雷保護と対策措置

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この投稿は、2016年5月17日15時12分にyinkuilin6868によって最終的に編集されました。2007年5月23日、重慶市開県義和鎮興業村の小学校で、授業中に雷に打たれて7人の小学生が死亡し、30人以上の小学生が負傷しました。この悲惨な事故は、社会全体の注目を集めました。夏が近づくにつれて、雷雨の日が増えてきており、職場環境や労働条件に悪影響を及ぼし、さまざまな安全事故を引き起こしやすくなっています。近年、落雷による石油化学企業の火災や爆発事故が後を絶たず、人々の命と財産に甚大な被害をもたらしています。したがって、雷対策を徹底することも企業の安全な生産における重要な措置の一つであり、十分な配慮が必要である。 今号の特集では、雷の発生原因や被害、そして雷の種類と特性について分析し、石油化学企業の特性を踏まえて、石油化学製造プラント、貯蔵タンク、および人体のための雷対策を提案している。 事故事例 ● 1989年8月12日9時55分、中国石油天然気総公司パイプライン局勝利輸油会社の黄島油庫の旧タンクエリアで、2.3万立方メートルの原油を貯蔵していた5号のコンクリート製タンクが爆発し火災が発生した。この火災は合計104時間続き、4万立方メートル以上の原油が焼失した。面積250ムーに及ぶ旧タンクエリアや生産施設もすべて焼け落ち、この事故による直接的な経済的損失は3540万元に上った。消火活動の際、消防車10台が焼失し、19人が死亡、100人以上が負傷した。その中で、公安消防の職員14人が犠牲になり、85人が負傷しました。事故の直接的な原因は、非金属製の油タンク自体にあった欠陥により、地雷の爆発による誘導スパークが発生し、それによって油ガスが爆発したことです。 ● 1998年7月13日午後4時10分、武漢市黄陂県の石油総会社が所有する横店石油貯蔵庫が直撃雷に見舞われ、同貯蔵庫内の第4貯蔵タンクで爆発が発生しました。その結果、0号ディーゼル燃料125トンおよび容量1000立方メートルのディーゼル燃料タンク1基が焼失し、多大な経済的損失が生じました。 ● 2006年4月4日、南京華晶化工有限公司の第1号トルエンタンクが球状落雷により爆発し、タンクの頂部が吹き飛ばされ、配管やスプレー設備などの付属機器も破壊された。幸いにも人的被害はなく、直接的な経済的損失は約7万元でした。この事故が発生した原因は、当該組織の安全への投資が不十分であり、管理に欠陥があったため、一定の事故の危険因子が存在していたからです。この施設では、雷保護や静電気防止のための設備の点検・メンテナンスが4ヶ月以上も行われていない（最後の点検は2005年5月）。タンク全体、特にタンクの上部や容器との溶接部分には深刻な錆が発生しており、タンク上部にある呼吸弁や透光孔などの部品と容器との間も、重度の錆のために接続が機能していない。そのため、放電が起こりやすく、火災を引き起こす危険性が高い；タンクにあった元の避雷用・静電気防止用の接地導線3本のうち、2本が錆で断線しており、瞬間的な大電流の放出に対応できない状態である。 石油化学企業が雷害対策を適切に行う方法 1 雷の発生原因と被害 1、雷とは本質的に、自然界における帯電した雲層による巨大な静電気放電現象である。雷電の発生は、主に空中の帯電した雲層が形成されることによるものであり、帯電した雲層が形成される原因は様々だが、最も主要な原因は、雲の水滴が空中に上昇して冷えて凍結することで電荷が生じるためである。このとき、空中の雲層の下部は負電荷を帯び、上部は正電荷を帯びる。正負の異なる電荷を帯びた雷雲が次々と蓄積されて衝突したり、大量の電荷を帯びた雷雲が大地に近づいたりすると、雲同士や雲と大地の間で放電が起こる。瞬間的な空中エネルギーの変換により、強烈な光と音が放たれるのが、私たちがよく見る雷です。巨大な雷電は、近傍の空気を瞬時に2万℃以上に加熱する。加熱された空気が急激に膨張し、爆発的な衝撃波が生じ、これが毎秒5メートルの速度で空中を伝播する。その結果、落雷範囲内にある生産装置や建物などが強烈な機械的振動と熱効果を受け、完全に破壊されてしまうのである。 2. 避雷装置が落雷を受けた際、雷電流によって非常に高い電位が生じることがある。もし避雷装置と建物内外の設備との間の絶縁距離が不十分である場合、「逆打ち」現象が発生する。雷電流が地面の雷撃点や接地体を通って周囲の土壌に流れ込むと、その周囲に電圧降下が生じる。接地体の近くに人がいると、雷電流によって生じるステップ電圧の危険にさらされます。雷電流が導線を通って接地装置に流れると、導線自体と接地装置の両方にインピーダンスがあるため、数万ボルト、場合によっては数十万ボルトにも達する高い電圧降下が生じます。このとき人が触れると、身体に深刻な損傷が及びます。これらの現象はすべて、一般的に障害を引き起こし、重篤な場合は即座に死亡に至ることもある。 2 雷の種類 雷の形によって、大まかに板状雷、線状雷、球状雷の3種類に分けられる。危害の観点からは、直撃雷、誘導雷（静電誘導と電磁誘導を含む）、球状雷に分けられる。発生のメカニズムによって、熱雷、界面雷、低気圧性雷に分けられる。片状雷は雲間で発生し、人間に与える影響はほとんどない；線状雷は比較的よく見られる雷の落雷現象です；球状雷電は特殊な雷の現象で、略して「球雷」と呼ばれ、紫色または赤色に光る球体で、直径は数ミリメートルから数十メートルに及び、存在時間は通常3〜5秒です。球雷は通常、地面を転がったり空中を浮遊したりして移動し、隙間から室内に入り込んで爆発する。 3 電撃抑制対策 電気防護装置は、雷撃を防ぐための最も重要な対策です。一般的な避雷装置には、避雷針、避雷網、避雷帯、避雷線、避雷器などがあります。避雷装置は主に受雷器、導下線、接地体の3つの部分で構成されています。主に、保護対象物よりも高い位置にあることを利用して雷を自らに導き、次に導線や接地装置を通じて雷電流を大地に放出することで、人命や建築物が雷撃による損傷を受けないように保護するものです。 1、避雷針：避雷針は実際の利用において、単一の避雷針、二本の同高避雷針、二本の不等高避雷針、三本の同高避雷針、四本以上の同高避雷針、斜面用避雷針など、多くの種類に分かれる。避雷針の保護範囲は、避雷針を軸心とする折れ線円錐体であり、その形状はテントに似ている。避雷針の一定の高さの下には、安全な領域があり、これが避雷針の保護範囲です。この領域内では、物体が雷に打たれることはほとんどありません。この安全な領域を避雷針の保護範囲と呼びます。単一の避雷針の保護半径は、一般的にその高さの1.5倍である。しかし、保護区域内にある建（構）築物であっても、雷撃を受けないということは絶対に保証できません。 2、避雷器：避雷器とは、雷による過電圧が配電設備やその他の電気機器を損傷するのを防ぐための保護装置です。バルブ式避雷器、管型避雷器がある。避雷器は保護対象機器の導入端に設置され、上端は回路に接続され、下端は接地される。通常、避雷器のギャップは絶縁状態を保ち、システムの運用に影響を与えません。雷が落ちた際に高圧の衝撃波が線路に沿って伝わってくると、避雷針の隙間が破壊されて接地し、それによって衝撃波を強制的に遮断する。この時、保護対象物に侵入し得る電圧は、雷電流が避雷器及びその引線、接地装置を通過することによって生じる「残圧」のみである。雷電流が流れた後、避雷器のギャップは再び絶縁状態に戻り、システムは依然として正常に動作する。 3. 離れ型避雷装置：イオン化避雷装置は、上部のイオン化装置、地下の地電流収集装置、および接続線で構成される。誘電避雷装置は、雷撃点を制御することによって雷撃事故を防ぐのではなく、雷雲の誘導作用を利用したり、誘電装置の周囲で放射性元素を用いて強い電場を形成し、空気中をイオン化させることで雷雲に向かうイオン流を生み出します。これにより雷雲が持つ電荷がゆっくりと中和・放出され、空間内の電場強度が空気の破壊強度を超えないようにし、落雷の条件をなくして雷撃の発生を抑制します。 4 石化製造装置およびタンクの雷保護対策 石化製造装置やタンクの多くは金属製の外殻を持っており、さらに精留塔など、生産上の要件を満たすために非常に大きなサイズになっている特殊な装置もあるため、雷撃を受けやすいのである。 1、石油化学製造プラントの雷保護 石油化学企業では、製造過程で大量の可燃性・爆発性物質を使用し、保管していることが多く、さらに製造エリア内には多くの高さのある化学プラントが立ち並んでいる。特にQ-1級、Q-2級の場所では、爆発性のある混合ガスが存在する可能性があり、雷に打たれるだけで燃焼や爆発が起こり得る。雷撃時に生じる強烈な熱効果や機械的効果は、化学製造プラントやタンクエリア内に保管されている可燃性・爆発性物質に甚大な破壊をもたらし、石油化学製造プラントに致命的な被害を与えます。極めて容易に、可燃性・爆発性物質の燃焼や爆発を引き起こす。 石油化学企業で使用される原材料や製品は、基本的にすべて可燃性のあるガス、液体、固体であり、製造現場のあらゆる機器や配管は接地されなければならない。 金属配管の入口・出口、および10～20メートルごとに、距離が0.5メートル未満の配管同士の平行または交差する箇所、さらに配管の各接続部には、導線を渡して適切に接地しなければならない。石油化学製造プラント内の金属屋根は、周囲に15メートル間隔で降下線を設けて接地線と接続しなければならない。鉄筋コンクリートの屋根の場合、施工時には鋼骨を一つの全体として溶接し、15メートルごとに誘導線を用いて接地線に接続しなければならない。逆流を防ぐために、避雷装置と建物の金属導体間の絶縁媒体のフラッシオーバ電圧を、逆流電圧よりも高くする必要がある。可燃性液体を輸送する配管が、互いに10センチメートル未満の距離で並行している場合、配管の全長にわたって20メートルごとに導線を用いて配管同士を接続しなければならない。化学プラントおよびその建物においては、使用する供給電線をすべてケーブルで地中に埋設して供給する。または、建物に入る50～100メートル手前で電線をケーブルに変え、地中に埋設して供給する。ケーブルと架空線の接続部にはバルブ型避雷器を設置し、避雷器、ケーブルの金属被覆、および絶縁子の鉄脚を一緒に接地する。接地抵抗は一般的に5～30オームである。 2、屋外タンクの雷保護 化学工場のガスタンクや可燃性液体を貯蔵するタンクは、そのほとんどが金属製であり、高さのあるタンクは雷雨の季節に雷撃を受けやすいため、独立した避雷針による保護が必要である。防火器を備えた地上式横型油タンクの壁厚および地上式固定屋根鋼製油タンクの屋根板厚が4ミリメートル以上の場合、避雷針を設置してはならない。アルミニウム製の屋根付きタンクおよび屋根板の厚さが4ミリメートル未満の鋼製タンクには、避雷針（網）を設置しなければならない。避雷針（網）は、油タンク全体を保護しなければならない。浮頂タンクまたは内浮頂タンクには避雷針を設置してはならないが、浮頂とタンク本体は2本の導線で電気的に接続しなければならない。具体的な避雷要件は、GB50074-2002石油貯蔵所設計規範を参照してください。 5人の防雷対策 雷電活動時、雷雲が直接人体に放電したり、地に対する電圧や二次的な逆打ち放電が生じたりすることで、人体に感電を引き起こす可能性があります。したがって、必要な安全要件に注意する必要があります。 （1）雷電活動時、業務上必要でない限り、できるだけ屋外や開けた場所に留まらないようにする；屋外や野外では、プラスチック製など水に浸からないレインコートを着るのが最善です；可能であれば、広い金属製の骨組みや雷保護設備を備えた建物、自動車、船内に入ることができる；建物や高い木々によって遮られた通りで避難する場合は、壁や木の幹から8メートル以上離れるように注意してください。 （2）雷雨時は、小高い山や丘、盛り上がった道からできるだけ離れ、海岸、湖畔、川辺、池のそばからもできるだけ離れるべきです。また、鉄線フェンス、金属製の洗濯ロープ、旗竿、煙突、高い塔、孤立した木の近くからもできるだけ離れ、さらに避雷対策が施されていない小さな建物やその他の施設からもできるだけ離れるべきです。 （3）雷雨時には、室内で雷の侵入波の危険に注意し、照明線、電力線、電話線、放送線、ラジオの電源線、ラジオやテレビのアンテナ、およびそれらに接続されている各種機器から離れるべきです。これは、これらの配線や機器による人体への二次放電を防ぐためです。調査資料によると、屋内における人体の二次放電事故の70％以上は1メートル以内の距離で発生しており、1.5メートル以上離れた場所では死亡事故はまだ確認されていない。これにより、雷嵐が発生した際には、雷撃の侵入波が届く可能性のある配線や機器から1.5メートル以上離れている方が良いことがわかる。雷雨時には、スイッチを切るだけでは雷撃を防ぐことはできないため注意が必要です。また、球状雷が室内に入って被害をもたらすのを防ぐために、ドアや窓を閉めることも忘れてはなりません。 （4）避雷装置が雷に打たれると、雷電流によって非常に高い電位が発生し、人命被害を引き起こす可能性がある。逆流を防ぐために、避雷装置と建物の金属導体との間の絶縁媒体ネットワークの電圧を逆流電圧よりも高くし、一定の危険区域を設定して人が近づかないようにしなければならない。 （5）雷電流が地面の雷撃点にある接地体を通って周囲の土壌に流れ込むと、その周辺に非常に高い電位が生じる。もし人がその接地体の近くに立っていると、雷電流によって生じるステップ電圧の危険にさらされることになる。 （6）雷電流が導下線を通って接地装置に流れると、導下線自体と接地装置の両方にインピーダンスがあるため、高い電圧降下が生じる。このとき人が触れると接触電圧の危険にさらされるため、注意が必要である。 （7）跨歩電圧による傷害を防ぐため、直撃雷対策用の接地装置は、建物や構築物の出入り口、および歩道から3メートル以上離れていなければならない。3メートル未満の場合は、接地体を部分的に深く埋める、アスファルト絶縁層で隔てる、地下均圧帯を敷設するなどの安全対策を講じるべきである。