加油站系統(tǒng)防雷設(shè)計

1、加油站系統(tǒng)防雷設(shè)計隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展， 城市的綜合災害防御規(guī)劃與城市的建設(shè)規(guī)劃共同進行已成為 各地政府規(guī)劃城市建設(shè)的主要內(nèi)容之一。 伴隨地方經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高， 各地 的機動車輛也在迅速增加， 城市機動車公共加油站這一為之提供能源的配套服務設(shè)施也在的 速度的增加。 加油站在城市交通建設(shè)中起著重要的作用， 也是城市災害救助中的重要能源基 地，但是近年來加油站的雷電災害事故頻繁發(fā)生， 直接威脅到加油站周圍人群和建筑物的安 全，削弱了加油站作為城市能源樞紐的功能，因此對加油站的雷電綜合防護是非常重要的。1加油站的環(huán)境特點加油站通常具有以下幾個特點：1）地理位置：加油站通常設(shè)在城區(qū)開闊

2、地帶或郊區(qū)、山區(qū)、鄉(xiāng)村、高速公路等道路邊的開闊地帶；2）實施條件：無論在城區(qū)還是鄉(xiāng)村，這些加油站建筑往往都不具備符合要求的防雷實施（包括外部防雷、內(nèi)部防雷和地網(wǎng)等等） 。此外，加油站營業(yè)建筑的面積一般都很小， 不便于多級防雷方案的實施；3）電源系統(tǒng)：一般加油站的380V交流供電線路是架空明線接入至站區(qū)附近再地埋引入建筑的，部分加油站是由10KV電力線架空接入，經(jīng)變壓器后再地埋引入建筑的。在鄉(xiāng) 村和山區(qū)有時根本沒有地埋措施，因此非常容易感應雷電電磁脈沖；4）通信網(wǎng)絡系統(tǒng)：弓I入加油站的ISDN等通信線路通常也是由戶外架空明線引入的,并且通常未安裝專用電涌保護器（SPD做雷電防護措施。從以上幾個特

3、點不難發(fā)現(xiàn)，從雷電防護角度來看，加油站一般都運行于“高風險”環(huán)境下，即對于雷害風險的“暴露程度”很高，因此需要采取強有力的防護措施。根據(jù)、 GBGB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范、GB15599-95石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范等國家標準及IEC61312雷電電磁脈沖的防護標準，其電源線路至少應采取兩級雷電防護， 信號線路至少應采取一級雷電防護才能達到雷電防護的 要求。但目前的情況是，大多數(shù)加油站都沒有進行電源線路和信號線路的雷電過電壓防護。鑒于加油站的上述特點和要求，一般認為對于中等以上雷暴強度地區(qū)（年均雷暴日40天以上），應選用最大標稱放電電流大于15K

4、A（ 10/350卩S）的電涌保護器作為電源系統(tǒng)的第一級雷電防護，其保護水平應小于 2000V,同時滿足這兩個方面的要求才能保證加油站設(shè)備用電電源的可靠運行。通信信號線路由于多是由外部進線，因此同樣會受到雷擊的威脅， 因此也需要采用專用通信信號系列電涌保護器進行雷電防護。下圖為加油站系統(tǒng)圖：2加油站防雷等級的確認依據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范建筑物年預計雷擊次數(shù)按下式計算：N =kNgAe Ng = 式中 N建筑物預計雷擊次數(shù)（次/a）；k 雷擊次數(shù)校正系數(shù)；在此類型情況下取 2；Ng建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度次/（ km2?a ；Ae與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（k

5、m2;Td 該地區(qū)的年平均雷電日數(shù) 在下列情況下 k 取相應數(shù)值：a.位于曠野孤立的建筑物取2； b.金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取;C.位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取;根據(jù)以上年預計雷擊次數(shù)參數(shù)， 對于中等以上雷暴強度地區(qū) （年均雷暴日 40天以上）地區(qū)位于公路旁邊四級以下的面積 3000平方米左右，建筑高度小于 15米的常規(guī)加油站的預計雷擊次數(shù)為： N = kNgAe次/a具有 1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者”。因此應定為二類防雷建筑物，其防爆防火等級應定為la（

6、ia） n ATS3.加油站直擊雷防護設(shè)計1）站區(qū)的防雷設(shè)計依據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范，由于汽車加油站的建筑物的防雷類別為二類，所以用滾球設(shè)計接閃器時滾球半徑 R=45m由于加油站的建筑物包括加油棚、宿舍樓及其它附屬建筑物，這些建筑物在設(shè)計和施工時，利用其框架結(jié)構(gòu)的樁作為垂直接地體，利 用地梁與承臺作為水平接地體， 利用樁內(nèi)兩條對角主筋作為引下線， 利用天面板筋作為接閃網(wǎng)格（通常為10nrK 10m或8mx 12m，因此只需要沿天面四邊設(shè)避雷帶，在四角設(shè)避雷50cm短針進行防護即可。如加油站為尖頂型結(jié)構(gòu)，需要在尖頂部位安裝避雷針，常規(guī)設(shè)計為高度 為100c m避雷針。2 ）油罐

7、區(qū)的防雷設(shè)計依據(jù)GB50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范第章、防雷的要求：金屬油罐必須作環(huán)形接地，其接地點不應少于兩處，其間弧形距離不宜30m接地體距罐壁應不小于3m鋼油罐頂板厚度V 4mm時，應裝防直擊雷設(shè)施，當頂板厚度4mm可不裝防直擊雷設(shè)施。但對于位于多雷區(qū)（年平均雷暴日數(shù)多于 40天）的油罐和鋁頂油罐，應安裝獨立避雷針做防直擊雷設(shè)施。獨立避雷針與被保護油罐的水平距離不應小于 3m保護范圍應高于呼吸閥2m以上。依據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第三章、建筑物防雷設(shè)施和GB50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范第章、防雷的要求：油罐區(qū)的防雷類別應設(shè)定為一類，用滾球法計算常 規(guī)油罐區(qū)的保護

8、范圍，當滾球半徑 R=30n時，兩支對角線分布的等高避雷針的高度一般為,其導流面積應大于 100mm2，根據(jù)安裝需要可進行焊接或螺栓緊固在避雷針鐵塔頂部。3）引下線的設(shè)計站區(qū)的避雷針和避雷帶可用建筑物內(nèi)的鋼筋作引下線， 將屋面避雷帶按標準要求分別接在四個角上， 將避雷帶與建筑混凝土內(nèi)的鋼筋相連。 油罐區(qū)的避雷針可用鐵塔作引下線， 因鐵塔已良好接地， 所以只需在安裝避雷針時保證避雷針與鐵塔有良好的電氣連接， 并做防 腐處理即可。4）地網(wǎng)的設(shè)計加油站的地網(wǎng)分為直擊雷保護接地（其接地電阻要求W 10Q）、防靜電接地（其接地電阻要求w 10Q）、電源工作接地（其接地電阻要求W 10Q）、信號線路直流工

9、作接地（其接地電阻要求W 4Q）四個部分。依據(jù)GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第三章、建筑物防雷設(shè)施和 GB50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范第章、防雷的要求：加油站的接地應采用統(tǒng)一接地的接地形式，并在各 處做等電位連接，既油罐的罐體及罐的金屬構(gòu)件以及呼吸閥、量油孔等金屬附件，電力電纜 外皮和瓷瓶鐵腳， 裝于鋼油罐上的信息系統(tǒng)的配線電纜外皮， 加油機地腳螺釘?shù)染鶓c接地 系統(tǒng)做可靠的電氣連接，其統(tǒng)一接地電阻要求W 4Qo考慮到地網(wǎng)使用的長期性和耐腐蝕性，建議使用非金屬接地模塊制作地網(wǎng)。地網(wǎng)布置依據(jù)地形進行設(shè)計。水平接地體使用 40X 4mm 鍍鋅扁鋼，埋深米；垂直接地體使用L50X 50

10、X 5X 2000mm鍍鋅角鋼；垂直接地體間使用非金屬接地模塊。地網(wǎng)引出地網(wǎng)測試極到地面上，以便以后檢測地網(wǎng)情況。鐵塔的應通過四個腳與地網(wǎng)相連，機房和變電房的基礎(chǔ) 內(nèi)的鋼筋應在四角處與地網(wǎng)相連。4電源配電系統(tǒng)雷電防護設(shè)計1）外來導體的布置外來導體包括：金屬水管、通訊電纜線及電力電纜鎧裝外皮或電纜金屬管等。所有的水 管和電纜應埋地進入機房， 水管和電纜鎧裝外皮和保護金屬管應在進入機房時接地， 電纜應 選用鎧裝電纜或穿金屬管埋地進入機房電纜相線和中線應通過電涌保護器接地。2）電源系統(tǒng)電涌保護器的布置和選擇：A.電涌保護器的布置原理在LPZ0和LPZ1區(qū)交界：U2 =U1-I2R2可以看出：U2這樣

11、就可以通過多級鉗位使殘壓逐步降低，以有效地抑制外來雷電波入侵和雷電電磁脈沖的危害。a）通過電涌保護器的雷電流逐級減少，還為安裝電涌保護器提供了方便如（圖3）所示，我們在安裝電涌保護器時總會使用導線進行連接， 而導線電感在雷電波的頻率下不能 忽略，于是有：Uc=UL1+Us+UL2 Uc=Is(ZL1+ZL2)+Us這樣的殘壓將會附加上一個額外的 Is（ZL1+ZL2） ，如果只有一級電涌保護器， 雷電流的大部將從這一級電涌保護器泄放入地則Is非常大，這樣要保證U額外ls（ZL1+ZL2）,否則則ZL1+ZL2要非常地小,也即導線要非常短,在安裝時往往很難做至,安裝條件就會非?？?刻。多級布置使

12、這個部題得至解決。b） SPD必須盡量靠近設(shè)備，這是因為 GB 50057-94 （2000版）和IEC 61312表明電涌保護器距被保護設(shè)備的距離過大會由于雷電波的反射效應而在被保護設(shè)備上引起高頻振蕩，使得設(shè)備上的電壓超過電涌保護器上的殘壓而損壞設(shè)備。這個距離應小于10米。B電涌保護器的選擇 a）動作電壓的選擇變壓器低壓側(cè)的電涌保護器其三相電壓為動作電壓； U0 = 400V b）電涌保護器的通信容量選擇首級電涌保護器標稱放電電流的選擇GB 50057-94 （ 2000版） 和 IEC 61312指出：二類保護 要 求, 應按總雷電流150KA（10X 350 S波）來考慮電涌保護器選擇，

13、按照其建議的雷電流分配方式其中50%!卩75KA是通過接地系統(tǒng)（水管、鎧裝電纜外皮或?qū)Ь€的我屬保護管等）直接入地；另外50%通過安裝在相線和中線上的電涌保護器入地。依據(jù)以上標準考慮到 50%雷電流分配到電源系統(tǒng)的最惡劣環(huán)境，按照GB 50057-942000版）標準表提供的雷電流參數(shù)電涌保護器每相上的雷電流約為：當線路無屏蔽時，limP =150 KA X 50%十4 =當線路有屏蔽時，IimP =150 KA X 50%< 30%十4 =次級電涌保護器標稱放電電流的選擇SPD。且該SPD的電壓保護卩s SPD所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓以及反射波效應不足以保護距其較遠處

14、的被保護設(shè)備的情況下，尚應在被保護設(shè)備處裝設(shè) 水平加上其兩端引線的感應電壓小于被保護設(shè)備耐壓水平的 80%。根據(jù)被保護設(shè)備的特性如高電阻型、電容型）或開路時，反射波效應最大可將侵入的電涌電壓加倍。對于本系統(tǒng)采用的非屏蔽電纜線路，次級電涌保護器的每相標稱放電電流應大于20KA（ 8/20卩S）。精密設(shè)備保護需選用防雷插座，其體積小，可以與設(shè)備靠得很近。帶潛油泵、液位儀加油站布線圖3）加油站電源系統(tǒng)設(shè)計方案根據(jù)IEC 61312雷電電磁脈沖的防護、GB50057-94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范、GB50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范及 GB 50058-92爆炸和火災危險環(huán)境電力設(shè)計規(guī)范中防雷及過電壓規(guī)范

15、有關(guān)防雷分區(qū)的劃分和各級電源系統(tǒng)雷電及過電壓保護要求， 針對汽車加油 站配電系統(tǒng)的特點， 可將其分為三個防雷區(qū)分別加以考慮。 由于如前所述單級防雷可能會帶 來因雷電流過大而導致的泄流后殘壓過大或者保護能力不足引起的設(shè)備損壞。 因此選用電源 系統(tǒng)多級保護，可防范從直擊雷到操作浪涌的各級過電壓的侵襲。A.電源一級防雷LPZOA-LPZ區(qū):X 50%十綜上所述,應在380V低壓總配電箱安裝標稱通流容量25KA的10/350 ys波形的開關(guān)型模塊式電源電涌保護器 , 用于整個加油站所有用電設(shè)備的第一級電源防護。筆者推薦使用 采用多層石墨間隙技術(shù)和特殊的涂料工藝的 10/350us 波形的開關(guān)型模塊式電

16、源電涌保護 器，此類SPD較火花間隙型SPD的優(yōu)點在于：1）它的雷電能量瀉放能力較強；2）它的脈沖響 應時間較火花間隙型SPD短；3）它的脈沖點火電壓較火花間隙型 SPD氐,保護水平小于2000V,而火花間隙型SPD的保護水平等級通常為4000V; 4）多層石墨間隙型SPD無工頻續(xù)流，避免了火花間隙型SPD的續(xù)流和滅弧問題，工作狀態(tài)更穩(wěn)定。B.電源二級防雷LPZ1-LPZ2區(qū):us波形，通流容量20KA建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第六章對于配電盤、斷路器、固定安裝的電機等第m類耐沖擊過壓，其耐壓為 4KV為防止浪涌保護器遭受雷擊后損壞后,電源對地短路，需要在浪涌保護器前安裝空氣開關(guān)作為短路保護裝置?？稍?/p>

17、潛油泵控制線、潛油泵加油機、稅控加油機或一般加油機電源配電箱和營業(yè)大廳電源配電箱內(nèi)分別安裝具有防火功能的 8/20 us波形通流容量20KA的電源防雷箱，電源線選用耐油性能良好的帶塑料護套的 RVV型 4 X絕緣線引入。C電源三級防雷LPZ2-LPZ3區(qū):根據(jù) IEC 61312-3雷電電磁脈沖的防護 第三部分:浪涌保護器的要求，在 LPZ2-LPZ3區(qū)內(nèi)，浪涌保護器可將浪涌電壓限制到一千多伏，防雷器通流容量為（8/20卩S）: > 10KA可在營業(yè)大廳計算機管理設(shè)備、UPS電源、票據(jù)打印設(shè)備、加油機數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及其它精密 設(shè)備的電源開關(guān)處使用插座式電源防雷器。5信號系統(tǒng)保護方案在雷擊發(fā)生時，產(chǎn)生巨大瞬變電磁場，在 1KM范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡、信號及通訊金屬連線等都會感應到雷擊， 將會影響網(wǎng)絡、信號及通訊系統(tǒng)的正常運行甚至徹底破壞系統(tǒng)。對于網(wǎng)絡、信號及通訊方面的防雷工作是較易被忽視的，往往是當系統(tǒng)受到巨大破壞、資料 損失慘重時才想到應該做預先的防范。 本