浅议防雷设施安装设计

时间:2022-10-09 02:23:54

浅议防雷设施安装设计

摘要:近些年来,随着建筑物规模的不断扩大,各种电气设备的使用日趋增多,尤其是计算机网络信息技术的普及,建筑物越来越多采用各种信息化的电气设备。我国每年因雷击破坏建筑物内电气设备的事件时有发生,所造成的损失非常巨大。因此建筑物的防雷设计就显得尤为重要。对高层建筑物的防雷设计来讲,每一个建筑物都有不同的设计方案。加油站作为”敏感地带”在安装设计防雷设施时尤为重要,在本文中,笔者主要以"加油站"为例,浅谈在如今新的环境下,我们应当如何安装设计防雷设施,以保证最大程度地避开雷电危害。

关键词:加油站 安装设计 防雷设施

1.汽车加油站直击雷防护设计

1.1站区的防雷设计

由于汽车加油站的建筑物的防雷类别为二类,所以用滚球设计接闪器时滚球半径R=45m;由于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,利用地梁与承台作为水平接地体,利用桩内两条对角主筋作为引下线,利用天面板筋作为接闪网格(通常为10m×10m或8m×12m),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。如加油站为尖顶型结构,需要在尖顶部位安装避雷针,常规设计为高度为100cm避雷针。

1.2油罐区的防雷设计

金属油罐必须作环形接地,其接地点不应少于两处,其间弧形距离不宜>30m,接地体距罐壁应不小于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)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。

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。

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。

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。

2.电源配电系统雷电防护设计

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。

2.2电源系统电涌保护器的布置和选择

2.21电涌保护器的布置原理

A.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。

B.通过电涌保护器的雷电流逐级减少,还为安装电涌保护器提供了方便,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),如果只有一级电涌保护器,雷电流的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解决。

C.SPD4必须尽量靠近设备,这是因为GB 50057-94和IEC 61312表明电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电涌保护器上的残压而损坏设备。这个距离应小于10米。

2.22电涌保护器的选择

A.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

B.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(10×350μS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我属保护管等)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》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(10/350μS)。

C.次级电涌保护器标称放电电流的选择

在前级安装的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。

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。

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

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。

3.1电源一级防雷[LPZOA-LPZ1区]:

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,按要求每线标称放电电流不宜小于15KA。同时,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。

综上所述,应在380V低压总配电箱安装标称通流容量25KA的10/350μs波形的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。笔者推荐使用采用多层石墨间隙技术和特殊的材料工艺的10/350μs波形的开关型模块式电源电涌保护器,此类SPD较火花间隙型SPD 雷电能量泻放能力较强;脉冲响应时间较火花间隙型SPD短;脉冲点火电压较火花间隙型SPD低,多层石墨间隙型SPD无工频续流,明显优于其他。

3.2电源二级防雷[LPZ1-LPZ2区]:

依据雷电分流理论,需使用8/20μs波形,通流容量20KA。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。

可在潜油泵控制线、潜油泵加油机、税控加油机或一般加油机电源配电箱和营业大厅电源配电箱内分别安装具有防火功能的8/20μs波形通流容量20KA的电源防雷箱,电源线选用耐油性能良好的带塑料护套的RVV型4×2.5mm2绝缘线引入。

3.3电源三级防雷[LPZ2-LPZ3区]:

在LPZ2-LPZ3区内,浪涌保护器可将浪涌电压限制到一千多伏,防雷器通流容量为(8/20μs):≥10KA。可在营业大厅计算机管理设备、UPS电源、票据打印设备、加油机数据传输设备及其它精密设备的电源开关处使用插座式电源防雷器。

结束语

汽车加油站所属环境为雷电高风险地区,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《建筑物防雷设计规范》和《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。在这样的安装设计下,虽不能保证百分百地摆脱雷电袭击的危险,但是却是最大程度地把雷电危害降到了最低。

参考文献:

[1]李叶新,区永平.《现代建筑物防雷接地装置结构的探讨》广东气象,1999.2.

[2]苏邦礼.《雷电与避雷工程》.中山大学出版社

[3]赵超.《防雷设施在高层建筑中的应用》沈阳市气象局.1996.

注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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