汽車加油加氣站的雷電與電涌防護(hù)

1、汽車加油加氣站的雷電與電涌防護(hù)歐清禮二。四年十月摘要：本文通過對(duì)汽車加油加氣站所處的環(huán)境特點(diǎn)，近幾年加油加氣站雷擊事故統(tǒng)計(jì)分析，加油加氣站雷擊事故多為侵入雷與雷電反擊造成，提出了系統(tǒng)綜合的防雷方案。作者簡(jiǎn)介：原中國(guó)石化工程建筑公司電氣高級(jí)工程師，曾參加國(guó)標(biāo)“石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范”及“加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范”編制.主編供配電、防雷、防爆、防靜電等有關(guān)章節(jié)。關(guān)鍵詞：汽車加油站、汽車加氣站、爆炸危險(xiǎn)區(qū)、電磁封鎖、避雷帶（網(wǎng)）一、概述：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平的提高，汽車進(jìn)入平民百姓家，汽車運(yùn)輸迅猛發(fā)展，為之提供能源配套服務(wù)的設(shè)施一一汽車加油加氣站的建設(shè)，如雨后春筍般的急速增加。它對(duì)城市交通起著

2、很重要的作用.隨著汽車加油加氣站的白動(dòng)化水平的提高，如計(jì)算機(jī)計(jì)量、計(jì)價(jià)、油罐液位計(jì)量、白動(dòng)火災(zāi)報(bào)警等應(yīng)用越來越普遍，使近幾年加油加汽站的雷電事故逐年增加，影響機(jī)動(dòng)車加油加氣，削弱了加油加氣站作為城市能源樞紐的功能，也給不了解加油加氣站安全性能的人們，產(chǎn)生不安全感.因此，對(duì)汽車加油加氣站的雷電與電涌保護(hù)就顯得非常重要了.加油加氣站的環(huán)境特點(diǎn)：加油加氣站通常具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、地理位置：加油加氣站通常應(yīng)納入建設(shè)總體規(guī)劃，設(shè)置在交通便利的城區(qū)開闊地帶或郊區(qū)、道路干線、主干線、高速公路旁邊等地帶。2、實(shí)施條件：加油加氣站的建筑一般都有高大的罩棚，較低一些的營(yíng)業(yè)室、值班室等，一般占地面積不大，不便于多

3、級(jí)防雷的實(shí)施。加油加氣站的油罐都采用直接埋地式，不低于4m的通氣管都安裝有阻火器（兼有防爆性能）.3、電源系統(tǒng)：一般加油站都用220/380U外接電源，加氣站、加油加氣合建站都用610KV外接電源。并獨(dú)立設(shè)置電能計(jì)量裝置。電力線路一般都采用電纜直接埋地敷設(shè)，進(jìn)出建筑物及穿越行車道部分都應(yīng)穿鋼管保護(hù)。4、電子系統(tǒng)：加油加汽站的電子系統(tǒng)應(yīng)采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線，配線電纜金屬外皮兩端，保護(hù)管兩端均應(yīng)作屏蔽等電位接地。5、爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分：汽車加油加氣站的爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分詳見汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范GB50156-2002，附錄B。一般只有加油加氣機(jī)周圍，油罐內(nèi)部及通氣口周圍，閥井及油罐車卸

4、車場(chǎng)地有時(shí)可能存在爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，但一般是運(yùn)營(yíng)操作時(shí)存在，停止運(yùn)營(yíng)操作時(shí)消失。（卸車場(chǎng)地、加油場(chǎng)地、油罐進(jìn)油時(shí)通氣管周圍等）。從以上幾個(gè)特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，從防雷擊事故來看，汽車加油加氣站不象有些人說的在“高風(fēng)險(xiǎn)"環(huán)境下運(yùn)行，要采取強(qiáng)有力的防護(hù)措施.只要根據(jù)國(guó)標(biāo)汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范GB50156-2002設(shè)防，汽車加油加氣站可以安全平穩(wěn)的運(yùn)行。三、汽車加油加氣站的雷擊事故分析：為了防止加油加氣站的雷擊事故，找出發(fā)生雷擊事故的原因，采取安全、可靠、經(jīng)濟(jì)適用的措施防雷，就能達(dá)到少投入、多產(chǎn)出事半功倍的效果。1、全國(guó)加油加氣站雷擊事故統(tǒng)計(jì):統(tǒng)計(jì)年全國(guó)雷擊事故（次）全國(guó)加油加氣站雷擊事故（次

5、）全國(guó)加油加氣站事故率加油機(jī)雷擊壞事故（次）加油機(jī)雷擊損壞占加油站雷擊事故的事故率備注20011741220.0261986.320023386540。0644583。320033911790。0936582。3注：1）全國(guó)加油加氣站按85000座考慮。2）加油機(jī)雷擊事故主要是電腦加油機(jī)主控電路板擊壞，占全國(guó)加油加氣站事故的80%以上。3）在統(tǒng)計(jì)加油加氣站雷擊事故時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)一次由于雷擊事故造成加油加氣站（按國(guó)標(biāo)要求建造）爆炸火災(zāi)事故的案例.從上面全國(guó)加油加氣站雷擊事故統(tǒng)計(jì)情況看出，加油加氣站的雷擊事故，主要是雷擊使電子系統(tǒng)設(shè)備損壞事故.其中電腦加油機(jī)主控板的雷擊事故最多，占80%以上，其次是

6、報(bào)警系統(tǒng)，空調(diào)、電視機(jī)等，分析原因都是侵入雷與雷電反擊所為，因此汽車加油加氣站必須采取系統(tǒng)的綜合防雷措施，特別應(yīng)加強(qiáng)對(duì)侵入雷與雷電反擊的防護(hù)。四、汽車加油加氣站的雷電與電涌防護(hù)：汽車加油加氣站的防雷，必須采取系統(tǒng)的防護(hù)措施：即接閃、分流、接地、均壓、電磁封鎖、合理布線，安裝電涌保護(hù)器（SPD）等綜合措施，才能有效的防止雷電事故，確保汽車加油加氣站平穩(wěn)安全的運(yùn)行。加油加氣站的建筑物主要包括：埋地油罐、埋地液化氣罐、石油液化氣泵房、天燃?xì)鈮嚎s機(jī)房、站房（營(yíng)業(yè)室、值班室、罩棚），地上液化石油氣罐、儲(chǔ)氣瓶房等，爆炸危險(xiǎn)區(qū)I區(qū)的范圍較小，絕大部分是II區(qū)。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB5005萬94建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)

7、定為第二類防雷建筑物，它的系統(tǒng)防雷包括以下措施：1、接閃：根據(jù)汽車加油加氣站所處的氣象、地形、地貌、周圍環(huán)境等因素進(jìn)行綜合分析，當(dāng)該加油加氣站有可能遭受直接雷擊時(shí)（汽車加油加氣站位于高速公路、城市主干道、干道路旁的開闊地段、河流、沿湖、海邊等邊沿地段，建造在多雷地區(qū)（年雷暴日a40d/a）。應(yīng)在其屋面上裝設(shè)避雷帶（網(wǎng)）進(jìn)行接閃2、分流：加油加氣站在其屋面上安裝有避雷帶（網(wǎng)）接閃后，應(yīng)利用柱鋼筋或敷設(shè)扁鋼作引下線，為使雷電流分多路引導(dǎo)泄入大地，降低雷電在附近導(dǎo)體或電線、電纜上的感應(yīng)電勢(shì)或電流，應(yīng)盡可能多的布置引下線，均勻布置在加油加氣站四周，地下部分與接地網(wǎng)焊接。3、接地：加油加氣站的防雷接地、

8、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地、電子系統(tǒng)的接地（邏輯地、參考地），SPD接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻值不應(yīng)大于4Q。接地應(yīng)圍繞建筑物作環(huán)形閉合接地裝置，在每根引下線處，布置23根垂直接地極，垂直接地極長(zhǎng)2.5m，埋深0.7m以下，作用是降低沖擊接地電阻及固定環(huán)形閉合裝置，接地網(wǎng)應(yīng)在油罐卸車場(chǎng)地，加油機(jī)安裝處，配電盤進(jìn)線處，埋地油罐通氣管處等焊接出接地支線，為上述設(shè)備作接地用.4、電磁封鎖：加油加氣站的供電電源線路，應(yīng)采用鎧裝電纜埋地或?qū)Ь€穿鋼管埋地引入，電纜或配線鋼管長(zhǎng)度不應(yīng)小于2Vpm,（p為當(dāng)?shù)赝寥离娮杪剩?，且不?yīng)小于15m,電纜鎧裝及保護(hù)管兩端均應(yīng)可靠接地。加油加氣站的電

9、子系統(tǒng)也應(yīng)采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線，配線電纜金屬外皮兩端，保護(hù)管兩端均應(yīng)接地。5、均壓：加油加氣站圍繞建筑物作環(huán)形閉合接地裝置后，所有進(jìn)出環(huán)形接地裝置的金屬管道。電纜金屬外皮，導(dǎo)線保護(hù)管，均應(yīng)在與環(huán)形接地裝置交叉處相連。加油站內(nèi)的所有需接地的設(shè)備與構(gòu)件，如油罐、加油機(jī)、通氣管、配電盤、電子系統(tǒng)用配電盤、開關(guān)、燈具等都要與接地網(wǎng)相連接，為使相鄰的金屬導(dǎo)體及設(shè)備上的電勢(shì)（電壓）相等。防止雷電反擊火花及維護(hù)操作人員產(chǎn)生電擊，保護(hù)設(shè)備及人身安全。相鄰的金屬導(dǎo)體及設(shè)備應(yīng)用導(dǎo)電體跨接。6、合理布線：當(dāng)汽車加油加氣站的屋面上裝有避雷帶（網(wǎng)）接閃時(shí)，動(dòng)力配線與電子系統(tǒng)配線，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離避雷帶的引下線，最好兩

10、者相距2m以上，否則應(yīng)套鋼管加強(qiáng)屏蔽。7、安裝SPD在供電線路及電子系統(tǒng)傳輸線上，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生對(duì)其設(shè)備有破壞性的電涌波形.為對(duì)供電設(shè)備及電子系統(tǒng)設(shè)備實(shí)施保護(hù)，需在以下部位安裝電涌保護(hù)器SPD。供配電系統(tǒng)的電源端：根據(jù)規(guī)范要求，加油加氣站的220/380U電源宜采TN-C系統(tǒng)，在總配電箱后應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)，總配電箱電源進(jìn)線處PEN線作重復(fù)接地，總配電箱以后N線與PE線嚴(yán)格分開。其SPD接線如圖1。Fi12圖電源為T4C系統(tǒng)時(shí)，總配電箱處的接線圖注:1、上級(jí)電源柜的Fi為本回路保護(hù)電器（熔絲或斷路器）2、加油加氣站配電柜中的F2保護(hù)電器是保護(hù)SPD電涌保護(hù)器。3、Ra為接地網(wǎng)接地電阻。4、當(dāng)電源采

11、用TN-S系統(tǒng)時(shí)，配電柜前N線不作重復(fù)接地,必須在N與PE線之間加裝一個(gè)SPD（電涌保護(hù)器）。SPD選型要求：A、最大沖擊放電電流（limp）：應(yīng)根據(jù)建筑物的防雷類別（加油加氣站屬第二類防雷建筑物），再根據(jù)進(jìn)出建筑物的導(dǎo)電物（金屬管線、電力線、通信線）進(jìn)行分流。每一導(dǎo)電物電流為ii=Is/2/n（KA）,（n為導(dǎo)電物路數(shù)），供電電纜每一芯線電流為ir=ii/m（KA）（m為電纜芯線數(shù)）。當(dāng)計(jì)算不可靠或有困難時(shí)，按Iimp>12.5KA選取.5、電流波形確定：加油加氣站的電源進(jìn)線，大都采用鎧裝電纜進(jìn)線，與架空線T接端的電纜頭應(yīng)裝避雷保護(hù)，電纜鎧裝外與避雷器接地端并聯(lián)再接地，加油加氣站的配電

12、端電纜頭再接地。因此電纜可以起到屏蔽與分流作用，此種情況可能使外進(jìn)來的電流小于A項(xiàng)計(jì)算值，但仍應(yīng)按外來分流考慮，即按A項(xiàng)。少數(shù)加油加氣站的電源線采用架空進(jìn)線（不符合規(guī)范），架空線可能遭受直擊雷或附近遭雷擊，此種情況的SPD（配電柜側(cè)），也應(yīng)采用10/350vs試驗(yàn)波.C、最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc的確定：最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc,要求SPD在此電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行不會(huì)損壞，而最大持續(xù)運(yùn)行電壓Uc,要是雷擊產(chǎn)生的過電壓，此電壓一般都是瞬態(tài)過電壓，其電壓幅值可以很高，但持續(xù)時(shí)間很短Ss、ms）。通過SPD的能量有限，一般不會(huì)使SPD損壞，但電網(wǎng)運(yùn)行等因素產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，其幅值比雷電過電壓低，但持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)，通過

13、限壓型（MOV）SPD時(shí)能量會(huì)較大，輕則加速SPD老化，重則使SPD過熱而損壞或短路爆炸。對(duì)開關(guān)型SPD雖然沒有老化問題，但動(dòng)作后有續(xù)流，當(dāng)電網(wǎng)的暫態(tài)過電壓幅值較高時(shí)，動(dòng)作后的續(xù)流大而不能白行熄滅，也會(huì)使SPD爆炸，所以選擇Uc要結(jié)合電網(wǎng)接地系統(tǒng)確定，對(duì)加油加氣站而言，根據(jù)規(guī)范規(guī)定采用的是TN-CS系統(tǒng)，此時(shí)選取UcAl。15U0，當(dāng)接于L與PE或PEN之間或L與N之間的SPD,按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通過做了低壓對(duì)地短路即1。45U。時(shí)間5S的暫態(tài)過電壓試驗(yàn)時(shí)就可以了（Uo為供電系統(tǒng)相電壓）。D、SPD的保護(hù)水平Up值的確定：供電系統(tǒng)安裝SPD的目的是保護(hù)電氣設(shè)備.如圖（2）UpUpiNPE"U

14、p2oSPD圖(2)SPD與被保護(hù)設(shè)備的關(guān)系當(dāng)SPD動(dòng)作時(shí)，雷電流流過SPD,SPD將過電壓降到Up值，而設(shè)備所承受的電壓是Up+Upi+Up2=U，由此可見，被保護(hù)設(shè)備所承受的電壓是SPD的保護(hù)水平加上兩端的引線電壓降.因此要求兩端引線越短越好，其總長(zhǎng)度不超過0.5m為佳.當(dāng)滿足以下條件時(shí)，可僅在電源進(jìn)戶處安裝一套SPD:1) 電源進(jìn)線處安裝的SPD其保護(hù)水平UpM2。5Kv。2) 需保護(hù)設(shè)備距電源處SPD距離不小于10m,且SPD的保護(hù)水平Up加上兩端引線的感應(yīng)電壓，對(duì)限壓型SPD要求(Up+AUp1+Up2)<0。8Uw。對(duì)開關(guān)型SPD要求UpUp1+AUp2)大者<0.8U

15、w。對(duì)限壓開關(guān)混和型SPD要求(Up+AUp1+Up2)<0O8Uw.(Uw被保護(hù)設(shè)備耐壓水平)若在進(jìn)線處安裝的一套SPD達(dá)不到所要求的保護(hù)水平時(shí)，應(yīng)在同一處增設(shè)附加配合協(xié)調(diào)好的SPD,以確保達(dá)到所要求的電壓保護(hù)水平。220/380V絕緣配合如下表:設(shè)備位置電源處配電線分支線路用電設(shè)備特殊需要耐沖擊電壓類別W類m類類I類耐沖擊電壓額定值(KV)642。51.5汽車加油加氣站防雷接地平面圖見圖3:UPS«通訊I1kII*|II1. 罩棚2.加油機(jī)3.立柱4埋地油罐5。供配電柜6.給加油機(jī)配線7。油罐通氣管8.卸車靜電接地卡9.環(huán)形閉合接地網(wǎng)10。避雷帶(網(wǎng))11.UPS柜12。計(jì)

16、算系統(tǒng)配電柜圖(3)注:1、本圖為典型4臺(tái)加油機(jī)，4個(gè)埋地罐的平面圖.2、加油站屋面加裝避雷帶網(wǎng)防直擊雷，此加油站要建在周圍有高大的建筑物保護(hù)或在雷暴日v30d/a的地區(qū)，加油站可以用避雷帶（網(wǎng)）防直擊雷。例：上圖SPDi的上安與選擇戶外架空線SPDi:氧化鋅避雷器（戶外型）SPD2：powersetbc/3+1（混合型SPD）SPD3:PT2PE/S230AC圖（4）根據(jù)國(guó)標(biāo)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB5005794（2000版）第2.2。3條的規(guī)定：加油加氣站屬第二類防雷建筑物，按其附表6。1和6.2,雷電流幅值分別為150kA和平共處37。5kA，波頭時(shí)間分別為10s和0.25vs按圖3有3回

17、導(dǎo)體，每回導(dǎo)體電流為:iii=150kA/2/3=25kAii2=37.5kA/2/3=6.25kA電源電纜電流為：因有電纜段屏蔽:ii1=25kAX0。3=7.5kA對(duì)I級(jí)分類試驗(yàn)的SPD2每一芯線電流為：Ipek>7。5/3=2.5kA（10/350頭s）就可以了。但電壓保護(hù)水平必須小于UPS設(shè)備的耐壓值（1.5kV）,可采用德國(guó)PHOENIX生產(chǎn)的具有AEC主動(dòng)能量點(diǎn)火技術(shù)的混合型防雷器：POWERSETBC/3+1，其保護(hù)水平小于等于900V,通流量50KA。目前在許多行業(yè)都得到了廣泛的使用！SPD3:PHOENIXPT2PE/S230ACImax>10kAUc=260VACUn=440VAC五、結(jié)束語：汽車加油加氣站環(huán)境不應(yīng)視為雷電高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)，依據(jù)GB50057-94（2000版）建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)該按二類防雷建筑物考慮.其油罐采用直埋地下式，