汽车加油站防感应雷设计分析

摘要：近年来，涉及加油站的雷电灾害事故频繁发生，对加油站本身以及周边人民生命及财产安全造成了威胁。因雷电活动造成的设备损坏，加油站无法正常营运也不在少数，造成一定的社会不良影响。应中石化公司的邀请，我们对其属下的上百家加油站的防雷设施进行了改造、完善。通过工程实践，也取得了加油站设计安装防感应雷设施的一些经验教训。以下仅以中山市XX加油站的防感应雷工程简单介绍相关情况。

关键词：加油站防雷防雷改造 综合防雷防感应雷中图分类号：TU856 文献标识码：A文章编号：

汽车加油站一旦发生雷击并引发火灾将造成不可估量的损失。本文就中山市一家汽车加油站在进行防雷设计与安装过程中，总结出的经验做一些分享。

一、汽车加油站现场勘测

1）地理位置：中山市XX加油站地处五镇山镇城桂路旁，地处偏僻旷野，周围无高耸建筑物，如若在此地区发生雷击，此加油站容易遭受雷击。

2）建筑物防直击雷系统：汽车加油站建筑主要由站房、营业厅、加油亭、辅助用房等，已安装防直击雷装置。

3）电源系统：未安装任何电涌保护器。

4）电子信息系统：液位仪、监控系统、传真电话、网络等未安装电涌保护器。

5）每年雷雨季节，该站液位仪、监控等系统都会受雷电影响造成设备损坏，严重影响加油站的正常工作。

从雷电防护角度来看，汽车加油站属于易燃易爆场所，任何防雷系统必须符合规范要求，因此需要采取强有力的防护措施。根据 GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》、 GB 50074-2002《石油库设计规范》等国家标准及 IEC61312 《雷电电磁脉冲的防护》 标准，除了需要安装完整的直击雷防护装置外，还必须安装防雷电感应的防护装置。

二、设计目的及范围

目的：为减少雷电对建筑物电子信息系统造成的危害，降低油罐区由于雷击而发生重大事故的可能性。

范围：在进行建筑物电子信息系统防雷设计时，应根据建筑物电子信息系统的特点，将外部防雷措施和内部防雷措施协调统一，按工程整体要求，经行全面规划，做到安全可靠、技术先进，经济合理。本次防感应雷改造工程，受加油站现状限制，应建设单位的要求，其内部防雷措施仅在加油站内抑制线路过压（安装SPD）及接地系统改造两方面作考虑，其线路屏蔽、合理布线均不予考虑（油罐信号线及加油枪信号线已采取屏蔽措施），所以只对一、二级电源、液位仪系统进行安装专用浪涌保护器与接地处理。

三、加油站防雷等级的确认

该汽车加油站占地510㎡，其中站房长23米，宽8米，高4.2米；营业室长10.6米，宽6米，高3.8米；中山市年雷暴日为84.5d,依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》，

建筑物及入户设施预计雷击次数N值可按下式确定：

N=N1+N2

㈠、N1= k·Ng·Ae ； N g = 0.1Td

式中 N1 建筑物预计雷击次数（次/年）；

k 雷击次数校正系数；在此类型情况下取2；

Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2 ·a）]；

Ae 与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2 ）；

Td 该地区的年平均雷电日数；

在下列情况下 k取相应数值：

a、位于旷野孤立的建筑物取2；

b、金属屋面的砖木结构建筑物取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、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；

根据以上年预计雷击次数参数，该加油站位于公路旁边，由此计算出该加油站的预计雷击次数为：

N1 = kN g A e ≈ 0.15次/a

㈡、N2=Ng·Aeˊ=(0.1·Td ）

·(Ae1ˊ+ Ae2ˊ)

式中N2 入户设施年预计雷击次数（次/年）

Ng 建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2 ·a）]；

Td 该地区的年平均雷电日数；（中山市的年均雷暴日84.5天）

Ae1ˊ电源线缆入户设施的截收面积（K㎡）；低压埋地电源电缆2·ds·L·10-6（ L取最大值为1000m，ds取最大值500）

Ae2ˊ信号线缆入户设施的截收面积（K㎡）；埋地信号线 2·ds·L·10-6 （L取最大值为1000m，ds取最大值500）

由此计算 N2≈15.35次/a

所以N=N1+N2=15.5次/a

按防雷装置拦截效率E的计算式E=1-Nc/N确定其雷电防护等级：

式中Nc=5.8X10-1.5/C

由此算得E≈0.96。当0.90

建筑物电子信息系统年平均最大雷次数按下式计算： Nc=5.8×/C

C-各类因子C1，C2,C3,C4,C5,C6之和；

C1为信息系统所在建筑物材料结构因子，此加油站屋顶和主体结构均为钢筋混凝土材料，故C1取1.0；

C2为信息系统重要程度因子，此加油站安装的是D类电子信息系统，即一般用途的电子信息设备，故C2取1；

C3为电子信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力因子，此加油站的电子信息系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力较弱，故C3取值1.0；

C4为电子信息系统所在防雷防护区的因子，此加油站的设备在LPZ1区内，故C4取值1.0

C5为电子信息系统发生雷击事故的后果因子，此加油站信息系统业务原则上不允许中断，但在中断后无严重，故C5取1.0

C6表示区域雷暴等级因子，中山地处多雷区，故C6取1.2

综上所述 C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=6.2

Nc=5.8×/C≈0.093

综上所述，参照 GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》第2.0.3条的要求，其属于标准规定的“ 具有 1区爆炸危险环境的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者”。因此应定为二类防雷建筑物，电源线路至少应采取两级雷电防护，信号线路至少应采取一级雷电防护才能达到雷电防护的要求。

四、设计内容

⑴ 电源部分

根据 IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB 50074-2002《石油库设计规范》及GB 50058-92《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

依据《建筑物防雷设计规范》第 6.3.4条及第6.4.7条规定，在LPZOA或LPZ0B区与LPZ1区交界处，从室外引来的线路上安装SPD当线路有屏蔽时，每个SPD的雷电流按雷电流的幅值的30%考虑，汽车加油站为二类防雷建筑物，首次雷电流幅值为150KA，电源线路为非屏蔽埋地的TN配电模式，因此首次直击雷在低压配电线路上每线的分配电流为：在建筑物已安装合格的防直击雷措施后，有 50%的雷电流通过引下线流入接地装置，因此每线分配电流为： In =[150 KA×50%]÷4 = 18.75KA ，按 《建筑物防雷设计规范》第 6.4.7条要求每线标称放电电流不宜小于15KA。同时，依据《建筑物防雷设计规范》第6.4.4条及 IE C61312 《雷电电磁脉冲的防护》第三部分：浪涌保护器的要求，浪涌保护器可以将数万伏的感应雷击过电压限制到 4KV以下。

在加油站 380V低压总配电箱安装防爆型电源电涌保护器 ,用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护 （该浪涌保护器的基本参数：标称工作电压为：380V/50HZ,冲击电流为：25KA（10/350us），响应时间为：小于等于25NS）。

B、电源二级防雷

根据《建筑物防雷设计规范》第 6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD）的要求及GB 50054-95《低压配电设计规范》的有关规定，依据雷电分流理论，需使用8/20μs波形，通流容量20KA。《建筑物防雷设计规范》第六章对于配电盘、断路器、固定安装的电机等第Ⅲ类耐冲击过压，其耐压为4KV。为防止浪涌保护器遭受雷击后损坏后，电源对地短路，需要在浪涌保护器前安装空气开关作为短路保护装置。

在加油站 380V低压营业厅配电箱安装电源电涌保护器 ,用于整个加油站所有用电设备的第二级电源防护 （该浪涌保护器的基本参数：标称工作电压为：380V/50HZ,冲击电流为：20KA(8/20 us)，响应时间为：小于等于25NS）。

⑵ 信号部分

在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在 1KM范围内的金属环路，如网络、信号及通讯金属连线等都会感应到雷击，将会影响网络、信号及通讯系统的正常运行甚至彻底破坏系统。对于网络、信号及通讯方面的防雷工作是较易被忽视的，往往是当系统受到巨大破坏、资料损失惨重时才想到应该做预先的防范。本设计中网络、信号设备防护方面，依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷设计规范》和加油站的相关技术规范中信号系统雷电及过电压防护要求，在进入营业厅液位仪总控制线上安装4个信号电涌保护器， 用于4台液位仪总控制线路的保护（该浪涌保护器的基本参数：标称工作电压为：24V,标称放电电流为：5KA，响应时间为：小于等于1NS）。

⑶接地设计

㈠电源系统的接地：加油站总配电电源电涌保护器连接至原有接地装置上。在营业厅的电源避雷器安装处安装一个等电位接地端子，接地端子引至原有加油站地网上。

㈡信号系统的接地：营业厅内安装的信号避雷器接地线（2.5㎡铜线）也均引到室内等电位接地端子上。

五、实施效果

该加油站的防雷改造工程于2008年春节完工，交付甲方使用。根据售后访问，至今已经历五年多时间，多个雷雨季节的考验，没有再发生由于雷击而导致的财产损失及电子系统的损害，甲方对此次防雷改造工程的效果满意。

六、总结

对于汽车加油站防感应雷设计中应注意几点：

1.现场勘察时应该注意细节，如：配电系统的形式、电子信息系统的重要性、使用性质和价值；

2.设计前应结合实际确定防护类别；

3.设计全面考虑各类防护因素和甲方需求；

4.施工中应注意安全性与投资的协调性；

参考文献

1、《雷电与避雷工程》 苏邦礼等 中山大学出版社

2、《防雷工程设计与实践》 李祥超等 气象出版社

3、《建筑物电子信息系统防雷设计规范》(GB50343-2012)中国建筑工业出版社