2——正常情况下接地回路工作电流,A；

E2——接地回路检测单元电源电压,V。

(4)

满足了报警电路的启动条件，报警电路发出接地回路故障的报警信号。

3 新型静电接地装置应用方案

接地夹可选用黄铜材质，并在前端开口处设置一对针状触点，使用时夹在需要接地的设备上，保证与设备的金属部分可靠连接，不使用时保持闭合状态。双芯线缆和双芯接地线均采用高强度抗拉、可伸缩双芯铜绞线。双芯线缆用于构造连接回路，一端与接地夹的两个夹板分别用螺栓连接，另一端与连接回路检测单元的两个端口分别用螺栓相连。

连接回路检测单元检测连接回路的电阻值大小，主要反映接地夹设备的连接情况。连接回路检测单元、接地回路检测单元、报警器通过内部元件互相连接。双芯接地线用于构造接地回路，一端与接地回路检测单元的两个端口分别用螺栓相连，另一端与双重接地装置分别用螺栓相连。接地回路检测单元检测接地回路的电阻值大小，主要反映双芯接地线与双重接地装置的连接情况。报警器根据上述两个单元的检测结果，分别发出相应的报警信号。

工程实践中，为保证油品储运设备安全可靠地泄放静电，宜要求设备的静电接地电阻不大于100 Ω。根据前文所述，可以将连接回路电阻值R1和接地回路电阻值R2分别设定为50 Ω，当各回路的回路电阻值大于50 Ω时，报警电路发出报警信号。该装置可应用于油库、加油站等需要严格泄放静电的场所，以便随时提醒工作人员设备的接地状况，保障静电安全。

4 结语

与传统静电接地装置相比，新型静电接地装置具有以下优点。

a)应用双芯接地线构造接地回路，通过接地回路检测单元检测接地回路的电阻值，有效地反映出双芯接地线与接地装置的连接状况。

b)应用双芯线缆构造连接回路，通过连接回路检测单元检测连接回路的电阻值，有效地反映出接地夹与设备的连接状况。

c)报警器根据上述两个电路的检测结果，分别发出相应的报警信号，方便工作人员及时知晓故障存在的位置。

d)应用在线监测技术对接地回路和连接回路同时进行实时在线监测，有效解决了传统静电接地装置不能准确判断接地有效性的问题。在线监测技术既可以应用于对现有静电接地装置进行改造，也可以应用于新型静电接地装置的开发，可广泛应用于槽车、储罐、料仓、人体静电释放器等各类需要接地的场合，以提高设备接地的可靠性，保障静电接地安全。