淺析加油站雷電防護(hù)

摘 要：隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，人們生活水平逐步提高，更多家庭轎車走進(jìn)尋常百姓家，加油站也日漸增多。但由于加油站位置及貯存品屬易燃易爆物品的特殊性，更易遭受雷擊，且更容易造成更嚴(yán)重的后果，因此強(qiáng)化加油站的防雷保護(hù)就顯得非常重要。文章通過對加油站地理環(huán)境的特點(diǎn)，雷電災(zāi)害類型進(jìn)行分析，對加油站附屬建筑、站棚、油罐的防靜電接地和直擊雷防護(hù)，加油站電源、通信系統(tǒng)的雷電防護(hù)等，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）、《加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156-2002等標(biāo)準(zhǔn)對防雷的規(guī)定，提出了系統(tǒng)解決方案。

關(guān)鍵詞：加油站；雷電危害；SPD

引言

雷電是一種壯觀的自然現(xiàn)象，也是極端天氣事件中的一種，具有巨大的破壞力，造成雷擊災(zāi)害，威脅著人類的生命財(cái)產(chǎn)安全。1987年聯(lián)合國將雷電災(zāi)害確定列為最嚴(yán)重的十大自然災(zāi)害之一。隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，由雷擊引起的事故正呈現(xiàn)出上升趨勢。作為能源配套公共服務(wù)設(shè)施的加油站近年來雷擊災(zāi)害事故頻發(fā)，直接威脅到加油站周圍人身和財(cái)產(chǎn)的安全，減弱了加油站作為能源樞紐的功能，因此對加油站的雷電綜合防護(hù)是非常必要的。

1 雷電對加油站的危害分析

雷擊從形式上可以分為直接雷擊和感應(yīng)雷擊，對加油站可能產(chǎn)生的危害形式有以下幾種。

1.1 直擊雷

加油站站棚、現(xiàn)場儀器設(shè)備、線路管道被雷電直接擊中，將造成傳感器以及電子設(shè)備損壞。雷電流在泄放大地的過程中，產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電磁場，通過線路耦合到控制室，造成電子設(shè)備的損壞。

1.2 感應(yīng)雷擊

感應(yīng)雷擊分為閃電靜電感應(yīng)和閃電電磁感應(yīng)。對于閃電靜電感應(yīng)來說，當(dāng)雷云時(shí)，地面物體，尤其是導(dǎo)體感應(yīng)出與雷云符號相反的電荷，這些電荷產(chǎn)生放電，放電電流若流入儀器和用電設(shè)備，將造成設(shè)備損壞。在距離雷擊中心2.5km內(nèi)的供電線路、通信線路、網(wǎng)絡(luò)環(huán)路都有可能感應(yīng)出浪涌電壓，形成浪涌電流。經(jīng)過電源回路、信號回路竄入設(shè)備端口，從而造成電子設(shè)備永久性破壞。閃電電磁感應(yīng)主要是由于雷電流變化迅速在其周圍空間內(nèi)產(chǎn)生瞬變的強(qiáng)電磁場，使附近加油機(jī)、液位儀、計(jì)算機(jī)設(shè)備、以及各類導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動勢或感生電流，造成設(shè)備故障、損壞，金屬法蘭間若跨接不良還會產(chǎn)生電火花，產(chǎn)生爆炸火災(zāi)危險(xiǎn)。因此感應(yīng)雷擊在電子信息時(shí)代造成的損失常常是難以估量的。

1.3 雷電過電壓侵入

導(dǎo)線和金屬管道遭受到直擊雷或感應(yīng)雷都可能產(chǎn)生過電壓，雷電過電壓沿著電纜線路、電纜槽、各種金屬管道等都有可能將過電壓引入加油站，造成設(shè)備損壞。一般把線路傳到過電壓的形成分為三種：（1）遠(yuǎn)點(diǎn)雷電的入侵；（2）近點(diǎn)雷電電磁感應(yīng)；（3）電感、電容性負(fù)載啟動即操作過電壓。遠(yuǎn)點(diǎn)雷電的入侵對于架空線路危害最為嚴(yán)重。對于架空線纜可能受到直接雷擊，或者在遠(yuǎn)處受到感應(yīng)過電壓。近點(diǎn)雷擊是信號系統(tǒng)設(shè)備損壞的主要途徑，當(dāng)加油站遭受雷擊或加油站附近發(fā)生雷擊時(shí)，強(qiáng)大的脈沖電流會在周圍空間內(nèi)產(chǎn)生交變強(qiáng)電磁場，處于電磁場中的導(dǎo)體因此感應(yīng)出過電壓，沿線路產(chǎn)生的過電壓竄入設(shè)備，造成設(shè)備誤動作或損壞。操作過電壓是在極短的時(shí)間內(nèi)電壓發(fā)生瞬變，電壓時(shí)間特性曲線的陡度較高，較高幅值的脈沖電壓將加載到供電線路上，脈沖電壓波沿線路流入設(shè)備，造成電氣設(shè)備損壞。

1.4 雷電閃絡(luò)放電

所謂雷電閃絡(luò)放電就是閃電高電位反擊，雷電擊中防雷裝置時(shí)，巨大的瞬時(shí)雷電流將通過防雷引下線流入接地系統(tǒng)，由于接地系統(tǒng)存在接地電阻，雷電流不能迅速向大地流散，必然會引起局部地電位抬高，電氣設(shè)備的接地如果與該點(diǎn)的距離沒有達(dá)到足夠的安全距離，在它們之間就會產(chǎn)生擊穿放電，形成反擊電流，擊穿電氣設(shè)備絕緣部分，造成電氣設(shè)備損壞甚至引起火災(zāi)爆炸事故。

總之由于加油站主要經(jīng)營的汽油、柴油等具有易燃易爆性、易揮發(fā)性、靜電集聚性、易擴(kuò)散性、易流淌性，部分油品燃點(diǎn)非常低，其蒸發(fā)的氣體常常在作業(yè)場所或儲油場地彌漫、擴(kuò)散或者低洼處集聚，空氣中只需要較小的閃光燃燒，石油產(chǎn)品蒸汽或氣體與空氣的混合，其濃度達(dá)到一定范圍時(shí)，遇火即發(fā)生爆炸。在發(fā)生雷擊時(shí)，上述雷電危害形式都有可能發(fā)生火花放電，因此做好加油站全方位防雷是非常必要的。

2 加油站直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 站棚、辦公樓、配電室及其他附屬建筑的防雷設(shè)計(jì)

加油站站棚根據(jù)GB50057-2010確定為二類防雷建筑，辦公樓、配電室及其他附屬建筑屬于三類防雷建筑物。

2.1.1 接閃器設(shè)計(jì)。在建筑物上宜裝設(shè)接閃帶（網(wǎng)）、接閃桿、彩鋼板作或由其混合組成的接閃系統(tǒng)作為接閃器。接閃帶應(yīng)沿建筑物易受雷擊的部位敷設(shè)，并在屋面組成不大于20m×20m或24m×16m的網(wǎng)格。加油站站棚棚頂一般為金屬屋面，可直接利用金屬屋面作為接閃器。金屬屋面金屬板厚度要求：熱鍍鋅鋼、鈦板和不銹鋼的厚度不應(yīng)小于4mm，銅板的厚度不應(yīng)小于5mm，鋁板的厚度不應(yīng)小于7mm。

2.1.2 引下線設(shè)計(jì)。利用站區(qū)內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物柱內(nèi)兩條對角主筋作為自然引下線，作為引下線的主筋直徑不應(yīng)小于10mm，引下線間距不應(yīng)大于25m，站棚利用其所有鋼柱作為引下線。建筑物引下線不應(yīng)少于2根，應(yīng)周圍均勻?qū)ΨQ布設(shè)。引下線3m范圍內(nèi)敷設(shè)15cm厚礫石層用來防跨步電壓和接觸電壓。

2.1.3 防雷接地裝置設(shè)計(jì)。利用建筑物基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋作為防雷接地裝置。加油站站區(qū)內(nèi)各接地裝置之間的距離都達(dá)不到安全距離，并相互之間都有電氣線路互通，因此應(yīng)將加油站區(qū)域內(nèi)的防雷接地、防靜電接地、保護(hù)接地、電氣設(shè)備工作接地、信息系統(tǒng)邏輯接地采用共用接地，以達(dá)到均衡電位減小各種接地設(shè)備之間電位差。

接地電阻要求：加油站的地網(wǎng)分為直擊雷保護(hù)接地、防靜電接地、電源工作接地、信號線路直流工作接地四個(gè)部分。四個(gè)部分應(yīng)采用統(tǒng)一接地，接地電阻值應(yīng)按最小值確定，并應(yīng)小于等于1Ω。當(dāng)自然接地體達(dá)不到接地電阻的要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置人工接地體，以符合接地電阻的要求。

2.2 加油站油罐區(qū)的防雷防靜電設(shè)計(jì)

利用呼吸閥作為接閃器，呼吸閥與罐體應(yīng)接觸良好，以便直擊雷對呼吸閥放電時(shí)能將雷電流迅速流入大地。金屬油罐應(yīng)采用環(huán)形防雷接地，接地點(diǎn)≥2點(diǎn)/灌，接電點(diǎn)沿罐壁周長間距≤30m。鋼油罐高度小于或等于60m、灌頂板厚度不小于4mm時(shí)，或當(dāng)其高度大于60m、灌頂壁厚度側(cè)壁厚度均不小于4mm時(shí)，可不裝防直擊雷設(shè)施，但對于位于多雷區(qū)的油罐和鋁頂油罐，應(yīng)安裝獨(dú)立接閃桿做防直擊雷設(shè)施。

油罐區(qū)的接地系統(tǒng)應(yīng)采用共用接地裝置，油罐的罐體及罐的金屬附件，裝于鋼油罐上的信息系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的配線電纜外皮等均應(yīng)與接地系統(tǒng)做可靠的電氣連接。輸油管道的始、末端和分支處應(yīng)和防靜電和防雷電感應(yīng)的聯(lián)合接地連接成電氣通路，其接地電阻≤30Ω。油罐進(jìn)行裝卸油品時(shí)，油品會產(chǎn)生靜電，靜電會積聚到浮盤上，如果浮盤上靜電未及時(shí)釋放容易產(chǎn)生靜電火花發(fā)生火災(zāi)事故，因此此時(shí)浮盤應(yīng)與罐體作電氣連接，形成電荷釋放通道，避免產(chǎn)生靜電火花。在裝卸油品的過程中油罐汽車應(yīng)用專用的接地導(dǎo)線、夾子和接地端子將油罐和裝卸設(shè)備及油罐車相連。罐區(qū)內(nèi)平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物，當(dāng)其凈距離小于100mm時(shí)，應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)的間距不應(yīng)大于30m；交叉凈距小于100mm時(shí)，其交叉處應(yīng)跨接。當(dāng)金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時(shí)，連接處應(yīng)用金屬線跨接，管道法蘭的連接螺栓不少于5根時(shí)，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。

3 低壓電源系統(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

加油站低壓電源系統(tǒng)宜采用TN-S系統(tǒng)。為了減少雷電的電磁效應(yīng)，消弱雷電的危害，防止雷電災(zāi)害，進(jìn)出加油站的電纜應(yīng)采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線，電纜金屬外皮兩端，保護(hù)鋼管兩端均應(yīng)接地。低壓電源系統(tǒng)電纜應(yīng)單獨(dú)布線，不得與油品敷設(shè)在同一溝內(nèi)，電纜溝應(yīng)充沙填實(shí)以防止電纜溝進(jìn)入爆炸性氣體混合物，避免電纜與管道相互影響，引起爆炸火災(zāi)事故。

3.1 外來導(dǎo)體與電源系統(tǒng)的等電位連接

消防水管、信息電纜線等外來金屬管道和電纜應(yīng)埋地進(jìn)入配電室或機(jī)房，所有金屬管道、弱電線路，在進(jìn)出建筑物時(shí)應(yīng)與接地裝置相連接或通過SPD與接地裝置連接。

3.2 電源系統(tǒng)電涌保護(hù)器的選擇與安裝

3.2.1 防雷區(qū)的劃分

電涌保護(hù)器（SPD）的安裝必須按照防雷區(qū)的劃分進(jìn)行配置。防雷分區(qū)是根據(jù)雷擊發(fā)生后，在其空間環(huán)境中產(chǎn)生的雷電電磁脈沖在空間上傳播是逐漸衰減的，如果在傳輸路徑上碰到金屬物體，就會有明顯的衰減。電氣電子設(shè)備通常設(shè)置于有鋼筋骨架的建筑物內(nèi)，甚至是有專門的金屬屏蔽網(wǎng)的房間內(nèi)。顯然，雷電雷電電磁脈沖到達(dá)不同的空間，強(qiáng)度是不同的，影響、干擾損壞建筑物及其內(nèi)部電子電氣設(shè)備的能力也是不同的。出于有針對性的防止或減少電磁脈沖對建筑物及內(nèi)部設(shè)備的危害目的，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠的防雷措施，通常把建筑物需要防護(hù)的空間劃分為不同的防雷分區(qū)。因此，防雷區(qū)的劃分是為實(shí)施等電位連接和電涌保護(hù)器的安裝，使各種防雷措施得到更合理的應(yīng)用，在不同防雷區(qū)交界處承擔(dān)各自的雷電能量。

3.2.2 選用電涌保護(hù)器的主要參數(shù)

（1）第一級電涌保護(hù)器主要技術(shù)參數(shù)如下

標(biāo)稱工作電壓（Un）：220/380V

最大持續(xù)工作電壓（Uc）：320V

沖擊放電電流（Iimp）：12.5kA （10/350μs）

最大放電電流：130kA （8/20μs）

保護(hù)水平（UP）：≤2.5KV

響應(yīng)時(shí)間：≤25ns

（2）第二級電涌保護(hù)器主要技術(shù)參數(shù)

標(biāo)稱工作電壓（Un）：220/380V

最大持續(xù)工作電壓（Uc）：385V

標(biāo)稱放電電流（In）：20kA （8/20μs）

最大通流容量（Imax）：40kA （8/20μs）

保護(hù)水平（UP）：≤1.5KV

響應(yīng)時(shí)間：≤5ns

3.3 電涌保護(hù)器的安裝位置

3.3.1 電源一級電涌保護(hù)器。在LPZOA或LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界處，即在加油站低壓總進(jìn)線柜出安裝一級電涌保護(hù)器。

3.3.2 電源二級電涌保護(hù)器[LPZ1-LPZ2區(qū)]。在潛油泵加油機(jī)、稅控加油機(jī)、潛油泵控制線、加油機(jī)電源配電箱和營業(yè)大廳電源配電箱內(nèi)分別安裝具有防爆功能的二級電源電涌保護(hù)器。

3.4 電源電涌保護(hù)器的安裝

為防止電源電涌保護(hù)器失效造成短路，電涌保護(hù)器前端安裝空氣開關(guān)，以斷開故障電流，方便維修或更換模塊。一級電涌保護(hù)器相線零線引入線截面積6平方毫米，接地線截面積6平方毫米。二級電涌保護(hù)器相線零線引入線截面積2.5平方毫米，接地線截面積2.5平方毫米。當(dāng)電涌保護(hù)器動作時(shí)，沖擊電流流過該支路上的附加元件（導(dǎo)線、空開），并在這些元件上產(chǎn)生動態(tài)的壓降，在這種情況下，和電感量比較，阻性分量可以忽略不計(jì)。其關(guān)系如下：

Ud=i·R+■L

雷電流變化率（di/dt）約為10KA/μs，動態(tài)電壓主要由電感量確定。為了將動態(tài)電壓保持在較低水平，安裝時(shí)必須盡可能將連接導(dǎo)線的電感量保持到最小值，因此電涌保護(hù)器相線引入線與接地線不應(yīng)近距離平行敷設(shè)，從而避免產(chǎn)生二次感應(yīng)，連接線應(yīng)小于0.5m，并做到短、平、直，以避免因引線過長導(dǎo)致殘壓增加。

4 加油站電子信息設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)

4.1 為防止過長的連接導(dǎo)線將構(gòu)成較大的環(huán)路面積會增大對防雷空間內(nèi)LEMP的耦合機(jī)率，從而增大雷擊電磁脈沖的干擾度，造成泄放雷電流受阻，降低了防雷裝置的可靠性，加油站電子信息設(shè)備的機(jī)柜、金屬外殼、機(jī)架、金屬管（槽）、屏蔽線纜外層、安全保護(hù)接地、信息設(shè)備防靜電接地和電涌保護(hù)器接地端等均應(yīng)以最短的距離與接地裝置連接。

4.2 信息線路應(yīng)采用帶有金屬屏蔽層的線纜或套金屬管的施工方法進(jìn)行敷設(shè)。在室外應(yīng)埋地敷設(shè)進(jìn)入建筑物，入戶處和防雷裝置進(jìn)行等電位連接。

4.3 信號電涌保護(hù)器的安裝

4.3.1 在液位儀檢測儀引出的液位儀控制線上安裝適配的信號電涌保護(hù)器，用于液位儀檢測儀信號線路的保護(hù)。

4.3.2 加油機(jī)總控制線上安裝適配的信號電涌保護(hù)器，用于加油機(jī)總控制線路的保護(hù)。

4.3.3 通訊系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)線端分別安裝適配的電涌保護(hù)器，用于各設(shè)備雷電保護(hù)。

5 結(jié)束語

近年來，隨著加油站的數(shù)量持續(xù)增加，加油時(shí)站的雷電災(zāi)害事故也隨之增加，給人民的生命與財(cái)產(chǎn)造成了重大危害與損失，因此雷擊事故必須引起高度重視。在建造加油站應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收和運(yùn)營管理各個(gè)方面嚴(yán)格遵守規(guī)范，堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主、防治結(jié)合”的方針，采取徹底整改和積極防御措施，排除防雷安全隱患，把雷電災(zāi)害的損失降低到最低限度。在實(shí)際的防雷工程設(shè)計(jì)中，還需根據(jù)各類設(shè)備的特點(diǎn)和防護(hù)對象的實(shí)際情況靈活應(yīng)用規(guī)范、綜合考慮現(xiàn)實(shí)情況，才能獲得良好的防護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2010.

[2]GB15599-2009.石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范[S].

[3]GB50156-2002.汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[4]張緯鈸，何金良，高玉明.過電壓防護(hù)及絕緣配合[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.