加油站系統(tǒng)防雷設(shè)計資料

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(zāi)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(wù)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(zāi)害救助中的重要能源基地，但是近年來加油站的雷電災(zāi)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)開闊地帶或郊區(qū)、山區(qū)、

2、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(yīng)雷電電磁脈沖；4）通信網(wǎng)絡(luò)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。從以上幾個特點不難發(fā)現(xiàn)，從

3、雷電防護角度來看，加油站一般都運行于“高風(fēng)險”環(huán)境下，即對于雷害風(fēng)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) GB50057-94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、 GB 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(yīng)采取兩級雷電防護，信號線路至少應(yīng)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(yīng)選用最大標稱放電電流大于15KA（

4、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(yīng)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) GB 50057-94 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)按下式計算： N = kNgAe ; Ng = 0.024Td 1.3式中 N 建筑物預(yù)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

5、筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）;Td 該地區(qū)的年平均雷電日數(shù)在下列情況下 k取相應(yīng)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1.7 ;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(fēng)口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5 ；根據(jù)以上年預(yù)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依據(jù)以上計算，參照GB 50057-94 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第條的要求，其屬于標準規(guī)定的“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

6、成巨大破壞和人身傷亡者”。因此應(yīng)定為二類防雷建筑物，其防爆防火等級應(yīng)定為 la （ia ） n AT3 3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X10m 10m或 8mX 12n）,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

7、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 ）油罐區(qū)的防雷設(shè)計依據(jù) GB50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范第14.2 章、防雷的要求：金屬油罐必須作環(huán)形接地，其接地點不應(yīng)少于兩處，其間弧形距離不宜30m接地體距罐壁應(yīng)不小于 3m鋼油罐頂板厚度v 4mm時，應(yīng)裝防直擊雷設(shè)施，當(dāng)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(yīng)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(yīng)小于3m,保護范圍應(yīng)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

8、防雷設(shè)施和GB50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范第14.2 章、防雷的要求：油罐區(qū)的防雷類別應(yīng)設(shè)定為一類，用滾球法計算常規(guī)油罐區(qū)的保護范圍，當(dāng)滾球半徑 R=30m時，兩支對角線分布的等高避雷針的高度一般為9.5m，其導(dǎo)流面積應(yīng)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

9、（其接地電阻要求w10Q）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 直流工作接地（其接地電阻要求w 4Q）四個部分。依據(jù) GB 50057-94 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14.2 章、防雷的要求：加油站的接地應(yīng)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?yīng)與接地系統(tǒng)做可靠的電氣連接，其統(tǒng) 一接地電阻要求 w 4Q0考慮到地網(wǎng)使用的長期性和耐腐蝕性，

10、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40 X 4mm鍍鋅扁鋼，埋深0.6 米； 垂直接地體使用 L50X 50X 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(yīng)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(yīng)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(dǎo)體的布置外來導(dǎo)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(yīng)埋地進入機房，水管和電纜鎧裝外皮和保護金屬管應(yīng)在進入機房時接地，電纜應(yīng)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(yīng)通過電涌保護

11、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 LPZ（和 LPZ1區(qū)交界： U2 =U1-I2R2 可以看出： U2這樣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(dǎo)線進行連接，而導(dǎo)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

12、樣要保證U 額外 ls（ ZL1+ZL2）, 否則則 ZL1+ZL2要非常地小 ，也即導(dǎo)線要非常短 ，在安裝時往 往很難做至 , 安裝條件就會非?？量獭６嗉壊贾檬惯@個部題得至解決。b） SPD必須盡量靠近設(shè)備，這是因為 GB50057-94（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(yīng)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(yīng)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 = 400Vb）電涌保護器的通信容量選擇首級電涌保護器標稱放電電

13、流的選擇GB 50057-94（2000 版）和 IEC 61312 指出：二類保護要求,應(yīng)按總雷電流XS波）來考慮電涌保護器選擇，按照其建議的雷電流分配方式其中150KA（10 35050%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GB50057-94（2000 版）標準表 6.1提供的雷電流參數(shù)電涌保護器每相上的雷電流約為：當(dāng)線路無屏蔽時， limp =150 KAX 50%十 4 =18.75KA當(dāng)線路有屏蔽時， limp =150 K

14、AX 50%< 30%十 4 =5.625KA對于本系統(tǒng)電源線路的特點，按建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第六章：第四節(jié)：第 647 條要求每線標稱放電電流不宜小于 15KA的要求。首級電涌保護器的每相標稱放電電流應(yīng)大于15KA（ 10/350卩 S）。次級電涌保護器標稱放電電流的選擇依據(jù)國標 GB50057-94第 648 條：在前級按第條要求安裝的 10/350 卩 sSPD所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓以及反射波效應(yīng)不足以保護距其較遠處的被保護設(shè)備的情況下，尚應(yīng)在被保護設(shè)備處裝設(shè)SPDo且該SPD的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)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

15、性（如高電阻型、電容型）或開路時，反射波效應(yīng)最大可將侵入的電涌電壓加倍。依據(jù)國標 GB 50057-94 第條：當(dāng)按第 條和第 條要求安裝的SPD之間設(shè)有配電盤時， 若第一級 SPD的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護不了該配電盤內(nèi)的設(shè)備，應(yīng)在該盤內(nèi)安裝第二級SPD后級線路的 SPD稱放電電流 In 的選擇應(yīng)考慮到前級SPD啟動后線路殘壓和其兩端引線的感應(yīng)電壓以及反射波效應(yīng)。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(yīng)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

16、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、GB 50074-2002石油庫設(shè)計規(guī)范及GB 50058-92 爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力設(shè)計規(guī)范中防雷及過電壓規(guī)范有關(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(dǎo)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) :依據(jù)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第六章：防雷電電磁脈沖；第三節(jié)屏蔽、接地和等電位連接

17、的要求 : 第條及第四節(jié)對電涌保護器和其他的要求: 第條規(guī)定，在 LPZOA或 LPZ0B區(qū)與 LPZ1區(qū)交界處，從室外引來的線路上安裝 SPD當(dāng)線路有屏蔽時，每個 SPD的雷電流按雷電流的幅值的 30%考慮，汽車加油 站為二類防雷建筑物，首次雷電流幅值為150KA,電源線路為非屏蔽埋地的TN配電模式，因此首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配電流為:在建筑物已安裝合格的防直擊雷措施后，有50%的雷電流通過引下線流入接地裝置，因此每線分配電流為： In = 150 KA X 50%十 4 =18.75KA ，按建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第六章：第四節(jié)：第條要求每線標稱放電電流不宜小于15KA同時，依據(jù)建

18、筑物防雷設(shè)計規(guī)范第六章：第四節(jié)第條及 IE C61312雷電電磁脈沖的防護第三部分：浪涌保護器的要求，浪涌保護器可以將數(shù)萬伏的感應(yīng)雷擊過電壓限制到 4KV以下。綜上所述 , 應(yīng)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10/350 ys 波形 的開關(guān)型模塊式電源電涌保護器，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(yīng)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，

19、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) :根據(jù)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范第六章：防雷擊電磁脈沖；第四節(jié)，第6.4.1 至 6412條 LPZ1I 區(qū)對電涌保護器（ SPD的要求及 GB 50054-95低壓配電設(shè)計規(guī)范第四章的有關(guān)規(guī)定，依據(jù)雷電分流理論，需使用8/20 ys 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川類耐沖擊過壓，其耐壓為4KM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?？稍跐撚捅每刂凭€、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 ys 波形通流容量 20KA 的 電源防雷箱，電源線選用耐油