汽车加油站系统防雷设计.docx

汽车加油站系统防雷设计(一)引言伴随我国经济迅速发展，都市综合灾害防御规划与都市建设规划共同进行已成为各地政府规划都市建设重要内容之一。伴随地方经济发展和人民生活水平提高，各地机动车辆也在迅速增长，都市机动车公共加油站这一为之提供能源配套服务设施也在速度增长。加油站在都市交通建设中起着重要作用，也是都市灾害救济中重要能源基地，不过近年来加油站雷电灾害事故频繁发生，直接威胁到加油站周围人群和建筑物安全，减弱了加油站作为都市能源枢纽功能，因此对加油站雷电综合防护是非常重要。1、汽车加油站环境特点加油站一般具有如下几种特点：1）地理位置：加油站一般设在城区开阔地带或郊区、山区、乡村、高速公路等道路边开阔地带；2）实行条件：无论在城区还是乡村，这些加油站建筑往往都不具有符合规定防雷实行（包括外部防雷、内部防雷和地网等等）。此外，加油站营业建筑面积一般都很小，不便于多级防雷方案实行；3）电源系统：一般加油站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，部分加油站是由10KV电力线架空接入，经变压器后再地埋引入建筑。在乡村和山区有时主线没有地埋措施，因此非常轻易感应雷电电磁脉冲；4）通信网络系统：引入加油站ISDN等通信线路一般也是由户外架空明线引入，并且一般未安装专用电涌保护器（SPD）做雷电防护措施。从以上几种特点不难发现，从雷电防护角度来看，加油站一般都运行于高风险环境下，即对于雷害风险暴露程度很高，因此需要采用强有力防护措施。根据GB50057-94建筑物防雷设计规范、GB15599-95石油与石油设施雷电安全规范、GB50074-石油库设计规范等国标及IEC61312雷电电磁脉冲防护原则，其电源线路至少应采用两级雷电防护，信号线路至少应采用一级雷电防护才能到达雷电防护规定。但目前状况是，大多数加油站都没有进行电源线路和信号线路雷电过电压防护。鉴于加油站上述特点和规定，一般认为对于中等以上雷暴强度地区（年均雷暴日40天以上），应选用最大标称放电电流不小于15KA（10/350S）电涌保护器作为电源系统第一级雷电防护，其保护水平应不不小于V，同步满足这两个方面规定才能保证加油站设备用电电源可靠运行。通信信号线路由于多是由外部进线，因此同样会受到雷击威胁，因此也需要采用专用通信信号系列电涌保护器进行雷电防护。2、汽车加油站防雷等级确实认根据GB50057-94建筑物防雷设计规范建筑物年估计雷击次数按下式计算：N=kNgAe；Ng=0.024Td1.3式中N建筑物估计雷击次数（次/a）；k雷击次数校正系数；在此类型状况下取2；Ng建筑物所处地区雷击大地年平均密度次/（km2a）；Ae与建筑物截收相似雷击次数等效面积（km2）；Td该地区年平均雷电日数；在下列状况下k取对应数值：a、位于旷野孤立建筑物取2；b、金属屋面砖木构造建筑物取1.7；c、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、山谷风口等处建筑物，以及尤其潮湿建筑物取1.5；根据以上年估计雷击次数参数，对于中等以上雷暴强度地区（年均雷暴日40天以上）地区位于公路旁边四级如下面积3000平方米左右，建筑高度不不小于15米常规加油站估计雷击次数为：N=kNgAe0.15次/a根据以上计算，参照GB50057-94建筑物防雷设计规范第2.0.3条规定，其属于原则规定具有1区爆炸危险环境建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致导致巨大破坏和人身伤亡者。因此应定为二类防雷建筑物，其防爆防火等级应定为Ia(ia)AT3。3、汽车加油站直击雷防护设计1）站区防雷设计根据GB50057-94建筑物防雷设计规范，由于汽车加油站建筑物防雷类别为二类，因此用滚球设计接闪器时滚球半径R=45m；由于加油站建筑物包括加油棚、宿舍楼及其他附属建筑物，这些建筑物在设计和施工时，运用其框架构造桩作为垂直接地体，运用地梁与承台作为水平接地体，运用桩内两条对角主筋作为引下线，运用天面板筋作为接闪网格（一般为10mX10m或8mX12m），因此只需要沿天面四边设避雷带，在四角设避雷50cm短针进行防护即可。如加油站为尖顶型构造，需要在尖顶部位安装避雷针，常规设计为高度为100cm避雷针。2）油罐区防雷设计根据GB50074-石油库设计规范第14.2章、防雷规定：金属油罐必须作环形接地，其接地点不应少于两处，其间弧形距离不适宜30m，接地体距罐壁应不不不小于3m。钢油罐顶板厚度4mm时，应装防直击雷设施，当顶板厚度4mm，可不装防直击雷设施。但对于位于多雷区（年平均雷暴日数多于40天）油罐和铝顶油罐，应安装独立避雷针做防直击雷设施。独立避雷针与被保护油罐水平距离不应不不小于3m，保护范围应高于呼吸阀2m以上。根据GB50057-94建筑物防雷设计规范第三章、建筑物防雷设施和GB50074-石油库设计规范第14.2章、防雷规定：油罐区防雷类别应设定为一类，用滚球法计算常规油罐区保护范围，当滚球半径R=30m时，两支对角线分布等高避雷针高度一般为9.5m，其导流面积应不小于100mm2，根据安装需要可进行焊接或螺栓紧固在避雷针铁塔顶部。3）引下线设计站区避雷针和避雷带可用建筑物内钢筋作引下线，将屋面避雷带按原则规定分别接在四个角上，将避雷带与建筑混凝土内钢筋相连。油罐区避雷针可用铁塔作引下线，因铁塔已良好接地，因此只需在安装避雷针时保证避雷针与铁塔有良好电气连接，并做防腐处理即可，4）地网设计加油站地网分为直击雷保护接地（其接地电阻规定10）、防静电接地（其接地电阻规定10）、电源工作接地（其接地电阻规定10）、信号线路直流工作接地（其接地电阻规定4）四个部分。根据GB50057-94建筑物防雷设计规范第三章、建筑物防雷设施和GB50074-石油库设计规范第14.2章、防雷规定：加油站接地应采用统一接地接地形式，并在各处做等电位连接，既油罐罐体及罐金属构件以及呼吸阀、量油孔等金属附件，电力电缆外皮和瓷瓶铁脚，装于钢油罐上信息系统配线电缆外皮，加油机地脚螺钉等均应与接地系统做可靠电气连接，其统一接地电阻规定4。考虑到地网使用长期性和耐腐蚀性，提议使用非金属接地模块制作地网。地网布置根据地形进行设计。水平接地体使用40X4mm镀锌扁钢，埋深0.6米；垂直接地体使用L50X50X5Xmm镀锌角钢；垂直接地体间使用非金属接地模块。地网引出地网测试极到地面上，以便后来检测地网状况。铁塔应通过四个脚与地网相连，机房和变电房基础内钢筋应在四角处与地网相连。4、电源配电系统雷电防护设计1）外来导体布置外来导体包括：金属水管、通讯电缆线及电力电缆铠装外皮或电缆金属管等。所有水管和电缆应埋地进入机房，水管和电缆铠装外皮和保护金属管应在进入机房时接地，电缆应选用铠装电缆或穿金属管埋地进入机房电缆相线和中线应通过电涌保护器接地。2）电源系统电涌保护器布置和选择：可以看出：U2这样就可以通过多级钳位使残压逐渐减少，以有效地克制外来雷电波入侵和雷电电磁脉冲危害。b）通过电涌保护器雷电流逐层减少，还为安装电涌保护器提供了以便如（图3）所示，我们在安装电涌保护器时总会使用导线进行连接，而导线电感在雷电波频率下不能忽视，于是有：Uc=UL1+Us+UL2Uc=Is(ZL1+ZL2)+Us这样残压将会附加上一种额外Is(ZL1+ZL2)，假如只有一级电涌保护器，雷电流大部将从这一级电涌保护器泄放入地则Is非常大，这样要保证U额外Is(ZL1+ZL2),否则则ZL1+ZL2要非常地小,也即导线要非常短,在安装时往往很难做至,安装条件就会非常苛刻。多级布置使这个部题得至处理。c）SPD4必须尽量靠近设备，这是由于GB50057-94（）和IEC61312表明电涌保护器距被保护设备距离过大会由于雷电波反射效应而在被保护设备上引起高频振荡，使得设备上电压超过电涌保护器上残压而损坏设备。这个距离应不不小于10米。B、电涌保护器选择a）动作电压选择变压器低压侧电涌保护器其三相电压为动作电压；U0=400Vb)、电涌保护器通信容量选择首级电涌保护器标称放电电流选择GB50057-94（）和IEC61312指出：二类保护规定,应按总雷电流150KA(10X350S波)来考虑电涌保护器选择，按照其提议雷电流分派方式其中50%即75KA是通过接地系统（水管、铠装电缆外皮或导线我属保护管等）直接入地；此外50%通过安装在相线和中线上电涌保护器入地。根据以上原则考虑到50%雷电流分派到电源系统最恶劣环境，按照GB50057-94（）原则表6.1提供雷电流参数电涌保护器每相上雷电流约为：当线路无屏蔽时，Iimp=150KAX50%4=18.75KA当线路有屏蔽时，Iimp=150KAX50%X30%4=5.625KA对于本系统电源线路特点，按建筑物防雷设计规范第六章：第四节：第6.4.7条规定每线标称放电电流不适宜不不小于15KA规定。首级电涌保护器每相标称放电电流应不小于15KA（10/350S）。次级电涌保护器标称放电电流选择根据国标GB50057-94第6.4.8条：在前级按第6.4.7条规定安装10/350sSPD所得到电压保护水平加上其两端引线感应电压以及反射波效应局限性以保护距其较远处被保护设备状况下，尚应在被保护设备处装设SPD。且该SPD电压保护水平加上其两端引线感应电压不不小于被保护设备耐压水平80%。根据被保护设备特性（如高电阻型、电容型）或开路时，反射波效应最大可将侵入电涌电压加倍。根据国标GB50057-94第6.4.9条：当按第6.4.7条和第6.4.8条规定安装SPD之间设有配电盘时，若第一级SPD电压保护水平加上其两端引线感应电压保护不了该配电盘内设备，应在该盘内安装第二级SPD。后级线路SPD称放电电流In选择应考虑到前级SPD启动后线路残压和其两端引线感应电压以及反射波效应。对于本系统采用非屏蔽电缆线路，次级电涌保护器每相标称放电电流应不小于20KA（8/20S）。精密设备保护需选用防雷插座，其体积小，可以与设备靠得很近。带潜油泵、液位仪加油站布线图3）加油站电源系统设计方案根据IEC61312雷电电磁脉冲防护、GB50057-94建筑物防雷设计规范、GB50074-石油库设计规范及GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力设计规范中防雷及过电压规范有关防雷分区划分和各级电源系统雷电及过电压保护规定，针对汽车加油站配电系统特点，可将其分为三个防雷辨别别加以考虑。由于如前所述单级防雷也许会带来因雷电流过大而导致泄流后残压过大或者保护能力局限性引起设备损坏。因此选用电源系统多级保护，可防备从直击雷到操作浪涌各级过电压侵袭。A、电源一级防雷LPZOA-LPZ1区：根据建筑物防雷设计规范第六章：防雷电电磁脉冲；第三节屏蔽、接地和等电位连接规定：第6.3.4条及第四节对电涌保护器和其他规定：第6.4.7条规定，在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处，从室外引来线路上安装SPD当线路有屏蔽时，每个SPD雷电流按雷电流幅值30%考虑，汽车加油站为二类防雷建筑物，初次雷电流幅值为150KA，电源线路为非屏蔽埋地TN配电模式，因此初次直击雷在低压配电线路上每线分派电流为：在建筑物已安装合格防直击雷措施后，有50%雷电流通过引下线流入接地装置，因此每线分派电流为：In=150KAX50%4=18.75KA，按建筑物防雷设计规范第六章：第四节：第6.4.7条规定每线标称放电电流不适宜不不小于15KA。同步，根据建筑物防雷设计规范第六章：第四节第6.4.4条及IEC61312雷电电磁脉冲防护第三部分：浪涌保护器规定，浪涌保护器可以将数万伏感应雷击过电压限制到4KV如下。