汽車加油加氣站的雷電與電涌防護

1、汽車加油加氣站的雷電與電涌防護 歐清禮 二四年十月摘要：本文通過對汽車加油加氣站所處的環(huán)境特點，近幾年加油加氣站雷擊事故統(tǒng)計分析，加油加氣站雷擊事故多為侵入雷與雷電反擊造成，提出了系統(tǒng)綜合的防雷方案。作者簡介：原中國石化工程建筑公司電氣高級工程師，曾參加國標(biāo)“石油庫設(shè)計規(guī)范”及“加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范”編制。主編供配電、防雷、防爆、防靜電等有關(guān)章節(jié)。關(guān)鍵詞：汽車加油站、汽車加氣站、爆炸危險區(qū)、電磁封鎖、避雷帶（網(wǎng)）一、 概述：隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平的提高，汽車進入平民百姓家，汽車運輸迅猛發(fā)展，為之提供能源配套服務(wù)的設(shè)施汽車加油加氣站的建設(shè)，如雨后春筍般的急速增加。它對城市交通起著

2、很重要的作用。隨著汽車加油加氣站的自動化水平的提高，如計算機計量、計價、油罐液位計量、自動火災(zāi)報警等應(yīng)用越來越普遍，使近幾年加油加汽站的雷電事故逐年增加，影響機動車加油加氣，削弱了加油加氣站作為城市能源樞紐的功能，也給不了解加油加氣站安全性能的人們,產(chǎn)生不安全感。因此，對汽車加油加氣站的雷電與電涌保護就顯得非常重要了。二、 加油加氣站的環(huán)境特點：加油加氣站通常具有以下幾個特點：1、 地理位置：加油加氣站通常應(yīng)納入建設(shè)總體規(guī)劃，設(shè)置在交通便利的城區(qū)開闊地帶或郊區(qū)、道路干線、主干線、高速公路旁邊等地帶。2、 實施條件：加油加氣站的建筑一般都有高大的罩棚，較低一些的營業(yè)室、值班室等，一般占地面積不大

3、，不便于多級防雷的實施。加油加氣站的油罐都采用直接埋地式，不低于4m的通氣管都安裝有阻火器（兼有防爆性能）。3、 電源系統(tǒng)：一般加油站都用220/380U外接電源，加氣站、加油加氣合建站都用610KV外接電源。并獨立設(shè)置電能計量裝置。電力線路一般都采用電纜直接埋地敷設(shè)，進出建筑物及穿越行車道部分都應(yīng)穿鋼管保護。4、 電子系統(tǒng)：加油加汽站的電子系統(tǒng)應(yīng)采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線，配線電纜金屬外皮兩端，保護管兩端均應(yīng)作屏蔽等電位接地。5、 爆炸危險區(qū)域劃分：汽車加油加氣站的爆炸危險區(qū)域劃分詳見汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范GB501562002，附錄B。一般只有加油加氣機周圍，油罐內(nèi)部及通氣口周圍，

4、閥井及油罐車卸車場地有時可能存在爆炸危險環(huán)境，但一般是運營操作時存在，停止運營操作時消失。（卸車場地、加油場地、油罐進油時通氣管周圍等）。從以上幾個特點不難發(fā)現(xiàn)，從防雷擊事故來看，汽車加油加氣站不象有些人說的在“高風(fēng)險”環(huán)境下運行，要采取強有力的防護措施。只要根據(jù)國標(biāo)汽車加油加氣站設(shè)計與施工規(guī)范GB501562002設(shè)防，汽車加油加氣站可以安全平穩(wěn)的運行。三、 汽車加油加氣站的雷擊事故分析：為了防止加油加氣站的雷擊事故，找出發(fā)生雷擊事故的原因，采取安全、可靠、經(jīng)濟適用的措施防雷，就能達(dá)到少投入、多產(chǎn)出，事半功倍的效果。1、 全國加油加氣站雷擊事故統(tǒng)計：統(tǒng)計年全國雷擊事故（次）全國加油加氣站雷擊

5、事故（次）全國加油加氣站事故率%加油機雷擊壞事故(次)加油機雷擊損壞占加油站雷擊事故的事故率%備注20011741220.0261986.320023386540.0644583.320033911790.0936582.3注：1） 全國加油加氣站按85000座考慮。2） 加油機雷擊事故主要是電腦加油機主控電路板擊壞，占全國加油加氣站事故的80%以上。3） 在統(tǒng)計加油加氣站雷擊事故時，沒有發(fā)現(xiàn)一次由于雷擊事故造成加油加氣站（按國標(biāo)要求建造）爆炸火災(zāi)事故的案例。從上面全國加油加氣站雷擊事故統(tǒng)計情況看出，加油加氣站的雷擊事故，主要是雷擊使電子系統(tǒng)設(shè)備損壞事故。其中電腦加油機主控板的雷擊事故最多，占

6、80%以上，其次是報警系統(tǒng)，空調(diào)、電視機等，分析原因都是侵入雷與雷電反擊所為，因此汽車加油加氣站必須采取系統(tǒng)的綜合防雷措施，特別應(yīng)加強對侵入雷與雷電反擊的防護。四、 汽車加油加氣站的雷電與電涌防護：汽車加油加氣站的防雷，必須采取系統(tǒng)的防護措施：即接閃、分流、接地、均壓、電磁封鎖、合理布線，安裝電涌保護器（SPD）等綜合措施，才能有效的防止雷電事故，確保汽車加油加氣站平穩(wěn)安全的運行。加油加氣站的建筑物主要包括：埋地油罐、埋地液化氣罐、石油液化氣泵房、天燃?xì)鈮嚎s機房、站房（營業(yè)室、值班室、罩棚），地上液化石油氣罐、儲氣瓶房等，爆炸危險區(qū)區(qū)的范圍較小，絕大部分是區(qū)。根據(jù)國標(biāo)GB5005794建筑物防

7、雷設(shè)計規(guī)范，應(yīng)定為第二類防雷建筑物，它的系統(tǒng)防雷包括以下措施：1、接閃：根據(jù)汽車加油加氣站所處的氣象、地形、地貌、周圍環(huán)境等因素進行綜合分析，當(dāng)該加油加氣站有可能遭受直接雷擊時（汽車加油加氣站位于高速公路、城市主干道、干道路旁的開闊地段、河流、沿湖、海邊等邊沿地段，建造在多雷地區(qū)（年雷暴日40d/a）。應(yīng)在其屋面上裝設(shè)避雷帶（網(wǎng)）進行接閃2、分流：加油加氣站在其屋面上安裝有避雷帶（網(wǎng)）接閃后，應(yīng)利用柱鋼筋或敷設(shè)扁鋼作引下線，為使雷電流分多路引導(dǎo)泄入大地，降低雷電在附近導(dǎo)體或電線、電纜上的感應(yīng)電勢或電流，應(yīng)盡可能多的布置引下線，均勻布置在加油加氣站四周，地下部分與接地網(wǎng)焊接。3、接地：加油加氣站

8、的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護接地、電子系統(tǒng)的接地（邏輯地、參考地），SPD接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻值不應(yīng)大于4。接地應(yīng)圍繞建筑物作環(huán)形閉合接地裝置，在每根引下線處，布置23根垂直接地極，垂直接地極長2.5m，埋深0.7m以下，作用是降低沖擊接地電阻及固定環(huán)形閉合裝置，接地網(wǎng)應(yīng)在油罐卸車場地，加油機安裝處，配電盤進線處，埋地油罐通氣管處等焊接出接地支線，為上述設(shè)備作接地用。4、電磁封鎖： 加油加氣站的供電電源線路，應(yīng)采用鎧裝電纜埋地或?qū)Ь€穿鋼管埋地引入，電纜或配線鋼管長度不應(yīng)小于2 m,（為當(dāng)?shù)赝寥离娮杪剩?且不應(yīng)小于15m，電纜鎧裝及保護管兩端均應(yīng)可靠接地。加油

9、加氣站的電子系統(tǒng)也應(yīng)采用鎧裝電纜或?qū)Ь€穿鋼管配線，配線電纜金屬外皮兩端，保護管兩端均應(yīng)接地。5、均壓： 加油加氣站圍繞建筑物作環(huán)形閉合接地裝置后，所有進出環(huán)形接地裝置的金屬管道。電纜金屬外皮，導(dǎo)線保護管，均應(yīng)在與環(huán)形接地裝置交叉處相連。加油站內(nèi)的所有需接地的設(shè)備與構(gòu)件，如油罐、加油機、通氣管、配電盤、電子系統(tǒng)用配電盤、開關(guān)、燈具等都要與接地網(wǎng)相連接，為使相鄰的金屬導(dǎo)體及設(shè)備上的電勢（電壓）相等。防止雷電反擊火花及維護操作人員產(chǎn)生電擊，保護設(shè)備及人身安全。相鄰的金屬導(dǎo)體及設(shè)備應(yīng)用導(dǎo)電體跨接。6、合理布線： 當(dāng)汽車加油加氣站的屋面上裝有避雷帶（網(wǎng)）接閃時，動力配線與電子系統(tǒng)配線，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離避雷帶的

10、引下線，最好兩者相距2m以上，否則應(yīng)套鋼管加強屏蔽。7安裝SPD 在供電線路及電子系統(tǒng)傳輸線上，經(jīng)常會產(chǎn)生對其設(shè)備有破壞性的電涌波形。為對供電設(shè)備及電子系統(tǒng)設(shè)備實施保護，需在以下部位安裝電涌保護器SPD。 供配電系統(tǒng)的電源端：根據(jù)規(guī)范要求，加油加氣站的220/380U電源宜采TNC系統(tǒng)，在總配電箱后應(yīng)采用TNS系統(tǒng)，總配電箱電源進線處PEN線作重復(fù)接地，總配電箱以后N線與PE線嚴(yán)格分開。其SPD接線如圖1。2F1 1L1 L1L2 L2L3 L3 電 源 PE上級電源柜 進 線 段 F2 SPD 配電箱外殼 3 RAPEN N 加油加氣站配電柜 圖（1） 電源為TNC系統(tǒng)時，總配電箱處的接線圖

11、注：1、上級電源柜的F1為本回路保護電器（熔絲或斷路器）2、加油加氣站配電柜中的F2保護電器是保護SPD電涌保護器。3、 RA為接地網(wǎng)接地電阻。4、 當(dāng)電源采用TNS系統(tǒng)時，配電柜前N線不作重復(fù)接地，必須在N與PE線之間加裝一個SPD（電涌保護器）。 SPD選型要求：A、最大沖擊放電電流（Iimp）：應(yīng)根據(jù)建筑物的防雷類別（加油加氣站屬第二類防雷建筑物），再根據(jù)進出建筑物的導(dǎo)電物（金屬管線、電力線、通信線）進行分流。每一導(dǎo)電物電流為i1=Is/2/n(KA),(n為導(dǎo)電物路數(shù))，供電電纜每一芯線電流為ir=i1/m(KA)（m為電纜芯線數(shù)）。當(dāng)計算不可靠或有困難時，按Iimp12.5KA選取。

12、5、 電流波形確定：加油加氣站的電源進線，大都采用鎧裝電纜進線，與架空線T接端的電纜頭應(yīng)裝避雷保護，電纜鎧裝外與避雷器接地端并聯(lián)再接地，加油加氣站的配電端電纜頭再接地。因此電纜可以起到屏蔽與分流作用，此種情況可能使外進來的電流小于A項計算值，但仍應(yīng)按外來分流考慮，即按A項。少數(shù)加油加氣站的電源線采用架空進線（不符合規(guī)范），架空線可能遭受直擊雷或附近遭雷擊，此種情況的SPD（配電柜側(cè)），也應(yīng)采用10/350s試驗波。C、 最大持續(xù)運行電壓Uc的確定：最大持續(xù)運行電壓Uc，要求SPD在此電壓下長期運行不會損壞，而最大持續(xù)運行電壓Uc，要是雷擊產(chǎn)生的過電壓，此電壓一般都是瞬態(tài)過電壓，其電壓幅值可以很

13、高，但持續(xù)時間很短（s、ms）。通過SPD的能量有限，一般不會使SPD損壞，但電網(wǎng)運行等因素產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓，其幅值比雷電過電壓低，但持續(xù)時間很長，通過限壓型（MOV）SPD時能量會較大，輕則加速SPD老化，重則使SPD過熱而損壞或短路爆炸。對開關(guān)型SPD雖然沒有老化問題，但動作后有續(xù)流，當(dāng)電網(wǎng)的暫態(tài)過電壓幅值較高時，動作后的續(xù)流大而不能自行熄滅，也會使SPD爆炸，所以選擇Uc要結(jié)合電網(wǎng)接地系統(tǒng)確定，對加油加氣站而言，根據(jù)規(guī)范規(guī)定采用的是TNCS系統(tǒng)，此時選取Uc1.15U0 ，當(dāng)接于L與PE或PEN之間或L與N之間的SPD ，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通過做了低壓對地短路即1.45U0時間5S的暫態(tài)過電壓試

14、驗時就可以了（U0為供電系統(tǒng)相電壓）。D、 SPD的保護水平Up值的確定：供電系統(tǒng)安裝SPD的目的是保護電氣設(shè)備。如圖（2）設(shè)備 Up L Up1 N PE Up2SPD圖（2）SPD與被保護設(shè)備的關(guān)系當(dāng)SPD動作時，雷電流流過SPD，SPD將過電壓降到Up值，而設(shè)備所承受的電壓是Up+Up1+Up2=U，由此可見，被保護設(shè)備所承受的電壓是SPD的保護水平加上兩端的引線電壓降。因此要求兩端引線越短越好，其總長度不超過0.5m為佳。當(dāng)滿足以下條件時，可僅在電源進戶處安裝一套SPD：1） 電源進線處安裝的SPD其保護水平Up2.5Kv。2） 需保護設(shè)備距電源處SPD距離不小于10m，且SPD的保護

15、水平Up加上兩端引線的感應(yīng)電壓，對限壓型SPD要求（UpUp1+Up2）0.8Uw.對開關(guān)型SPD要求Up或（Up1+Up2）大者0.8Uw。對限壓開關(guān)混和型SPD要求（UpUp1+Up2）0.8Uw。（Uw被保護設(shè)備耐壓水平）若在進線處安裝的一套SPD達(dá)不到所要求的保護水平時，應(yīng)在同一處增設(shè)附加配合協(xié)調(diào)好的SPD，以確保達(dá)到所要求的電壓保護水平。220/380V絕緣配合如下表：設(shè)備位置電源處配電線分支線路用電設(shè)備特殊需要耐沖擊電壓類別類類類類耐沖擊電壓額定值（KV）642.51.5汽車加油加氣站防雷接地平面圖見圖3： 8UPS 1 10 3 3 12 11 通訊 2 2 6 5 電力 2 2

16、 水管線 3 3 7 8 4 9 1. 罩棚 2.加油機 3.立柱 4.埋地油罐 5.供配電柜 6.給加油機配線 7.油罐通氣管 8.卸車靜電接地卡9.環(huán)形閉合接地網(wǎng)10.避雷帶（網(wǎng)）11.UPS柜 12.計算系統(tǒng)配電柜 圖 （3）注：1、 本圖為典型4臺加油機，4個埋地罐的平面圖。2、 加油站屋面加裝避雷帶網(wǎng)防直擊雷，此加油站要建在周圍有高大的建筑物保護或在雷暴日30d/a的地區(qū)，加油站可以用避雷帶（網(wǎng)）防直擊雷。例：上圖SPD1的上安與選擇 戶 變壓 UPS外 SPD3架 SPD1 PE空線 SPD2SPD1:氧化鋅避雷器（戶外型）SPD2:powersetbc/3+1（混合型SPD）SP

17、D3 :PT2PE/s230AC圖 （4） 根據(jù)國標(biāo)建筑物防雷設(shè)計規(guī)范GB5005794（2000版）第2.2.3條的規(guī)定：加油加氣站屬第二類防雷建筑物，按其附表6.1和6.2，雷電流幅值分別為150kA和平共處37.5kA，波頭時間分別為10s和0.25s按圖3有3回導(dǎo)體，每回導(dǎo)體電流為：ii1=150kA/2/3=25kAii2=37.5kA/2/3=6.25kA電源電纜電流為：因有電纜段屏蔽：ii1=25kA×0.3=7.5kA對級分類試驗的SPD2每一芯線電流為：Ipek>7.5/3=2.5kA（10/350s）就可以了。但電壓保護水平必須小于UPS設(shè)備的耐壓值(1.5kV),可采用德國PHOENIX生產(chǎn)的具有AEC主動能量點火技術(shù)的混合型防雷器：POWERSET BC/3+1，其保護水平小于等于900V,通流量50KA.目前在許多行業(yè)都得到了廣泛的使用!SPD3 ：PHOENIX PT2 PE/S230AC Imax10kA Uc=260VAC UN =440VAC五、 結(jié)束語：汽車加油加氣站環(huán)境不應(yīng)視為雷電高風(fēng)險地區(qū)，依據(jù)GB5005794（2000版）建筑物防雷設(shè)計規(guī)范，應(yīng)該按二類防雷建筑物考慮。其油罐采用