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    在现代沼气厂中，厩液、畜粪、草、麦秆、生物废弃物、糖渣、酒渣、啤酒生产残渣、剩菜以及脂肪等生物可降解的有机原料都是在密闭的容器（发酵桶、发酵罐）中发酵。在这种没有氧气的环境中，细菌产生可发酵的、有机物构成的沼气。这种沼气用来产生热和电。

    图1是典型的沼气厂的系统布局，它通常由浆槽(集水池)、卫生系统、一个或多个可加热的发酵桶、储料罐组成，可能还包括再发酵桶、储气器以及气体调节器。有机原料(如谷物)储藏在图1所示的储液器(储液罐)中。带有热交换器的气动马达和连接的发电机构成热电联产机组，(CHP)。根据沼气的能量成分，CHP约以30％的效率产生电流，约以60％的效率产生热。热的一部分用于发酵桶，而剩余的部分可用于给居民楼房和农用建筑物供暖。

 

图1沼气厂的系统布局

 

防雷系统的必要性    

在德国农用沼气厂安全条例BGR 104章节E2中指出：为避免产生点火源，必须采取“在具有爆炸危险大气环境中，避免点燃危险的措施”。

    在防雷标准IEC 62305—3“附录D”中给出了“具有爆炸危险建筑物的防雷保护系统的进一步信息”，它要求对此类系统采用Ⅱ级防雷保护等级。

    在特殊情况下，需要根据IEC 62305—2检查是否需要采取额外的措施。通过IEC 62305—2中规定的计算方法，可以进行风险分析，由此确定直接或间接雷击给该区域内的建筑物以及人员、设备造成损坏的风险值。如果损坏风险高于容许风险，则有必要通过防雷措施，最大限度降低雷击引起的损坏风险，使其不再超过容许风险。

在DIN EN 62305—3 (VDE 0185—305-3)附录2中给出了关于特殊建筑物的补充信息，并更确切地规定了沼气厂的防雷要求。这样，如果不能排除接头和连接点处的火花点燃的风险，则沼气厂的设备应由隔离的接闪系统和引下线系统来进行保护。

 

外部雷电保护

    发酵桶是每个沼气厂的核心。市场上的各种发酵桶和发酵系统，其设计构造有所不同。要求的防雷系统务必根据沼气厂的结构条件进行调整。一个相同的保护目标可以有不同的解决方案。正如前文所述，Ⅱ级保护等级的防雷系统可以满足具有爆炸危险设备的一般要求，因此也满足沼气厂设备的一般要求。

    防雷系统由外部防雷和内部防雷组成。外部防雷的功能是拦截所有的雷击，包括建筑物的侧面雷击，将雷电流从雷击点处引导并分散入地，使被保护的建筑设施不会由于热效应、机械效应、或者电效应而发生损坏。

 

带有薄膜穹顶的发酵桶

沼气厂常常使用带有薄膜穹顶的发酵桶，它可能遭到雷击损坏。雷击点处的熔化和飞溅效应会导致火灾和爆炸的风险。设计防雷措施时，必须确保发酵桶的薄膜穹顶（图2）上不会出现直接雷击。

 

图2带有薄膜穹顶的发酵桶

    

在农用沼气厂的安全条例中，爆炸危险分区2区的范围被确定为：在发酵桶薄膜穹顶周围的3m的区域内。在2分区中，爆炸性气体环境是极少出现的，并且只是暂时的。这意味着，在2分区中，爆炸性环境只在极少数、无法预料的工作条件(在发生故障和进行维修／维护工作的情况下)下才可能发生。因此，根据IEC 62305—3(德国：DIN EN 62305—3)，可在2分区中放置接闪装置。

    滚球半径法用于确定接闪装置的高度和数量。滚球的下垂度对于接闪系统的尺寸具有决定性作用，该尺寸可以根据IEC 62305—3来确定。具有爆炸危险设备所对相应于Ⅱ级保护等级，其滚球半径为30m(图2)。

    根据气体量，发酵桶储气器中的内隔膜会更紧或更松地压在发酵桶的金属内壁上。必须安装一个隔离的引下线系统，以避免从引下线到发酵桶的金属壁发生不受控制的闪络。通过由GRP(玻璃纤维增强塑料)制成的距离保持器，引下线被隔离引导，确保发酵桶的导电部分实现防雷系统的电气绝缘。距离保持器的长度是根据IEC 62305-3确定的隔离距离。

    避免发酵桶的薄膜穹顶遭到直接雷击危害的另一种可能的办法是使用钢制防雷伸缩杆。这些桅杆安装在天然土壤或水泥基础中。如果使用客户定制的桅杆，可以达到地面上21m或更高的自由高度。提供的钢制防雷伸缩杆每节的标准长度是3.5m，这给运输带来极大便利。

   

发/用电系统

通过气体发电机或喷射引擎，沼气被生成电流和热。在这里，引擎称为热电联产机组（CHP）。这些CHP安装在单独的操作间中，开关柜和控制柜在同一房间或单独房间内。CHP产生的电流被馈入供电系统。

防雷系统的关键部分是等电位连接，所有的金属系统都应低电阻连接至等电位连接中，并且所有带电工作的系统都应通过“1级”防雷保护器间接连接。防雷保护—等电位连接应尽可能靠近建筑物的入口，  以防止部分雷电流侵入建筑物。因此，在低压主配电系统的用电侧，从外部引入的230／400V的交流电缆应由“1级”防雷保护器SPD保护。通过获得专利的RAD Flow技术，将设备短路电流从高达50kArms锐减至约500A，并大约在5ms后被遮断。因此，在系统采用低值熔丝的情况下，也可以选择性地断开防雷保护器。这样便可以避免主熔丝跳闸引起的供电中断。在后续的分流电路中可安装“2级”防雷保护器。

 

远程监控

    通过远程监控系统，可以随时获得沼气厂的性能数据。设备特有的测量数据可以直接在数据收集单元上读取。数据收集单元具有RS232豌RS485接口，可用于连接PC和／或调制解调器以便进行远程查询和维护。调制解调器连接到ISDN基本接入的网络终端装置(NTBA)。经由电信网络通过ISDN调制解调器转发测量数据的功能也必须提供，以便持续控制和优化设备的性能。为了这个目的，在NTBA的前端，连接ISDN调制解调器的Uko接口，使用电涌保护适配器NTPRO来进行保护。此适配还可确保为NTBA的230V电源提供额外的保护。

 

过程控制

    沼气厂的核心部分之一是过程控制。所有的泵和搅拌器都应集中控制，应获取的数据包括：气体田量和气体质量等过程数据，温度监控数据和所有的加入材料的数据。所有的数据都可显示并记录在案。

    在沼气产生过程中，如果过程控制因电涌而发生故障，将会引起过程扰动，甚至中断。这个过程非常复杂，并可能引起计划外的停工，还会增加预料之外的困难，致使停顿时间长达几周以上。

    控制单元安装在控制柜中。除数字输入和输出之外，还会有T1000信号、20mA信号。为确保无扰动、连续地将测量数据传输到控制柜中的控制单元中，进出建筑物的控制线和信号线(例如：来自变频器和伺服驱动的导线)必须尽可能地在靠近建筑物入口处安装防雷电流保护器。