加油站系統(tǒng)防雷設(shè)計資料知識講解

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

2、城區(qū)開闊地帶或郊區(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(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（SP

3、D做雷電防護措施。從以上幾個特點不難發(fā)現(xiàn)， 從雷電防護角度來看， 加油站一般都運行于“高 風(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)

4、 （年均 雷暴日40天以上），應(yīng)選用最大標稱放電電流大于15KA（ 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；

5、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（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 2.0.3 條的

6、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10mX 10m

7、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

8、,保護范圍應(yīng)高于呼吸閥2m以上。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 GB 50074-2002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

9、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

10、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，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

11、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

12、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(dǎo)線要非常短，在安裝時往 往很難做至 , 安裝條件就會非常苛刻。多級布置使這個部題得至解決。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

13、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150KA（10X 350 S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

14、流約 為：當(dāng)線路無屏蔽時，limp =150 KA X 50%十 4 =18.75KA當(dāng)線路有屏蔽時，limp =150 KA X 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

15、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6.4.9 條：當(dāng)按第 6.4.7 條和第6.4.8 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

16、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、GB 50057-94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，

17、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 地和等電位連接的要求:第 6.3.4 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

18、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 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，

19、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，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。可在潛油泵控制線、 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 8/20ys 波形通流容量 20KA 的 電源防雷箱，電源線