加油站防雷工程、变电站接地设计方案


       在避雷检测和雷灾事故中发现,有些加油站由于防雷设计不完善,没有考虑加油站的综合防雷能力,致使加油站遭受雷击的事故时有发生。 

       加油站的建筑物包括加油棚、宿舍楼及其它附属建筑物。这些建筑物在设计和施工时,利用其框架结构的桩作为垂直接地体,利用地梁与汞台作为水平接地体,利用桩内两条对角主筋作为引下线,利用天面板筋作为网络(10m×10m或8m×12m)。沿天面四边设避雷带,四周设避雷短 

       金属油罐必须作环形接地,其接地点不应少于两处,其间弧形距离不应>30m,接地体距罐壁应不小于3m。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。但在多雷区(年平均雷暴日数多于40天),也可装防直击雷设施。独立避雷针与被保护油罐的水平距离不应<3m,保护范围应高于呼吸阀2m以上。 

       加油站大部分雷击事故是雷电波通过电源线、电话线传导而发生的。做好电源线、电话线保护是加油站防雷的重要组成部分。 

       防止雷电波从电源线侵入的办法是将电源线穿金属管埋地引入,穿管长度不宜小于2ρ(ρ为当地土壤电阻率,单位为Ω*m)。在配电房设备总电源处安装三相电源避雷器。在设备的电源输入端安装专用的电源避雷器。避雷器应选用防爆型产品。 

       电源一级防雷,在加油站380V低压总配电箱内,总断路器(熔断器)后,漏电保护器前安装通流量在50KA,三相开关型模块式电源电涌保护器,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护;电源二级防雷,在办公机房电源配电箱内或办公机房电源配电箱外的附加配电箱内安装通流量在40KA三相电源电涌保护器,用于办公机房内所有IT设备用电的第二级电源防护.在加油机电源配电箱内或加油机电源配电箱的附加配电箱内安装通流量在40KA, 三相电源电涌保护器,用于加油机用电的第二级电源防护;电源三级防雷,    在办公室计算机管理设备、便利店收费区税控主机、加油机数ki传输设备、票Ju打印设备等其它精密设备的电源插座处使用插座式电源电涌保护器。 

       加油站信号系统防护, 在每组加油机内数ju采集器加油机控制总线处安装通讯信号信息系统电涌保护器,将通讯信号电涌保护器安装于防爆箱中,用于每组加油机内数ju采集器和中控主板信号线路的防雷保护。加油站大多建在开阔地带的公路两旁,电话线很多是架空引入的,雷电波很容易通过电话线输入而击毁电话机。因此有必要做好电话线的防雷。最好的办法是在电话线进入室内前,穿金属管埋地(埋地长度不宜小于2ρ),金属管首尾接到地极上引入。并安装专用的电话避雷器。 

       最后要进行接地系统,一个良好的接地系统决确整个防雷工程系统的效果,因此建筑物防雷接地电阻应<10Ω;独立避雷针和油罐的两组接地装置的地中距离Se≥0.4Ri(Ri为冲击接地电阻),但不得小于3m。接地电阻不大于10Ω;工作接地、安全保护接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地宜共用一组接地装置,接地电阻不大于4Ω。 

       但对于位于多雷区(年平均雷暴日数多于40天)的油罐和铝顶油罐,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的水平距离不应小于3m,保护范围应高于呼吸阀 2m 以上。 

       依据 GB 50057-94 《建筑物防雷设计规范》第三章、建筑物防雷设施和 GB 50074-2002 《石油库设计规范》第 14.2 章、防雷的要求:油罐区的防雷类别应设定为一类,用滚球法计算常规油罐区的保护范围,当滚球半径 R=30m 时,两支对角线分布的等高避雷针的高度一般为 9.5m ,其导流面积应大于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。


5.1.3、引下线的设计   

       站区的避雷针和避雷带可用建筑物内的钢筋作引下线,将屋面避雷带按标准要求分别接在四个角上,将避雷带与建筑混凝土内的钢筋相连。油罐区的避雷针可用铁塔作引下线,因铁塔已良好接地,所以只需在安装避雷针时保证避雷针与铁塔有良好的电气连接,并做防腐处理即可。


5.1.4、地网的设计   

       加油站的地网分为直击雷保护接地(其接地电阻要求≤10Ω)、防静电接地(其接地电阻要求≤10Ω)、电源工作接地(其接地电阻要求≤10Ω)、信号线路直流工作接地(其接地电阻要求≤4Ω)四个部分。 

      (1)建筑物防雷接地电阻应<10Ω。 

      (2)独立避雷针和油罐的两组接地装置的地中距离Se≥0.4Ri(Ri为冲击接地电阻),但不得小于3m。接地电阻不大于10Ω。 

      (3)工作接地、安全保护接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地宜共用一组接地装置,接地电阻不大于4Ω。 

       依据 GB 50057-94 《建筑物防雷设计规范》第三章、建筑物防雷设施和 GB 50074-2002 《石油库设计规范》第 14.2 章、防雷的要求:加油站的接地应采用统一接地的接地形式,并在各处做等电位连接,既油罐的罐体及罐的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,装于钢油罐上的信息系统的配线电缆外皮,加油机地脚螺钉等均应与接地系统做可靠的电气连接,其统一接地电阻要求 ≤4Ω 。   

       考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性,建议使用非金属接地模块来制作地网。地网布置依据地形进行设计。水平接地体使用 40×4mm 镀锌扁钢,埋深 0.6 米;垂直接地体使用 L50×50×5×2000mm 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,以便以后检测地网情况。铁塔的应通过四个脚与地网相连,机房和变电房的基础内的钢筋应在四角处与地网相连。


5.2、电源配电系统雷电防护设计


5.2.1、外来导体的布置   

       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。所有的管 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。


5.2.2、电源系统浪涌保护器的布置和选择


5.2.2.1、浪涌保护器的布置原理 

       在 LPZ0 和 LPZ1 区交界: U2 =U1-I2R2 可以看出: U2 这样就可以通过多级钳位使残压逐步降低,以有效地抑制外来雷电波入侵和雷电电磁脉冲的危害。 

       1)、通过浪涌保护器的雷电流逐级减少,还为安装浪涌保护器提供了方便,我们在安装浪涌保护器时总会使用导线进行连接,而导线电感在雷电波的频率下不能忽略,于是有:Uc=UL1+Us+UL2 Uc=Is(ZL1+ZL2)+Us   这样的残压将会附加上一个额外的 Is(ZL1+ZL2) ,如果只有一级浪涌保护器,雷电流的大部将从这一级浪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解决。 

       2)、SPD4 必须尽量靠近设备,这是因为 GB 50057-94(2000版)和 IEC 61312 表明浪涌保护器距被保护设备的距离过大会由于雷电波的反射效应而在被保护设备上引起高频振荡,使得设备上的电压超过浪涌保护器上的残压而损坏设备。这个距离应小于 10 米。


5.2.2.2、浪涌保护器的选择 

       1)、动作电压的选择  变压器低压侧的电涌保护器其三相电压为动作电压; U0 = 400V 

       2)、电涌保护器的通信容量选择 首级电涌保护器标称放电电流的选择:  GB 50057-94(2000版)和 IEC 61312 指出:二类保护要求,应按总雷电流 150KA(10×350?s波)来考虑电涌保护器选择,按照其建议的雷电流分配方式其中50% ,即 75KA 是通过接地系统(水管、铠装电缆外皮或导线的金属保护管等)直接入地;另外50% 通过安装在相线和中线上的电涌保护器入地。   依据以上标准考虑到 50% 雷电流分配到电源系统的最恶劣环境,按照 GB 50057-94 (2000版)标准表 6.1 提供的雷电流参数电涌保护器每相上的雷电流约为:  当线路无屏蔽时, Iimp =[150 KA×50%]÷4 =18.75KA  当线路有屏蔽时, Iimp =[150 KA×50%×30%]÷4 =5.625KA   对于本系统电源线路的特点,按《建筑物防雷设计规范》第六章:第四节:第6.4.7 条要求每线标称放电电流不宜小于15KA的要求。首级电涌保护器的每相标称放电电流应大于 15KA(10/350?s)。 

       次级电涌保护器标称放电电流的选择:依据国标 GB 50057-94 第6.4.8条:在前级按第6.4.7条要求安装的10/350μs SPD 所得到的电压保护水平加上其两端引线的感应电压以及反射波效应不足以保护距其较远处的被保护设备的情况下,尚应在被保护设备处装设SPD。且该SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压小于被保护设备耐压水平的80%。根据被保护设备的特性(如高电阻型、电容型)或开路时,反射波效应最大可将侵入的电涌电压加倍。依据国标 GB 50057-94第6.4.9条:当按第6.4.7条和第6.4.8条要求安装的SPD 之间设有配电盘时,若第一级SPD的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电盘内的设备,应在该盘内安装第二级SPD。后级线路的SPD称放电电流In的选择应考虑到前级SPD启动后线路残压和其两端引线的感应电压以及反射波效应。对于本系统采用的非屏蔽电缆线路,次级电涌保护器的每相标称放电电流应大于 20KA (8/20μS)。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。


       5.2.3、加油站电源系统防雷防护   

       根据《雷电电磁脉冲的防护》IEC 61312、《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94、《石油库设计规范》GB 50074-2002及《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》GB 50058-92中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求,针对汽车加油站配电系统的特点,可将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于如前所述单级防雷可能会带来因雷电流过大而导致的泄流后残压过大或者保护能力不足引起的设备损坏。因此选用电源系统多级保护,可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。 

       A、电源一级防雷  在加油站380V低压总配电箱内,总断路器(熔断器)后,漏电保护器前安装通流量在50KA,三相开关型模块式电源电涌保护器,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护。     

       B、电源二级防雷  在办公机房电源配电箱内或办公机房电源配电箱外的附加配电箱内安装通流量在40KA三相电源电涌保护器,用于办公机房内所有IT设备用电的第二级电源防护。  在加油机电源配电箱内或加油机电源配电箱的附加配电箱内安装通流量在40KA三相电源电涌保护器,用于加油机用电的第二级电源防护。 

       C、电源三级防雷  在办公室计算机管理设备、便利店收费区税控主机、加油机数据传输设备、票ju打印设备等其它精密设备的电源插座处使用插座式电源电涌保护器。


       5.3、加油站信号系统及电话线雷电防护设计


       5.3.1、加油站信号系统防护设计 

       在每组加油机内数据采集器加油机控制总线处安装通讯信号信息系统电涌保护器,将通讯信号电涌保护器安装于防爆箱中,用于每组加油机内数ju采集器和中控主板信号线路的防雷保护。  在便利店收款台下的税控主机的加油机数据传输线上安装通讯信号信息系统电涌保护器,用于税控主机信号线路的防雷保护。


       5.3.2、电话线防雷 

       加油站大多建在开阔地带的公路两旁,电话线很多是架空引入的,雷电波很容易通过电话线输入而击毁电话机。因此有必要做好电话线的防雷。最好的办法是在电话线进入室内前,穿金属管埋地(埋地长度不宜小于2ρ),金属管首尾接到地极上引入。并安装专用的电话避雷器。  在办公机房ADSL网络通讯线、ISND网络通讯线、PSTN拨号网络通讯线的MODEN前,即网络通讯线路的进线端,安装网络信号信息系统电涌保护器,用于各设备网卡及网络通信线路的防雷保护。 

       在办公机房监控设备机柜由建筑外加油坪进入的摄像机视频传输线路上安装视频信息系统电涌保护器,用于监控设备信号线路的防雷保护。 

        在室外加油坪的摄像机的电源及视频传输线路上安装监控摄像机多功能电涌保护器,用于户外监控摄像机的防雷保护。


       6、结束语   

       汽车加油站所属环境为雷电高风险地区,依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》标准的要求,应该按二类建筑物雷电防护要求来考虑,其油罐区应按一类建筑物雷电防护要求来考虑。该区域的直击雷防护和接地应该严格按GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》和GB 50074-2002《石油库设计规范》的要求进行设计。汽车加油站配电电源系统宜将其分为三个防雷区分别加以考虑,首级保护宜采用标称放电电流值 25KA 的 10/350μs 波形的多层石墨间隙开关型模块式电源电涌保护器。液位仪控制线、加油机总控制线、PSTN 拨号网络通讯线等也应采用相应的电涌保护器进行保护。

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