淺析加油站雷電防護

摘 要：隨著國家經濟建設的快速發展，人們生活水平逐步提高，更多家庭轎車走進尋常百姓家，加油站也日漸增多。但由于加油站位置及貯存品屬易燃易爆物品的特殊性，更易遭受雷擊，且更容易造成更嚴重的后果，因此強化加油站的防雷保護就顯得非常重要。文章通過對加油站地理環境的特點，雷電災害類型進行分析，對加油站附屬建筑、站棚、油罐的防靜電接地和直擊雷防護，加油站電源、通信系統的雷電防護等，依據《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）、《加油加氣站設計與施工規范》GB50156-2002等標準對防雷的規定，提出了系統解決方案。

關鍵詞：加油站；雷電危害；SPD

引言

雷電是一種壯觀的自然現象，也是極端天氣事件中的一種，具有巨大的破壞力，造成雷擊災害，威脅著人類的生命財產安全。1987年聯合國將雷電災害確定列為最嚴重的十大自然災害之一。隨著高新技術的快速發展，由雷擊引起的事故正呈現出上升趨勢。作為能源配套公共服務設施的加油站近年來雷擊災害事故頻發，直接威脅到加油站周圍人身和財產的安全，減弱了加油站作為能源樞紐的功能，因此對加油站的雷電綜合防護是非常必要的。

1 雷電對加油站的危害分析

雷擊從形式上可以分為直接雷擊和感應雷擊，對加油站可能產生的危害形式有以下幾種。

1.1 直擊雷

加油站站棚、現場儀器設備、線路管道被雷電直接擊中，將造成傳感器以及電子設備損壞。雷電流在泄放大地的過程中，產生強大的感應電磁場，通過線路耦合到控制室，造成電子設備的損壞。

1.2 感應雷擊

感應雷擊分為閃電靜電感應和閃電電磁感應。對于閃電靜電感應來說，當雷云時，地面物體，尤其是導體感應出與雷云符號相反的電荷，這些電荷產生放電，放電電流若流入儀器和用電設備，將造成設備損壞。在距離雷擊中心2.5km內的供電線路、通信線路、網絡環路都有可能感應出浪涌電壓，形成浪涌電流。經過電源回路、信號回路竄入設備端口，從而造成電子設備永久性破壞。閃電電磁感應主要是由于雷電流變化迅速在其周圍空間內產生瞬變的強電磁場，使附近加油機、液位儀、計算機設備、以及各類導體上感應出很高的電動勢或感生電流，造成設備故障、損壞，金屬法蘭間若跨接不良還會產生電火花，產生爆炸火災危險。因此感應雷擊在電子信息時代造成的損失常常是難以估量的。

1.3 雷電過電壓侵入

導線和金屬管道遭受到直擊雷或感應雷都可能產生過電壓，雷電過電壓沿著電纜線路、電纜槽、各種金屬管道等都有可能將過電壓引入加油站，造成設備損壞。一般把線路傳到過電壓的形成分為三種：（1）遠點雷電的入侵；（2）近點雷電電磁感應；（3）電感、電容性負載啟動即操作過電壓。遠點雷電的入侵對于架空線路危害最為嚴重。對于架空線纜可能受到直接雷擊，或者在遠處受到感應過電壓。近點雷擊是信號系統設備損壞的主要途徑，當加油站遭受雷擊或加油站附近發生雷擊時，強大的脈沖電流會在周圍空間內產生交變強電磁場，處于電磁場中的導體因此感應出過電壓，沿線路產生的過電壓竄入設備，造成設備誤動作或損壞。操作過電壓是在極短的時間內電壓發生瞬變，電壓時間特性曲線的陡度較高，較高幅值的脈沖電壓將加載到供電線路上，脈沖電壓波沿線路流入設備，造成電氣設備損壞。

1.4 雷電閃絡放電

所謂雷電閃絡放電就是閃電高電位反擊，雷電擊中防雷裝置時，巨大的瞬時雷電流將通過防雷引下線流入接地系統，由于接地系統存在接地電阻，雷電流不能迅速向大地流散，必然會引起局部地電位抬高，電氣設備的接地如果與該點的距離沒有達到足夠的安全距離，在它們之間就會產生擊穿放電，形成反擊電流，擊穿電氣設備絕緣部分，造成電氣設備損壞甚至引起火災爆炸事故。

總之由于加油站主要經營的汽油、柴油等具有易燃易爆性、易揮發性、靜電集聚性、易擴散性、易流淌性，部分油品燃點非常低，其蒸發的氣體常常在作業場所或儲油場地彌漫、擴散或者低洼處集聚，空氣中只需要較小的閃光燃燒，石油產品蒸汽或氣體與空氣的混合，其濃度達到一定范圍時，遇火即發生爆炸。在發生雷擊時，上述雷電危害形式都有可能發生火花放電，因此做好加油站全方位防雷是非常必要的。

2 加油站直擊雷防護設計

2.1 站棚、辦公樓、配電室及其他附屬建筑的防雷設計

加油站站棚根據GB50057-2010確定為二類防雷建筑，辦公樓、配電室及其他附屬建筑屬于三類防雷建筑物。

2.1.1 接閃器設計。在建筑物上宜裝設接閃帶（網）、接閃桿、彩鋼板作或由其混合組成的接閃系統作為接閃器。接閃帶應沿建筑物易受雷擊的部位敷設，并在屋面組成不大于20m×20m或24m×16m的網格。加油站站棚棚頂一般為金屬屋面，可直接利用金屬屋面作為接閃器。金屬屋面金屬板厚度要求：熱鍍鋅鋼、鈦板和不銹鋼的厚度不應小于4mm，銅板的厚度不應小于5mm，鋁板的厚度不應小于7mm。

2.1.2 引下線設計。利用站區內建筑物、構筑物柱內兩條對角主筋作為自然引下線，作為引下線的主筋直徑不應小于10mm，引下線間距不應大于25m，站棚利用其所有鋼柱作為引下線。建筑物引下線不應少于2根，應周圍均勻對稱布設。引下線3m范圍內敷設15cm厚礫石層用來防跨步電壓和接觸電壓。

2.1.3 防雷接地裝置設計。利用建筑物基礎內鋼筋作為防雷接地裝置。加油站站區內各接地裝置之間的距離都達不到安全距離，并相互之間都有電氣線路互通，因此應將加油站區域內的防雷接地、防靜電接地、保護接地、電氣設備工作接地、信息系統邏輯接地采用共用接地，以達到均衡電位減小各種接地設備之間電位差。

接地電阻要求：加油站的地網分為直擊雷保護接地、防靜電接地、電源工作接地、信號線路直流工作接地四個部分。四個部分應采用統一接地，接地電阻值應按最小值確定，并應小于等于1Ω。當自然接地體達不到接地電阻的要求時，應設置人工接地體，以符合接地電阻的要求。

2.2 加油站油罐區的防雷防靜電設計

利用呼吸閥作為接閃器，呼吸閥與罐體應接觸良好，以便直擊雷對呼吸閥放電時能將雷電流迅速流入大地。金屬油罐應采用環形防雷接地，接地點≥2點/灌，接電點沿罐壁周長間距≤30m。鋼油罐高度小于或等于60m、灌頂板厚度不小于4mm時，或當其高度大于60m、灌頂壁厚度側壁厚度均不小于4mm時，可不裝防直擊雷設施，但對于位于多雷區的油罐和鋁頂油罐，應安裝獨立接閃桿做防直擊雷設施。

油罐區的接地系統應采用共用接地裝置，油罐的罐體及罐的金屬附件，裝于鋼油罐上的信息系統、電力系統的配線電纜外皮等均應與接地系統做可靠的電氣連接。輸油管道的始、末端和分支處應和防靜電和防雷電感應的聯合接地連接成電氣通路，其接地電阻≤30Ω。油罐進行裝卸油品時，油品會產生靜電，靜電會積聚到浮盤上，如果浮盤上靜電未及時釋放容易產生靜電火花發生火災事故，因此此時浮盤應與罐體作電氣連接，形成電荷釋放通道，避免產生靜電火花。在裝卸油品的過程中油罐汽車應用專用的接地導線、夾子和接地端子將油罐和裝卸設備及油罐車相連。罐區內平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，當其凈距離小于100mm時，應采用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30m；交叉凈距小于100mm時，其交叉處應跨接。當金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接，管道法蘭的連接螺栓不少于5根時，在非腐蝕環境下，可不跨接。

3 低壓電源系統雷電防護設計

加油站低壓電源系統宜采用TN-S系統。為了減少雷電的電磁效應，消弱雷電的危害，防止雷電災害，進出加油站的電纜應采用鎧裝電纜或導線穿鋼管配線，電纜金屬外皮兩端，保護鋼管兩端均應接地。低壓電源系統電纜應單獨布線，不得與油品敷設在同一溝內，電纜溝應充沙填實以防止電纜溝進入爆炸性氣體混合物，避免電纜與管道相互影響，引起爆炸火災事故。

3.1 外來導體與電源系統的等電位連接

消防水管、信息電纜線等外來金屬管道和電纜應埋地進入配電室或機房，所有金屬管道、弱電線路，在進出建筑物時應與接地裝置相連接或通過SPD與接地裝置連接。

3.2 電源系統電涌保護器的選擇與安裝

3.2.1 防雷區的劃分

電涌保護器（SPD）的安裝必須按照防雷區的劃分進行配置。防雷分區是根據雷擊發生后，在其空間環境中產生的雷電電磁脈沖在空間上傳播是逐漸衰減的，如果在傳輸路徑上碰到金屬物體，就會有明顯的衰減。電氣電子設備通常設置于有鋼筋骨架的建筑物內，甚至是有專門的金屬屏蔽網的房間內。顯然，雷電雷電電磁脈沖到達不同的空間，強度是不同的，影響、干擾損壞建筑物及其內部電子電氣設備的能力也是不同的。出于有針對性的防止或減少電磁脈沖對建筑物及內部設備的危害目的，設計經濟合理，安全可靠的防雷措施，通常把建筑物需要防護的空間劃分為不同的防雷分區。因此，防雷區的劃分是為實施等電位連接和電涌保護器的安裝，使各種防雷措施得到更合理的應用，在不同防雷區交界處承擔各自的雷電能量。

3.2.2 選用電涌保護器的主要參數

（1）第一級電涌保護器主要技術參數如下

標稱工作電壓（Un）：220/380V

最大持續工作電壓（Uc）：320V

沖擊放電電流（Iimp）：12.5kA （10/350μs）

最大放電電流：130kA （8/20μs）

保護水平（UP）：≤2.5KV

響應時間：≤25ns

（2）第二級電涌保護器主要技術參數

標稱工作電壓（Un）：220/380V

最大持續工作電壓（Uc）：385V

標稱放電電流（In）：20kA （8/20μs）

最大通流容量（Imax）：40kA （8/20μs）

保護水平（UP）：≤1.5KV

響應時間：≤5ns

3.3 電涌保護器的安裝位置

3.3.1 電源一級電涌保護器。在LPZOA或LPZ0B區與LPZ1區交界處，即在加油站低壓總進線柜出安裝一級電涌保護器。

3.3.2 電源二級電涌保護器[LPZ1-LPZ2區]。在潛油泵加油機、稅控加油機、潛油泵控制線、加油機電源配電箱和營業大廳電源配電箱內分別安裝具有防爆功能的二級電源電涌保護器。

3.4 電源電涌保護器的安裝

為防止電源電涌保護器失效造成短路，電涌保護器前端安裝空氣開關，以斷開故障電流，方便維修或更換模塊。一級電涌保護器相線零線引入線截面積6平方毫米，接地線截面積6平方毫米。二級電涌保護器相線零線引入線截面積2.5平方毫米，接地線截面積2.5平方毫米。當電涌保護器動作時，沖擊電流流過該支路上的附加元件（導線、空開），并在這些元件上產生動態的壓降，在這種情況下，和電感量比較，阻性分量可以忽略不計。其關系如下：

Ud=i·R+■L

雷電流變化率（di/dt）約為10KA/μs，動態電壓主要由電感量確定。為了將動態電壓保持在較低水平，安裝時必須盡可能將連接導線的電感量保持到最小值，因此電涌保護器相線引入線與接地線不應近距離平行敷設，從而避免產生二次感應，連接線應小于0.5m，并做到短、平、直，以避免因引線過長導致殘壓增加。

4 加油站電子信息設備的防雷設計

4.1 為防止過長的連接導線將構成較大的環路面積會增大對防雷空間內LEMP的耦合機率，從而增大雷擊電磁脈沖的干擾度，造成泄放雷電流受阻，降低了防雷裝置的可靠性，加油站電子信息設備的機柜、金屬外殼、機架、金屬管（槽）、屏蔽線纜外層、安全保護接地、信息設備防靜電接地和電涌保護器接地端等均應以最短的距離與接地裝置連接。

4.2 信息線路應采用帶有金屬屏蔽層的線纜或套金屬管的施工方法進行敷設。在室外應埋地敷設進入建筑物，入戶處和防雷裝置進行等電位連接。

4.3 信號電涌保護器的安裝

4.3.1 在液位儀檢測儀引出的液位儀控制線上安裝適配的信號電涌保護器，用于液位儀檢測儀信號線路的保護。

4.3.2 加油機總控制線上安裝適配的信號電涌保護器，用于加油機總控制線路的保護。

4.3.3 通訊系統、監控系統進線端分別安裝適配的電涌保護器，用于各設備雷電保護。

5 結束語

近年來，隨著加油站的數量持續增加，加油時站的雷電災害事故也隨之增加，給人民的生命與財產造成了重大危害與損失，因此雷擊事故必須引起高度重視。在建造加油站應從設計、施工、驗收和運營管理各個方面嚴格遵守規范，堅持“安全第一、預防為主、防治結合”的方針，采取徹底整改和積極防御措施，排除防雷安全隱患，把雷電災害的損失降低到最低限度。在實際的防雷工程設計中，還需根據各類設備的特點和防護對象的實際情況靈活應用規范、綜合考慮現實情況，才能獲得良好的防護效果。

參考文獻

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