加油站綜合防雷設(shè)計方案

一、前言

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)施也在的速度地增加。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、及財產(chǎn)的安全，削弱了加油站作為城市能源樞紐的功能，在避雷檢測和雷災(zāi)事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn),有些加油站由于防雷設(shè)計不完善,沒有考慮加油站的綜合防雷能力，致使加油站遭受雷擊的事故時有發(fā)生。如1998年江浦加油站兩臺加油機被雷擊壞，順風(fēng)加油站的配電柜被雷擊毀。1999年4～5月間永興加油站的加油機多次被雷擊壞。因此對加油站的雷電綜合防護是非常重要的。綜合防雷包括外部直擊雷的防護、內(nèi)部感應(yīng)雷的防護 、屏蔽、等電位及接地。

1、加油站的環(huán)境特點

①　地理位置：加油站通常設(shè)在城區(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：近年來，隨著國家主管部門對石化系統(tǒng)防雷的重視，加油站的機械防雷部分（避雷針和地網(wǎng)等）逐步有所改善，建筑物得到了較好的保護；但是缺乏對感應(yīng)雷的認識和防護，加油機和控制設(shè)備經(jīng)常受感應(yīng)雷攻擊。

③　電源和通信線路通常都是架空明線到站區(qū)附近在埋地引入建筑物。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。

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；隨著科技的進步，加油站的電子設(shè)備也越來越多，越來越精密。受感應(yīng)雷攻擊的機會增加，承受能力卻更低。應(yīng)此給加油站做綜合防雷防護裝置非常必要。

2、加油站的設(shè)備布局

①　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)附近再地埋引入總配電室或發(fā)電機房；然后從總配電屏埋地進入加油臺、控制室和辦公區(qū)；從加油臺分至加油機。

②　通信系統(tǒng)：每支油槍的計量數(shù)據(jù)由485通信線經(jīng)過加油機底部埋地進入控制室；控制室把統(tǒng)計數(shù)據(jù)通過ADSL等通信線路實時或限時向上一級結(jié)算網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。

③　辦公區(qū)電腦設(shè)備通過局域網(wǎng)相連。

3、加油站常見的感應(yīng)雷擊事故和原因

①　總配電室內(nèi)防雷器被打壞。主要原因是防雷裝置的技術(shù)不過關(guān)或者通流容量太小，因為通過架空電路引入的雷電非常強勁，一次雷擊有多次的浪涌，如果安裝的是單通路保護模式的防雷器，只要前一次擊穿，后面的浪涌就可直接通過，破壞設(shè)備；或者保護防雷器的空氣開關(guān)直接跳閘，防雷器得到了保存，但是不起保護作用。雷無定勢，從架空電纜引入的雷電，相間的感應(yīng)率非常高，在總電屏處接受的雷電攻擊最強烈，因此，總配電柜安裝合適的防雷器至關(guān)重要。

②　加油機控制電路板被打壞。主要有兩種愿因造成：

A、當(dāng)總配電屏的防雷器不起作用的時候（空氣開關(guān)跳閘或者防雷器被打壞來不及維修），電流就可以通過電源線直接擊毀加油機的電路板；

B、有些加油站的地網(wǎng)沒有改造好，雷電通過避雷針向下泄流時，產(chǎn)生地電位反擊，對埋在加油機下面的電線和信號線產(chǎn)生感應(yīng)電流，對電路板進行破壞。

③　控制室內(nèi)負責(zé)對上級網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的電腦網(wǎng)卡被打壞。所以有很多加油站在打雷時就把通信線拔下來，這樣有時會影響正常的數(shù)據(jù)交換。

④　辦公區(qū)域的電腦和程控交換機被打壞。有的通過電源引雷，有的是通過網(wǎng)線引雷導(dǎo)致，但是一般的加油站都沒有給辦公區(qū)域安裝防感應(yīng)雷裝置的預(yù)算。

4、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；

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米的常規(guī)加油站的預(yù)計雷擊次數(shù)為：

N = kNgAe≈0.15次/a

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條的要求，其屬于標(biāo)準(zhǔn)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IaⅡAT3。

二、方案設(shè)計依據(jù)

1、GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》

2、GB15599-95《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》

3、GB 50074-2002《石油庫設(shè)計規(guī)范》

4、IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》

5、GB 50058-92《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力設(shè)計規(guī)范》

6、GB 50174-93《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》

7、YD/T5098 《通信局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》

8、GB 2887-89《計算機場地安全要求》

三、設(shè)計方案

加油站屬第二類防雷建筑物，其綜合防雷應(yīng)從下述幾個方面加以考慮：

1、建筑物的直擊雷防護

　依據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，由于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10m×10m或8m×12m），因此只需要沿天面四邊設(shè)避雷帶，在四角設(shè)50cm高避雷短針進行防護即可。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100cm避雷針。

2、油罐的直擊雷防護及接地

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，其間弧形距離不應(yīng)＞30m，接地體距罐壁應(yīng)不小于3m。油罐頂板厚度＜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。但在多雷區(qū)（年平均雷暴日數(shù)多于40天），也可裝防直擊雷設(shè)施。

獨立避雷針與被保護油罐的水平距離不應(yīng)＜3m，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、加油站的感應(yīng)雷的防護

加油站大部分雷擊事故是雷電波通過電源線、電話線、數(shù)據(jù)線、網(wǎng)絡(luò)線傳導(dǎo)而發(fā)生的。做好這些信號線路的保護是加油站防雷的重要組成部分。

（1）電源配電系統(tǒng)的防雷

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)三級保護，可防范從直擊雷到操作浪涌的各級過電壓的侵襲。

具體措施

①　電源一級防雷

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6.4.7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，因此每線分配電流為：In =[150 KA×50%]÷4 =18.75KA，按《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章：第四節(jié)：第6.4.7條要求每線標(biāo)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6.4.4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。

在加油站380V低壓總配電柜內(nèi)，總斷路器（熔斷器）后，漏電保護器前安裝通流量在50-100KA的三相電源防雷箱，配有正常（綠）和故障（紅）指示燈，遠程告警端子和雷電計數(shù)器，用于整個加油站所有用電設(shè)備的第一級電源防護，電源線選用耐油性能良好的帶塑料護套的RVV型4×2.5mm2絕緣線引入。

②　電源二級防雷

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6.4.12條LPZ1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8/20μs波形，通流容量20KA?！督ㄖ锓览自O(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Ⅲ類耐沖擊過壓，其耐壓為4KV。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。

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)大廳電源配電箱旁分別安裝三相電源防雷箱或模塊式三相電源防雷器電源線選用耐油性能良好的帶塑料護套的RVV型4×2.5mm2絕緣線引入。用于加油機用電的第二級電源防護。

③　電源三級防雷

根據(jù)IEC 61312-3雷電電磁脈沖的防護 第三部分：浪涌保護器的要求，在LPZ2-LPZ3區(qū)內(nèi)，浪涌保護器可將浪涌電壓限制到一千多伏，防雷器通流容量為（8/20μs）：≥10KA。

在營業(yè)大廳計算機管理設(shè)備、UPS電源、票據(jù)打印設(shè)備、加油機數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及其它精密設(shè)備的電源開關(guān)處使用插座式電源防雷器，用于電源系統(tǒng)的第三級保護。

（2）信號系統(tǒng)防雷

在雷擊發(fā)生時，產(chǎn)生巨大瞬變電磁場，在3KM范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)、信號及通訊金屬連線等都會感應(yīng)到雷擊，將會影響網(wǎng)絡(luò)、信號及通訊系統(tǒng)的正常運行甚至徹底破壞系統(tǒng)。對于網(wǎng)絡(luò)、信號及通訊方面的防雷工作是較易被忽視的，往往是當(dāng)系統(tǒng)受到巨大破壞、資料損失慘重時才想到應(yīng)該做預(yù)先的防范。 本方案中網(wǎng)絡(luò)、信號設(shè)備防護方面，依據(jù)GB 50174-93《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》、YD/T5098 《通信局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》、GB 2887-89《計算機場地安全要求》中信號系統(tǒng)雷電及過電壓防護要求。

具體措施

①　在油罐液位儀控制器每對485數(shù)據(jù)信號線端分別串聯(lián)安裝1套控制信號防雷器

②　在每組加油機內(nèi)數(shù)據(jù)采集器、加油機控制總線處安裝數(shù)據(jù)通訊控制信號防雷器，一般將防雷器安裝于防爆箱中，用于每組加油機內(nèi)數(shù)據(jù)采集器和中控主板信號線路的防雷保護。

③　在便利店收款臺下的稅控主機的加油機數(shù)據(jù)傳輸線上安裝數(shù)據(jù)通訊控制信號防雷器，用于稅控主機信號線路的防雷保護。

④　加油站大多建在開闊地帶的公路兩旁，電話線很多是架空引入的，雷電波很容易通過電話線輸入而擊毀電話機。因此有必要做好電話線的防雷。最好的辦法是在電話線進入室內(nèi)前，穿金屬管埋地（埋地長度不宜小于2ρ），金屬管首尾接到地極上引入。并安裝專用的電話防雷器。

⑤　在辦公機房ADSL網(wǎng)絡(luò)通訊線、ISND網(wǎng)絡(luò)通訊線、PSTN撥號網(wǎng)絡(luò)通訊線的MODEN前，即網(wǎng)絡(luò)通訊線路的進線端，安裝網(wǎng)絡(luò)信號信防雷器，用于各設(shè)備網(wǎng)卡及網(wǎng)絡(luò)通信線路的防雷保護。

⑥　在辦公機房監(jiān)控設(shè)備機柜由建筑外加油坪進入的攝像機視頻傳輸線路上安裝視頻信息系統(tǒng)電涌保護器，用于監(jiān)控設(shè)備視信號線路的防雷保護。

⑦　在室外加油坪的攝像機安裝監(jiān)控攝像機多功能防雷器，球機用電源、網(wǎng)絡(luò)信號線二合一防雷器，固定槍機用電源、網(wǎng)絡(luò)信號線二合一防雷器，其中根據(jù)攝像機供電電壓不同，有AC24V、DC24V，DC12V可選，用于戶外監(jiān)控攝像機的防雷保護。

4、屏蔽和等電位連接

等電位連接的目的，在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬部件和各系統(tǒng)之間的電位差，防止雷電反擊。因此必須建立完善的屏蔽及等電位連接。

加油站建筑物之間的連接電纜應(yīng)敷設(shè)在金屬管道內(nèi)，這些金屬管道從一端到另一端應(yīng)全線電氣貫通，并連到各建筑物的等電位連接帶上。電纜屏蔽層也應(yīng)連到這些連接帶上。

將進入建筑物的各類金屬管線的屏蔽層、機架等在進入建筑物前進行等電位連接后接地，在進入設(shè)備房前再進行二次等電位連接后接地。

在建筑物入口處，即LPZ0B與LPZ1區(qū)交界進行總等電位連接后接地，在后續(xù)的雷電防護區(qū)交界處按總等電位連接的方法進行局部等電位連接，連接主體包含系統(tǒng)設(shè)備本身（含外露可導(dǎo)電部分）、PE線、機柜、機架、電氣和電子設(shè)備的外殼、直流工作地、防靜電接地、金屬屏蔽線纜外層、管道（水管、采暖和空調(diào)管道等金屬管道）、屏蔽槽、防雷器器SPD的接地等均以最短的距離就近與這個等電位連接帶直接連接。

架空電力線由于終端桿引下后應(yīng)更換為屏蔽電纜，進入建筑物前應(yīng)水平直埋50m以上，應(yīng)大于0.6m，屏蔽層兩端接地，非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并水平直埋50m以上，鐵管接地。

在計算機機房、監(jiān)控機房、消防機房、程控交換機房等防靜電地板下面沿墻四周分別加裝等電位銅排，規(guī)格40mm*3mm。機房內(nèi)的安全保護接地，信號工作地，屏蔽接地，防靜電接地和防雷器接地等均應(yīng)連接到局部等電位接地端子板上。機房內(nèi)金屬設(shè)備、機柜外殼等均連接到等電位銅排上做保護接地，保護接地線用6mm2多股絕緣銅地線。防靜電地板支架與等電位銅排的接地采用軟銅帶。等電位銅排與層接地端子的連接，采用不小于35mm2多股絕緣銅地線。

各級防雷器（SPD）連接導(dǎo)線應(yīng)平直，其長度不宜超0.5米。帶有接線端子的電源線路應(yīng)采用壓接；帶有接線柱的防雷器宜采用線鼻子與接線柱連接。

具體措施

①　配電房內(nèi)設(shè)置一塊50×300×5mm銅排，供配電房總配電柜及加油機分配控制柜的接地使用。

②　在便利店收銀機下面墻面上設(shè)置一塊50×300×5mm銅排，分別引6mm2銅導(dǎo)線到相關(guān)設(shè)備金屬外殼接地螺絲上。

③　在機房墻面上設(shè)置一塊50×300×5mm銅排，分別引16mm2銅導(dǎo)線至網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控機柜。

5、防雷接地系統(tǒng)

加油站的地網(wǎng)分為直擊雷保護接地（其接地電阻要求≤10Ω）、防靜電接地（其接地電阻要求≤10Ω）、電源工作接地（其接地電阻要求≤10Ω）、信號線路直流工作接地（其接地電阻要求≤4Ω）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GB 50074-2002《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≤4Ω。

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40×4mm鍍鋅扁鋼，埋深0.8米；垂直接地體使用L50×50×5×2000mm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。

說明：上表防雷器數(shù)量僅作參，安裝防雷器實際數(shù)量應(yīng)以現(xiàn)場實際情況來定。