汽车加油加气站的雷电与电涌防护.docx
《汽车加油加气站的雷电与电涌防护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车加油加气站的雷电与电涌防护.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
汽车加油加气站的雷电与电涌防护
汽车加油加气站的雷电与电涌防护
欧清礼
二○○四年十月
摘要：
本文通过对汽车加油加气站所处的环境特点，近几年加油加气
站雷击事故统计分析，加油加气站雷击事故多为侵入雷与雷电
反击造成，提出了系统综合的防雷方案。
作者简介：
原中国石化工程建筑公司电气高级工程师，曾参加国标〝石油库设计规范〞及〝加油加气站设计与施工规范〞编制。
主编供配电、防雷、防爆、防静电等有关章节。
关键词：
汽车加油站、汽车加气站、爆炸危险区、电磁封锁、避雷带
〔网〕
一、概述：
随着我国经济快速进展，人民生活水平的提高，汽车进入平民百姓家，汽车运输迅猛进展，为之提供能源配套服务的设施——汽车加油加气站的建设，如雨后春笋般的急速增加。
它对都市交通起着专门重要的作用。
随着汽车加油加气站的自动化水平的提高，如运算机计量、计价、油罐液位计量、自动火灾报警等应用越来越普遍，使近几年加油加汽站的雷电事故逐年增加，阻碍机动车加油加气，削弱了加油加气站作为都市能源枢纽的功能，也给不了解加油加气站安全性能的人们,产生不安全感。
因此，对汽车加油加气站的雷电与电涌爱护就显得专门重要了。
二、加油加气站的环境特点：
加油加气站通常具有以下几个特点：
1、地理位置：
加油加气站通常应纳入建设总体规划，设置在交通便利的城区开阔地带或郊区、道路干线、主干线、高速公路旁边等地带。
2、实施条件：
加油加气站的建筑一样都有高大的罩棚，较低一些的营业室、值班室等，一样占地面积不大，不便于多级防雷的实施。
加油加气站的油罐都采纳直截了当埋地式，不低于4m的通气管都安装有阻火器〔兼有防爆性能〕。
3、电源系统：
一样加油站都用220/380U外接电源，加气站、加油加气合建站都用6～10KV外接电源。
并独立设置电能计量装置。
电力线路一样都采纳电缆直截了当埋地敷设，进出建筑物及穿越行车道部分都应穿钢管爱护。
4、电子系统：
加油加汽站的电子系统应采纳铠装电缆或导线穿钢管配线，配线电缆金属外皮两端，爱护管两端均应作屏蔽等电位接地。
5、爆炸危险区域划分：
汽车加油加气站的爆炸危险区域划分详见«汽车加油加气站设计与施工规范»GB50156—2002，附录B。
一样只有加油加气机周围，油罐内部及通气口周围，阀井及油罐车卸车场地有时可能存在爆炸危险环境，但一样是运营操作时存在，停止运营操作时消逝。
〔卸车场地、加油场地、油罐进油时通气管周围等〕。
从以上几个特点不难发觉，从防雷击事故来看，汽车加油加气站不象有些人说的在〝高风险〞环境下运行，要采取强有力的防护措施。
只要依照国标«汽车加油加气站设计与施工规范»GB50156—2002设防，汽车加油加气站能够安全平稳的运行。
三、汽车加油加气站的雷击事故分析：
为了防止加油加气站的雷击事故，找动身生雷击事故的缘故，采取安全、可靠、经济适用的措施防雷，就能达到少投入、多产出，事半功倍的成效。
1、全国加油加气站雷击事故统计：
统计年
全国雷击事故〔次〕
全国加油加气站雷击事故〔次〕
全国加油加气站事故率%
加油机雷击坏事故（次）
加油机雷击损坏占加油站雷击事故的事故率%
备注
2001
1741
22
0.026
19
86.3
2002
3386
54
0.064
45
83.3
2003
3911
79
0.093
65
82.3
注：
1〕全国加油加气站按85000座考虑。
2）加油机雷击事故要紧是电脑加油机主控电路板击坏，占全国加油加气站事故的80%以上。
3）在统计加油加气站雷击事故时，没有发觉一次由于雷击事故造成加油加气站〔按国标要求建筑〕爆炸火灾事故的案例。
从上面全国加油加气站雷击事故统计情形看出，加油加气站的雷击事故，要紧是雷击使电子系统设备损坏事故。
其中电脑加油机主控板的雷击事故最多，占80%以上，其次是报警系统，空调、电视机等，分析缘故差不多上侵入雷与雷电反击所为，因此汽车加油加气站必须采取系统的综合防雷措施，专门应加强对侵入雷与雷电反击的防护。
四、汽车加油加气站的雷电与电涌防护：
汽车加油加气站的防雷，必须采取系统的防护措施：
即接闪、分流、接地、均压、电磁封锁、合理布线，安装电涌爱护器〔SPD〕等综合措施，才能有效的防止雷电事故，确保汽车加油加气站平稳安全的运行。
加油加气站的建筑物要紧包括：
埋地油罐、埋地液化气罐、石油液化气泵房、天燃气压缩机房、站房〔营业室、值班室、罩棚〕，地上液化石油气罐、储气瓶房等，爆炸危险区Ⅰ区的范畴较小，绝大部分是Ⅱ区。
依照国标GB50057—94«建筑物防雷设计规范»，应定为第二类防雷建筑物，它的系统防雷包括以下措施：
1、接闪：
依照汽车加油加气站所处的气象、地势、地貌、周围环境等因素进行综合分析，当该加油加气站有可能遭受直截了当雷击时〔汽车加油加气站位于高速公路、都市主干道、干道路旁的开阔地段、河流、沿湖、海边等边沿地段，建筑在多雷地区〔年雷暴日≥40d/a〕。
应在其屋面上装设避雷带〔网〕进行接闪
2、分流：
加油加气站在其屋面上安装有避雷带〔网〕接闪后，应利用柱钢筋或敷设扁钢作引下线，为使雷电流分多路引导泄入大地，降低雷电在邻近导体或电线、电缆上的感应电势或电流，应尽可能多的布置引下线，平均布置在加油加气站四周，地下部分与接地网焊接。
3、接地：
加油加气站的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、爱护接地、电子系统的接地〔逻辑地、参考地〕，SPD接地等，宜共用接地装置，其接地电阻值不应大于4Ω。
接地应围绕建筑物作环形闭合接地装置，在每根引下线处，布置2—3根垂直截了当地极，垂直截了当地极长2.5m，埋深0.7m以下，作用是降低冲击接地电阻及固定环形闭合装置，接地网应在油罐卸车场地，加油机安装处，配电盘进线处，埋地油罐通气管处等焊接出接地支线，为上述设备作接地用。
4、电磁封锁：
加油加气站的供电电源线路，应采纳铠装电缆埋地或导线穿钢管埋地引入，电缆或配线钢管长度不应小于2√ρm,〔ρ为当地土壤电阻率〕，且不应小于15m，电缆铠装及爱护管两端均应可靠接地。
加油加气站的电子系统也应采纳铠装电缆或导线穿钢管配线，配线电缆金属外皮两端，爱护管两端均应接地。
5、均压：
加油加气站围绕建筑物作环形闭合接地装置后，所有进出环形接地装置的金属管道。
电缆金属外皮，导线爱护管，均应在与环形接地装置交叉处相连。
加油站内的所有需接地的设备与构件，如油罐、加油机、通气管、配电盘、电子系统用配电盘、开关、灯具等都要与接地网相连接，为使相邻的金属导体及设备上的电势〔电压〕相等。
防止雷电反击火花及爱护操作人员产生电击，爱护设备及人身安全。
相邻的金属导体及设备应用导电体跨接。
6、合理布线：
当汽车加油加气站的屋面上装有避雷带〔网〕接闪时，动力配线与电子系统配线，应尽量远离避雷带的引下线，最好两者相距2m以上，否那么应套钢管加强屏蔽。
7．安装SPD
在供电线路及电子系统传输线上，经常会产生对其设备有破坏性的电涌波形。
为对供电设备及电子系统设备实施爱护，需在以下部位安装电涌爱护器SPD。
1供配电系统的电源端：
依照规范要求，加油加气站的220/380U电源宜采TN－C系统，在总配电箱后应采纳TN—S系统，总配电箱电源进线处PEN线作重复接地，总配电箱以后N线与PE线严格分开。
其SPD接线如图1。
PENN
加油加气站配电柜
图〔1〕
电源为TN－C系统时，总配电箱处的接线图
注：
1、上级电源柜的F1为本回路爱护电器〔熔丝或断路器〕
2、加油加气站配电柜中的F2爱护电器是爱护SPD电涌爱护器。
3、RA为接地网接地电阻。
4、当电源采纳TN－S系统时，配电柜前N线不作重复接地，必须在N与PE线之间加装一个SPD〔电涌爱护器〕。
②SPD选型要求：
A、最大冲击放电电流〔Iimp〕：
应依照建筑物的防雷类别〔加油加气站属第二类防雷建筑物〕，再依照进出建筑物的导电物〔金属管线、电力线、通信线〕进行分流。
每一导电物电流为i1=Is/2/n（KA）,（n为导电物路数），供电电缆每一芯线电流为ir=i1/m（KA）〔m为电缆芯线数〕。
当运算不可靠或有困难时，按Iimp≥12.5KA选取。
5、电流波形确定：
加油加气站的电源进线，大都采纳铠装电缆进线，与架空线T接端的电缆头应装避雷爱护，电缆铠装外与避雷器接地端并联再接地，加油加气站的配电端电缆头再接地。
因此电缆能够起到屏蔽与分流作用，此种情形可能使外进来的电流小于A项运算值，但仍应按外来分流考虑，即按A项。
少数加油加气站的电源线采纳架空进线〔不符合规范〕，架空线可能遭受直击雷或邻近遭雷击，此种情形的SPD〔配电柜侧〕，也应采纳10/350μs试验波。
C、最大连续运行电压Uc的确定：
最大连续运行电压Uc，要求SPD在此电压下长期运行可不能损坏，而最大连续运行电压Uc，要是雷击产生的过电压，此电压一样差不多上瞬态过电压，其电压幅值能够专门高，但连续时刻专门短
〔μs、ms〕。
通过SPD的能量有限，一样可不能使SPD损坏，但电网运行等因素产生的暂态过电压，其幅值比雷电过电压低，但连续时刻专门长，通过限压型〔MOV〕SPD时能量会较大，轻那么加速SPD老化，重那么使SPD过热而损坏或短路爆炸。
对开关型SPD尽管没有老化问题，但动作后有续流，当电网的暂态过电压幅值较高时，动作后的续流大而不能自行熄灭，也会使SPD爆炸，因此选择Uc要结合电网接地系统确定，对加油加气站而言，依照规范规定采纳的是TN—C—S系统，现在选取Uc≥1.15U0，当接于L与PE或PEN之间或L与N之间的SPD，按相关标准通过做了低压对地短路即1.45U0时刻5S的暂态过电压试验时就能够了〔U0为供电系统相电压〕。
D、SPD的爱护水平Up值的确定：
供电系统安装SPD的目的是爱护电气设备。
如图〔2〕
Up
L
△Up1
N
PE
△Up2
图〔2〕SPD与被爱护设备的关系
当SPD动作时，雷电流流过SPD，SPD将过电压降到Up值，而设备所承担的电压是Up+△Up1+△Up2=U，由此可见，被爱护设备所承担的电压是SPD的爱护水平加上两端的引线电压降。
因此要求两端引线越短越好，其总长度不超过0.5m为佳。
当满足以下条件时，可仅在电源进户处安装一套SPD：
1）电源进线处安装的SPD其爱护水平Up≦2.5Kv。
2）需爱护设备距电源处SPD距离不小于10m，且SPD的爱护水平Up加上两端引线的感应电压，对限压型SPD要求〔Up＋ΔUp1+ΔUp2〕≤0.8Uw.对开关型SPD要求Up或〔ΔUp1+ΔUp2〕大者≤0.8Uw。
对限压开关混和型SPD要求〔Up＋ΔUp1+ΔUp2〕≤0.8Uw。
〔Uw被爱护设备耐压水平〕假设在进线处安装的一套SPD达不到所要求的爱护水平常，应在同一处增设附加配合和谐好的SPD，以确保达到所要求的电压爱护水平。
220/380V绝缘配合如下表：
设备位置
电源处
配电线分支线路
用电设备
专门需要
耐冲击电压类别
Ⅳ类
Ⅲ类
Ⅱ类
Ⅰ类
耐冲击电压额定值〔KV〕
6
4
2.5
1.5
汽车加油加气站防雷接地平面图见图3：
8
110331211通讯
2265电力
22水管线
337
84
9
1.罩棚2.加油机3.立柱4.埋地油罐5.供配电柜6.给加油机配线
7.油罐通气管8.卸车静电接地卡9.环形闭合接地网10.避雷带〔网〕
11.UPS柜12.运算系统配电柜
图〔3〕
注：
1、本图为典型4台加油机，4个埋地罐的平面图。
2、加油站屋面加装避雷带网防直击雷，此加油站要建在周围有高大的建筑物爱护或在雷暴日≤30d/a的地区，加油站能够用避雷带〔网〕防直击雷。
例：
上图SPD1的上安与选择
户变压UPS
外SPD3
架SPD1PE
空
线
SPD2
SPD1:
氧化锌避雷器〔户外型〕
SPD2:
powersetbc/3+1〔混合型SPD〕
SPD3:
PT2PE/s－230AC
图〔4〕
依照国标«建筑物防雷设计规范»GB50057—94〔2000版〕第2.2.3条的规定：
加油加气站属第二类防雷建筑物，按其附表6.1和6.2，雷电流幅值分别为150kA和平共处37.5kA，波头时刻分别为10μs和0.25μs
按图3有3回导体，每回导体电流为：
ii1=150kA/2/3=25kA
ii2=37.5kA/2/3=6.25kA
电源电缆电流为：
因有电缆段屏蔽：
ii1=25kA×0.3=7.5kA
对Ⅰ级分类试验的SPD2每一芯线电流为：
Ipek>7.5/3=2.5kA〔10/350μs〕就能够了。
但电压爱护水平必须小于UPS设备的耐压值（1.5kV）,可采纳德国PHOENIX生产的具有AEC主动能量点火技术的混合型防雷器：
POWERSETBC/3+1，其爱护水平小于等于900V,通流量50KA.目前在许多行业都得到了广泛的使用!
SPD3：
PHOENIXPT2PE/S－230ACImax≥10kAUc=260VACUN=440VAC
五、终止语：
汽车加油加气站环境不应视为雷电高风险地区，依据GB50057—94〔2000版〕«建筑物防雷设计规范»，应该按二类防雷建筑物考虑。
其油罐采纳直埋地下式，通气口装有阻火器〔有阻爆功能〕，对雷电自身有防护能力，不应装设避雷针爱护，依据GB50156—2002«汽车加油加气站设计与施工规范»分三级安装防雷器〔SPD1SPD2SPD3〕考虑，再加上其它六项措施，汽车加油加气站的雷电事故能够降低或排除。
参考文献：
1、GB50057—94〔2000版〕«建筑物防雷设计规范»
2、GB50156—2000版«汽车加油加气站设计与施工规范»
3、GB50074—2000版«石油库设计规范»
4、许颖：
电缆段的雷电流的试验研究«防雷世界»2004.1
5、QX3—2000«气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范»
6、IEC61312«雷电电磁脉冲的防护»
升级会员 