汽车加油站防雷工程设计

摘 要：随着我国经济的快速发展,人民生活水平的提高,汽车越来越多,加油站数量与日剧增,每年由于雷击造成事故时有发生,直接威胁到加油站周围人群和建筑物的安全,因此加强加油站的防雷工程设计工作十分重要.本文通过对汽车加油站所处环境特点、系统特点中雷电灾害各因素的分析,根据其特点对加油棚、油罐及附属建筑的直击雷防护和接地,加油站电源、信号系统的雷电防护等,提出了针对加油站解决方案.

关 键 词：汽车加油站；防雷工程；

【分类号】：TG333.7

1汽车加油站的环境特点

加油站一般位于公路边,多属于空旷地区的孤立建筑物,容易遭受雷击,而且加油站又属于易燃易爆场所,加油站通常具有以下几个特点：1）地理位置：加油站通常设在城区开阔地带或郊区、山区、乡村、高速公路等道路边的开阔地带,四周较为空旷；2）电源系统：一般加油站的380V交流供电线路是架空明线接入至站区附近再地埋引入建筑的,部分加油站是由10KV电力线架空接入,经变压器后再地埋引入建筑的.3）通信网络系统：引入加油站的ISDN、线、监控设备等弱电线路通常也是由户外架空明线引入的,并且通常未安装专用信号电涌保护器（SPD）做雷电防护措施.

从以上几个特点不难发现,从雷电防护角度来看,加油站一般都运行于“高风险”环境下,即对于雷害风险的“暴露程度”很高,因此需要采取强有力的防护措施.

2汽车加油站防雷等级

依据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》第2.0.3条的要求,“具有1区爆炸危险环境的建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者”.因此汽车加油站防雷应按第二类防雷建筑物进行设计.

3加油站直击雷防护设计

1）、建筑物、构筑物的防雷设计.

加油站的建筑物、构筑物一般由罩棚、办公楼、配电室及其它附属建筑物组成.依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94确定汽车加油站的建筑物防雷类别为二类建筑物,不需要单独装设避雷针.办公楼和附属建筑物一般采用钢筋混凝土结构

汽车加油站的建筑物、构筑物防雷引下线设计：由于站区内建筑物、构筑物一般采用钢筋混凝土结构和钢架结构,钢筋混凝土结构应利用桩内两条对角主筋作为自然引下线,引下线间距不大于18米,引下线不应少于2根,应沿建筑物周围均匀布置.

加油站机房、配电室应设置均压环,均压环必须可靠良好接地,应将均压环与建筑物接地进行可靠焊接.将站房内所有金属物体,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出站房的金属管道等金属构件进行电气连接,并接至均压环上,以均衡电位.均压环可采用40×4mm的扁铜或镀锌扁钢进行构筑,每隔1米设一支撑.将均压环与建筑物内等电位排进行可靠连接,不需再另设接地装置.

汽车加油站的建筑物、构筑物防雷接地装置设计：一般采用自然接地体作为接地装置；

接地电阻要求：加油站的地网分为直击雷保护接地（其接地电阻要求≤10Ω）、防静电接地（其接地电阻要求≤10Ω）、电源工作接地（其接地电阻要求≤10Ω）、信号线路直流工作接地（其接地电阻要求≤4Ω）四个部分.当采用统一接地时,接地电阻值应按最小值确定,接地电阻要求≤4Ω.

2）油罐区的防雷设计

油罐区防雷设计：一般采用呼吸阀作为接闪器（高度4-5m）,当利用呼吸阀作为接闪器时,应保证呼吸阀与罐体接触良好,防止直击雷对呼吸阀放电不能将雷电流引入大地.埋地金属油罐必须作环形接地,其接地点不应少于两处,其间弧形距离不宜>30m,接地体距罐壁应不小于3m.钢油罐顶板厚度<4mm时,应装防直击雷设施,当顶板厚度≥4mm,可不装防直击雷设施,但对于位于多雷区（年平均雷暴日数多于40天）的油罐和铝顶油罐,应安装独立避雷针做防直击雷设施（安装避雷针或避雷线）.独立避雷针与被保护油罐的水平距离不应小于3m,按滚球方法计算,使油罐呼吸阀处于其保护范围内,并且保护范围应高于呼吸阀2m以上.

4.电源配电系统雷电防护设计

380/220V供配电系统宜采用TN-S系统,TN-S配电系统：即三相五线制（单相三线制）配电方式.在这种配电方式的整个系统（包括分支线路）中,具有单独的中线（N）和保护接地线（PE）,即在整个系统中中线与保护接地线始终是分开的.使N线和PE线分开的目的,PE线上没有交流电流流过,在整个防雷工程的等电位连接接地系统中,它处处与等电位连接接地系统保持牢固的连接,所以PE线上处处电位相等.

电缆应穿钢管埋地进入加油站,电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均应接地,在供配电系统的电源端应安装与设备耐压水平相适应的过电压（电涌）保护器.供电系统电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均应接地,其目的是封锁电磁效应,减少或削弱雷电危害,防止雷击事故.供电系统电缆应单独布线,不得与油品、液化石油气和天然气管道、热力管道敷设在同一沟内,防止电缆沟进入爆炸性气体混合物,避免电缆与管道相互影响,引起爆炸火灾事故,电缆沟应充沙填实.

1）外来导体等电位连接

外来导体包括：金属水管、通讯电缆线及电力电缆铠装外皮或电缆金属管等.所有的水管和电缆应埋地进入配电室或机房,水管和电缆铠装外皮和保护金属管应在进出建筑物时应与接地装置相连接,电缆应选用铠装电缆或穿金属管埋地.以上所有接地都要与建筑物、构筑物、油罐区形成等电位连接.

2）加油站电源系统设计方案

根据IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB50057-94《建筑物防雷设计规范》、GB50074-2002《石油库设计规范》及GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求,针对汽车加油站配电系统的特点,可将其分为三个防雷区分别加以考虑.通过安装多级SPD,并合理地达到级间的能量配合,使之实现逐级泄能,这样,不仅能达到有效的保护,同时还能保证SPD有较长的使用寿命并可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭.A.电源一级防雷[LPZOA-LPZ1区]：

依据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷电电磁脉冲；第三节屏蔽、接地和等电位连接的要求：第6.3.4条及第四节对电涌保护器和其他的要求：第6.4.7条规定,在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处,从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时,每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑,汽车加油站为二类防雷建筑物,首次雷电流幅值为150KA,电源线路为非屏蔽埋地的TN配电模式,因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为：在建筑物已安装合格的防直击雷措施后,有50%的雷电流通过引下线流入接地装置,因此每线分配电流为：In等于[150KA×50%]÷4等于18.75KA,按《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节：第6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA.同时,依据《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节第6.4.4条及IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》第三部分：浪涌保护器的要求,浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到4KV以下.

综上所述,应在380V低压总配电箱安装标称通流容量25KA的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护.笔者推荐使用采用多层石墨间隙技术和特殊的涂料工艺的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器,此类SPD较火隙型SPD的优点在于：1）它的雷电能量泻放能力较强；2）它的脉冲响应时间较火隙型SPD短；3）它的脉冲点火电压较火隙型SPD低,保护水平小于2000V,而火隙型SPD的保护水平等级通常为4000V；4）多层石墨间隙型SPD无工频续流,避免了火隙型SPD的续流和灭弧问题,工作状态更稳定.

B.电源二级防雷[LPZ1-LPZ2区]：

根据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节,第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及GB50054-95《低压配电设计规范》第四章的有关规定,依据雷电分流理论,需使用8/20μs波形,通流容量20KA.《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第Ⅲ类耐冲击过压,其耐压为4KV.为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后,电源对地短路,需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置.

可在潜油泵控制线、潜油泵加油机、税控加油机或一般加油机电源配电箱和营业大厅电源配电箱内分别安装具有防火功能的8/20μs波形通流容量20KA的电源防雷箱,电源线选用耐油性能良好的带塑料护套的RVV型4×2.5mm2绝缘线引入.

C.电源防雷[LPZ2-LPZ3区]：

根据IEC61312-3雷电电磁脉冲的防护第三部分：浪涌保护器的要求,在LPZ2-LPZ3区内,浪涌保护器可将浪涌电压限制到一千多伏,防雷器通流容量为（8/20μs）：≥10KA.可在营业大厅计算机管理设备、UPS电源、票据打印设备、加油机数据传输设备及其它精密设备的电源开关处使用插座式电源防雷器.

5.电子信息设备防雷设计

加油站的电子设备主要为：监控设备、通信设备、液位仪检测设备等.在雷击发生时,产生巨大瞬变电磁场,在1KM范围内的金属环路,如网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击,将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统.

1）、电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管（槽）、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地和安全保护接地及浪涌保护器接地端等均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接.防止过长的连接导线将构成较大的环路面积会增大对防雷空间内LEMP的耦合机率,从而增大LEMP的干扰度,造成泄放雷电流不畅,从而降低了可靠性.

2）、电子信息系统设备主机房宜选择在建筑物中心部位,其设备应远离外墙结构柱,设置在雷电防护区的高级别区域内,当电子信息系统设备为非金属外壳,且机房屏蔽未达到设备电磁环境要求时,建议安装金属屏蔽网或金属屏蔽室.金属屏蔽网、金属屏蔽室应与等电位接地端子板连接.

3）、信号线路线缆应采用带有金属屏蔽层的线缆或套入金属管的办法进行敷设.在室外应埋地敷设进入建筑物；在楼内一般采用金属屏蔽槽垂直敷设和水平敷设方式进入机房.

4）、本方案中网络、信号设备防护方面,依据GB50174-93《电子计算机机房设计规范》、YD/T5098《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》、GB2887-89《计算机场地安全要求》中信号系统雷电及过电压防护要求,在液位仪检测仪引出的液位仪控制线上安装额定负载电流1～1.5A的大功率特殊信号电涌保护器,用于液位仪检测仪信号线路的保护.在加油机总控制线上安装精密的控制信号电涌保护器,用于加油机总控制线路的保护.通讯系统、监控系统进线端分别安装电涌保护器,用于各设备雷电保护.

结束语

汽车加油站作为雷电高风险地区,应从外部防雷、内部防雷进行考虑,注重等电位连接与共用接地系统、屏蔽及布线、防雷与接地、安装电涌保护器综合防护、在实际的防雷工程设计中,还需根据各类设备的特点和防护对象的实际情况灵活应用、综合考虑,才能获得良好的效果.