防雷课程设计word版.docx
《防雷课程设计word版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《防雷课程设计word版.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
防雷课程设计word版
摘要
随着我国经济的快速发展，交通事业不断发展，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。
本设计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，依据GB50057、IEC61312、GB50156等标准对雷电防护的要求，提出了系统的解决方案。
关键词：
加油站；防雷；方案；设计
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofourcountry'seconomy,thetransportationenterpriseunceasingdevelopment,theimprovementoflivingstandards,moreandmorecars,gasstationnumbertoswell,causedbylightningaccidentsoccureachyear,directlythreatensthesafetyofgasstationandthosearoundbuildings,sothelightningprotectionengineeringdesignworkisveryimportanttostrengthenthegasstation.Thisdesignthroughtothefillingstationenvironmentcharacteristics,thesystemcharacteristicsoftheanalysisofvariousfactors,lightningdisastersaccordingtoitscharacteristicofrefuelingtent,tankandaffiliatedconstructionoflightningprotectionandgrounding,powerstation,lightningprotectionofsignalsystem,etc.,onthebasisofGB50057,IEC61312,theGB50156standardrequirementforlightningprotection,putforwardthesolutionofthesystem.
Keywords:
gasstation;Lightningprotection;Plan;design
1前言1
2加油站概述2
2.1地理位置及现场概况2
2.2防护对象基本情况3
3雷电入侵途径4
3.1供电线路引入雷电4
3.2通信控制电路引入雷电4
3.3直击雷侵入5
3.4地电位反击5
4防雷设计方案的确定6
4.1防雷设计依据6
4.2防雷设计原则6
4.3确定防雷等级7
5综合防雷系统设计9
5.1外部防雷系统设计9
5.1.1接闪器的设计9
5.1.2引下线的确定12
5.1.3接地装置的选择13
5.2内部防雷系统设计14
5.2.1供电系统防雷设计14
5.2.2火灾自动报警及联动系统的防雷16
5.2.3监控系统防雷设计17
5.2.4通信系统防雷18
5.2.5等电位连接18
6总结21
参考文献22
致谢23
附录24
1前言
自古以来，雷电灾害一直存在，据有关研究统计，地球上任一时刻平均有2000多个雷暴在进行着，平均每秒有100次闪电，每个闪电强度可高达10亿伏，足见其能量之大，产生的危害可想而知。
200多年前，富兰克林发明避雷针以后，建筑物等设施已得到了一定的保护，人们认为可以防止雷害，对防雷问题有所松懈。
但是随着近代高科技的发展，尤其是微电子技术的高速发展，雷电灾害越来越频繁，损失越来越大，原先的避雷针已无法保护建筑物、人和电器设备。
握着电话话筒而受雷击致死的人时有所闻，原先许多从来不发生雷电灾害的行业和部门也频频受害。
这些雷害是人们意料不到的。
据统计，现今全球平均每年因雷电灾害造成的直接经济损失就超过10亿美元，死亡人数在三千人以上。
我国根据气象部门和劳动部门的估算，每年雷击伤亡人数均超过1万，其中死亡3000多人。
90年代以后，雷灾出现新的特点，这主要是因为一些高大建筑与加油站等危险场所的兴起，这种建筑物很容易吸引落雷，从而使本身所在建筑及附近建筑遭到破坏。
另外，随着微电子技术高度发展及广泛应用到各个领域，使雷害对象也发生了转移──从对建筑物本身的损害转移到对室内的电器、电子设备的损害，以至发生人身伤亡事故。
随之防雷对象也由强电转移到弱电，雷电产生的电磁脉冲超过直接雷击而成为主要危害。
从上面的叙述可以看出，防雷工作是十分必要的，各行各业有关部门均应给予重视。
尤其是电气设计人员，在进行建筑物的防雷设计时，一定要严格按照我国《建筑物防雷设计规范》（GB50057－942000）强制性国家标准来进行设计。
本设计首先概述了所设计对象——加油站的基本情况，再对雷电入侵的途径及其危害进行了系统的分析。
在确定加油站防雷等级后，根据防雷设计的依据与原则确定防雷设计方案，进行外部防雷设计和内部防雷设计。
2加油站概述
2.1地理位置及现场概况
湖南省衡阳市某加油站属于中国石化公司，是国有大型企业，主营石油产品及其他石油附属产品，并提供加油、加气等增值服务。
占地约9700㎡，长约104米，宽约93米。
建筑办公楼一栋，长24米宽6米，共2层，一楼设有资料室、配电间、业务办公室、厕所，二楼为休息室，站房南侧有一罩棚，长22宽25米，营业面积达550㎡，站内有油罐区一处,4个油罐，一号罐储存97号车用汽油（Ⅲ），二号罐储存0号普通柴油，三号罐和四号罐都储存93号车用汽油汽油（Ⅲ）。
每个罐的贮量为30m³，总共储存气体120m³。
共设有4个加油岛，加油棚北侧有一个长20米宽6米的办公服务区。
加油棚南侧面向公路。
站区东、西、北三侧有高2.2m的砖墙与周围隔开，四周均无民用或商业建筑物。
电源由城网提供,220/380V进户,有自备发电机作为第二电源。
加油站平面图如下图1所示：
图1加油站平面图
2.2防护对象基本情况
该加油站防直击雷设计不规范，站房未安装防直击雷设施，明敷防雷引下线未沿外墙最短垂直路径接地。
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，未安装电涌保护器，因此非常容易感应雷电电磁脉冲。
通信网络系统方面，引入加油站的ISDN、电话线、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。
静电防护方面，加油站加油机、加油枪未能接地或接地不良，电阻值偏大，不符合规范要求。
加油站呼吸阀未作跨接或跨接电阻值偏大。
从以上几个特点不难发现，从雷电防护角度来看，该加油站运行于“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。
对大楼进行综合雷电防护措施，除了要安装良好的避雷针、避雷带，还必须在电源系统、信号系统进行可靠、有效的雷电防护工作，并具备可靠的接地装置。
3雷电入侵途径
3.1供电线路引入雷电
电源线路是雷电入侵的主要途径，经常会遭受雷击造成开关跳闸、设备损坏等事故，是防雷保护的重点。
供电线路（对10KV线路，高压MOV的残压很高，弱电设备受此高压都会损坏，变压器有一定的隔离和衰减作用，但还有相当大的剩余雷电会传到后续设备。
）产生过电压后，该过电压直接传到弱电子设备，并将设备损坏，一般是将设备的电源部分损坏。
根据线路上的过电压的成因及危害可分为7种情况：
①市电线路在野外架空布设时遭直接雷击，因线路较长，发生的几率较大，线路上的雷电流相当大，危害当然很大。
②市电线路在野外架空布设，附近发生雷击（主要是空闪）时，雷电电磁场使得线路上感应到雷电流。
有较大的发生几率，但雷电流不太大。
③市电线路在野外走地缆沟或埋地布设，发生雷击后雷电流入地时，线路上感应到雷电流。
相对前面两种情况来讲，发生几率及雷电流都不大。
④楼内供电线路受建筑物引下线电磁场感应而产生雷电流，雷电流的大小与发生几率和楼结构及布线有关。
垂直方向的线路没有屏蔽而且离引下线（建筑物立柱）较近时，发生几率及雷电流较大。
⑤楼内供电线路受建筑物附近雷击（建筑物附近落雷）电磁场感应而产生雷电流，雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。
当建筑屏蔽性较差、线路靠外墙、落雷点靠楼较近、落雷点电流大时，线路感应雷电流较大。
⑥楼内线路相互感应。
这是较多的线路布得很近（如电源线、地线等相互距离在10cm内）时，如其中的一条上有过电压，则其它线路上都会感应到过电压，但雷电流不大。
⑦楼内大型设备操作过电压，该过电压不是雷击引起但其危害不低于雷击，主要是加速电子设备老化。
从电的性能上来讲该操作过电压类似于雷击过电压，用同样的方法能抑制。
3.2通信控制电路引入雷电
通信控制线路（通信控制线路一般有数据专线、网络线、控制信号线和视频线等）感应雷电后，雷电也直接传到设备，并将设备损坏，一般是将设备的通信口损坏，与供电路线上产生雷电流的情况相似，一般来讲，通信线路上的雷电流比供电线路上的雷电流要小，通信线路上产生雷电的6种情况：
①通信线路在野外架空布设时遭直接雷击，因通信线有绝缘层、架空布线的情况不多等原因。
因此，发生几率较低，但一旦发生，线路上的雷电流大。
②通信线路在野外架空布设，附近发生雷击（主要是空闪）时，线路上感应到雷电流。
如架空线路较长，则有较大的发生几率。
③通信线路在野外走地缆沟或埋地布设，发生雷击后雷电流入地时，线路上感应到雷电流,雷电流不大。
④楼内通信线路受建筑物引下线电磁场感应而产生雷电流，如线路没有屏蔽又离引下线较近，则发生几率大，而且雷电流也足以将通信口损坏。
⑤楼内通信线路受建筑物附近雷击电磁场感应而产生雷电流，雷电流的大小与建筑物的屏蔽性、布线、落雷位置、落雷点电流等有关。
当建筑屏蔽性较差、线路靠外墙、落雷点靠楼较近、落雷点电流大时，线路感应雷电流较大。
⑥楼内线路相互感应。
这是较多的线路布得很近（如电源线、通信线、地线等相互距离在10cm以内）时，如其中的一条上有过电压，则其它线路上多会感应到过电压，但雷电流不大。
3.3直击雷侵入
带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。
它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。
3.4地电位反击
接地系统常称接地装置，接地系统不符合要求主要危害是产生地电位反击，一般的地电位反击是指同一设备或系统同时连接到几个互相没有直接电气连接的地网，当雷击时，各地网之间的可能存在较高的电位差，该电位差通过地线直接加在同一设备各系统上，就有可能将设备损坏。
如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。
高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。
在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。
4防雷设计方案的确定
雷电防护是一个综合的系统工程，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击危害的因素进行综合防护，才能将雷害减少到最低限度。
防雷设计应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、其用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。
综合雷电防护包括外部防雷（即直击雷防护）和内部防雷（即感应雷电防护）。
本方案仅考虑感应雷电防护设计。
4.1防雷设计依据
1．IEC61024《建筑物防雷》
2．IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》
3．GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
4．GB50057-94《建筑物防雷设计规范》
5．GB90156-92《小型石油库及汽车加油站设计规范》
6．GB50057—1994《国家防雷规范》
7．GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》
8．GB50156-200《汽车加油加气站设计与施工规范》
9．GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》
10．YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规范》
11．ITUK27《电信大楼内的连接结构和接地》
12．GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》
4.2防雷设计原则
1．应考虑环境因素、雷电活动规律、系统设备的重要性、发生雷灾后果的严重程度，分别采取相应的防护措施。
2．应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术运用、经济合理、定期检测、随机维护的原则，进行综合设计及维护。
3.应采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、合理布线、其用接地系统和安装电涌保护装置等措施进行综合防护。
必须坚持预防为主，安全第一的指导方针。
4.应根据所在地区雷暴等级、设备放置在雷电防护区的位置不同，采用不同的防护标准。
4.3确定防雷等级
建筑物的预计年雷击次数计算
建筑物年预计雷击次数应按下式计算：
N=kNgAe
（1）
式中：
N──建筑物年预计雷击次数（次／a）；
k──校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：
位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；
Ng──建筑物所处地区雷击大地的年平均密度［次／（km2·a）］；
Ae──与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
由于该加油站位于郊区马路边四周无其他建筑物所以k取2。
雷击大地的年平均密度应按下式计算：
Ng＝0.1Td
（2）
式中：
Td──年平均雷暴日，根据当地气象台、站资料确定（d／a）。
该加油站位于衡阳市，查资料得出衡阳市的雷暴日Td5.11（d／a）。
所以Ng＝0.1Td＝0.024×5.111.3＝0.2
建筑物等效面积Ae是其实际平面积向外扩大后的面积。
其计算方法分以下三个方面：
当建筑物的高H小于100m时，其等效面积按以下公式计算：
（3）
式中：
L、W、H──分别为建筑物的长、宽、高（m）。
该加油站有三栋建筑物分别是办公楼、服务区、加油棚。
规格如表1所示。
表1加油站建筑物规格图（单位：
米）
建筑物
长
宽
高
办公楼
24
6
8
服务区
20
6
7
加油棚
22
25
10
所以办公室、服务区、加油棚的等效面积Ae1、Ae2、Ae3分别为0.161、0.063、0.121。
把Ae1、Ae2、Ae3相加得到上边部分的建筑等效面积
Ae=0.345
所以N=kNgAe＝0.138
依据以上计算，并参照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”。
因此加油站防雷应按第二类防雷建筑物进行设计。
5综合防雷系统设计
传统的防雷方法主要就是直击雷的防护，其技术措施可分为接闪器、引下线、接地体等。
其中接闪器可以根据建筑物的地理位置、现有结构、重要程度等，决定是否采用避雷针、避雷带、避雷网或其联合接闪方式。
但随着微电子技术高度发展及广泛应用，传统的防雷设计方法已难以满足现代建筑防雷的需要。
根据接闪、分流（保护）、均压、屏蔽、接地、合理布线六大综合防雷要素，可以把现代防雷保护分为外部防雷保护（建筑物或设施的直击雷防护）和内部防雷保护（雷电电磁脉冲的防护）两部份，外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接雷击引起火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压以及地电位反击电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的
。
5.1外部防雷系统设计
5.1.1接闪器的设计
接闪器的是利用其高出被保护物体的突出地位，把雷电引向自身，然后经引下线、接地装置到大地，形成一条安全的雷电流通路，使被保护物免受雷击之害的一种防雷装置。
接闪器的形式有三种：
（1）独立避雷针。
（2）架空避雷线或架空避雷网。
（3）直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网。
具体材料规格见下表2
表2接闪器的材料规格
避
雷
针
针高
材料规格
圆钢（mm）
钢管（mm）
≤1m
≥φ12
≥φ20
1—2m
≥φ16
≥φ25
烟囱顶上的针
≥φ20
≥φ40
避
雷
网
（带）
材料规格
圆钢（mm）
扁钢（mm）
明敷
≥φ8
≥12×4
暗敷
≥φ10
≥20×4
烟囱顶
≥φ12
≥25×4
架空避雷
线（网）
避雷线应采用截面积≥35mm2的镀锌钢缆。
金属屋面
除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列要求：
一、金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm；
二、金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm；
三、金属板下面有易燃物品时，其厚度，铁板不应小于4mm,铜板不应小于5mm，铝板不应小于7mm；
四、金属板无绝缘被覆层。
注：
薄的油漆保护层或1mm厚沥青层或0.5mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层。
屋顶永久
金属体
除第一类防雷建筑物和GB50057第3.3.2条一款的规定外，屋顶上永久性金属物宜作为接闪器，但其各部件之间均应连成电气通路，并应符合下列规定：
一、旗杆，栏杆，装饰物等，其尺寸应符合GB50057第4.1.1条和第4.1.2条的规定。
二、钢管，钢罐的壁厚不小于2.5mm，但钢管，钢罐一旦被雷击穿，其介质对周围环境造成危险时，其壁厚不得小于4mm.
注：
利用屋顶建筑构件内钢筋作接闪器应符合GB50057第3.3.5条和第3.4.3条的规定。
防腐
除利用混凝土构件内钢筋作接闪器外，接闪器应镀锌或涂漆。
在腐蚀性较强的场所，尚应采取加大其截面或其它防腐措施。
注意
接闪器的受雷部至接地装置应是电气贯通的，不应采用在其中串联阻抗而引起电气贯通障碍的“新型”避雷针。
对生产厂商宣称有特殊功能的避雷针，首先应符合本标准在材质和尺寸上的要求，其保护范围应按滚球法计算。
加油站的建筑物、构筑物由加油棚、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、采用钢筋混凝土结构。
避雷网沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并在整个屋面组成12m×8m的网格。
加油棚采用钢架结构，其棚顶采用金属屋面，可直接利用其作为接闪器，不用再另设避雷针或避雷带。
油罐区直接采用呼吸阀作为接闪器（高度4.5m），并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。
由于加油站所在地衡阳的年平均雷暴日数为55天（多于40天），属于多雷区，要安装立避雷针做防直击雷设施，独立避雷针与被保护油罐的水平距离为4m，避雷针的高度为2m。
按滚球方法计算，使油罐呼吸阀处于其保护范围内。
因为本加油站是第二类防雷建筑物，根据下表3可得，
滚球半径为45m.
表3滚球半径和避雷网网格
建筑物防雷级别
滚球半径
（m）
避雷网网格尺寸（m）
第一类防雷建筑物
30
5×5或
6×4
第二类防雷建筑物
45
10×10或
12×8
第三类防雷建筑物
60
20×20或
24×16
避雷雷针的保护半径按国家标准GB50057—1994（建筑物防雷设计规范》中规定的滚球法计算确定。
滚球法计算公式如下：
式中rx──避雷针在hx高度的xx′平面上的保护半径（m）；
hr──滚球半径，按本规范表5．2．1确定（m）；
hx──被保护物的高度（m）；
r0──避雷针在地面上的保护半径（m）
h为避雷针高度（m）。
由于加油棚顶面平坦无突出物，避雷针直接装设在其上，因此不需要作平行于地面的平行线，直接把避雷针本身的高度代入计算，
m
图中r0表示单支避雷针的保护半径，如图2所示，一个避雷针在屋面的保护范围为
则按滚球法计算只需要在屋面处独立安装1个优化避雷针。
避雷针的制作规格：
由许多实际调查统计资料表明，避雷针的外表形状与其避雷效果无明显的关系。
所以，不必过多考虑采用单针式或者其他形式造型的避雷针。
避雷针大多采用圆钢或钢管制成，其直径要求如下：
针长1m以下：
圆钢为12mm钢管为20mm；
针长1-2m：
圆钢为16mm钢管为25mm；
烟囱顶上的针：
圆钢为20mm钢管为40mm（见GB50057-942000第四章）。
因此本设计采用长2m直径为16mm的圆钢。
图2单只避雷针的保护半径
5.1.2引下线的确定
连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。
现代建筑多利用建筑物的柱筋作避雷引下线。
因为雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击，而实践证明这种方法可以减少和避免这种反击。
它还比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与梁、楼板的钢筋都是连接在一起的，和接地网络形成了一个整体的"法拉第"笼，它们处于等电位状态，雷电流会很快被分散掉，可以避免反击和旁侧闪击的现象发生。
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，本加油站属于第二类防雷建筑，根据下表4可得，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，沿建筑物周围均匀布置。
引下线在适当地点设若干连接板,该连接板可供测量、接人工接地和作等电位连接用；将办公楼及附属建筑物内所有电器设备和金属导体做等电位连接；本设计用混凝土柱钢筋做引下线，因为是从上而下连接一体，所以不能设置断接卡子测试接地电阻。
在柱内做为引下线的钢筋上，距室外地面0.5m处的柱子外侧，另焊一根圆钢（Φ=10）引至柱外侧的墙体上，做为防雷测试点。
每根引下线处的冲击接地电阻不大于5Ω。
表4引下线的设置
建筑物防雷等级
引下线数量
引下线间距离
一类防雷建筑
≥2根
<12m
二类防雷建筑
≥2根
<18m
三类防雷建筑
≥2根
<25m
5.1.3接地装置的选择
接地装置是防雷装置的重要组成部分。
接地装置向大地泄放雷电流，限制防雷装置与其连接的金属物体对地电压不致过高。
汽车加油站的建筑物、构筑物防雷接地装置设计采用自然接地体作为接地装置。
加油站的防雷接地、防静电接地、电气设备工作接地、保护接地、信息系统的接地、等电位连接带、建筑物金属构件采用共用接地，以达到均压、等电位以减小各种接地设备之间、
升级会员 