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加油站防雷保護(hù)
加油站防雷保護(hù)的應(yīng)用簡(jiǎn)介:
加油站一般位于公路邊，多屬于空曠地區(qū)的孤立建筑物，容易遭受雷擊，而且加油站又屬于易燃易爆場(chǎng)所，對(duì)加油站的防雷現(xiàn)狀應(yīng)給予特別足夠的重視
1 概述
雷電產(chǎn)生于雷暴，而雷暴往往伴隨強(qiáng)對(duì)流天氣而形成，是由大氣環(huán)流和當(dāng)?shù)貧庀笠蛩貨Q定的。雷暴是積雨云中云與云之間或云與地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，并伴有火花放電，強(qiáng)大電流通過(guò)時(shí)，又使空氣迅速膨脹產(chǎn)生巨大的響聲，即雷電。雷電是一種極具破壞力的自然現(xiàn)象，其電壓可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，瞬間電流更可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)安培。千百年來(lái)，雷電所造成的破壞可謂不計(jì)其數(shù)。因此雷電災(zāi)害已成為聯(lián)合國(guó)公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。根據(jù)雷電特點(diǎn)及性質(zhì)可將雷電分為直擊雷、雷電感應(yīng)及雷電波侵入。
伴隨地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，各地的機(jī)動(dòng)車輛正在迅速增加，機(jī)動(dòng)車公共加油站這一為之提供能源的配套服務(wù)設(shè)施也在快速增加。加油站在城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通建設(shè)中起著重要的作用，也是城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)災(zāi)害救助中的重要能源基地，但是近年來(lái)加油站的雷電災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，直接威脅到加油站周圍人群和建筑物的安全，削弱了加油站作為城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)能源樞紐的功能，因此對(duì)加油站的雷電綜合防護(hù)是非常重要的。
2 加油站雷電分區(qū)
2.1 加油站環(huán)境特點(diǎn)
加油站一般位于公路邊，多屬于空曠地區(qū)的孤立建筑物，容易遭受雷擊，而且加油站又屬于易燃易爆場(chǎng)所，對(duì)加油站的防雷現(xiàn)狀應(yīng)給予特別足夠的重視，加油站通常具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）地理位置：加油站都建在交通便利的城區(qū)開(kāi)闊地帶或郊區(qū)、道路干線、主干線、高速公路旁邊等地帶，四周較為空曠；
（2）建筑物防直擊雷設(shè)計(jì)不規(guī)范：有的加油站站房、罩棚未安裝防直擊雷設(shè)施，明敷防雷引線未沿外墻最短垂直路徑接地；
（3）電源系統(tǒng)：一般加油站的380V交流供電線路是架空明線接入至站區(qū)附近再地埋引入建筑的，部分加油站是由10KV電力線架空接入，經(jīng)變壓器后再地埋引入建筑。在鄉(xiāng)村和山區(qū)有時(shí)根本沒(méi)有地埋措施，未安裝電涌保護(hù)器及做重復(fù)接地，因此非常容易遭雷電波侵入及雷擊電磁脈沖；
（4）通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：引入加油站的ISDN、電話線、監(jiān)控設(shè)備等弱電線路通常也是由戶外架空明線引入的，并且通常未安裝專用信號(hào)電涌保護(hù)器（SPD）做防閃電措施；
（5）靜電防護(hù)：加油站加油機(jī)或加油槍未能接地或接地不良，電阻偏大，不符合規(guī)范要求。加油站呼吸閥未作跨接或跨級(jí)電阻值偏大；
（6）發(fā)電機(jī)接地：不少加油站并未做發(fā)電機(jī)接地，不符合安全生產(chǎn)。
以上幾個(gè)特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，從雷電角度來(lái)看，加油站一般都運(yùn)營(yíng)于“高風(fēng)險(xiǎn)”環(huán)境下，即對(duì)雷害風(fēng)險(xiǎn)的“暴露程度”很高，因此需要采取強(qiáng)有力的防護(hù)措施。根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》及GB50156-2002《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及IEC61312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》標(biāo)準(zhǔn)，其電源線路至少應(yīng)采取兩級(jí)雷電防護(hù)，信號(hào)線路至少應(yīng)采取一級(jí)雷電防護(hù)才能達(dá)到雷電防護(hù)的要求。但目前的情況是，部分加油站都沒(méi)有進(jìn)行電源路線和信號(hào)路線的雷電過(guò)電壓防護(hù)，建筑物防雷設(shè)計(jì)不規(guī)范，防雷安全存在一定的安全隱患。
鑒于加油站以上特點(diǎn)和要求，一般認(rèn)為對(duì)于中等以上雷暴強(qiáng)度地區(qū)（年均雷暴日40天以上），應(yīng)選用最大標(biāo)稱放電電流大于12.5KV（10/350μS）的電涌保護(hù)器作為電源系統(tǒng)的第一級(jí)雷電防護(hù)，其保護(hù)水平應(yīng)小于2KV，同時(shí)滿足這兩個(gè)方面的要求才能保證加油站設(shè)備用電電源的可靠運(yùn)行。通信信號(hào)路由于多是由外部進(jìn)線，因此同樣會(huì)受到雷擊威脅，因此也需要采用專用通信信號(hào)系列電涌保護(hù)器進(jìn)行雷電防護(hù)。
2.2 加油站的防雷等級(jí)
依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)按下式計(jì)算：N=kNgAe；Ng=0.1Td式中：
N建筑物預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次/a）；
K雷擊次數(shù)校正系數(shù)：
Ng建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度〈次（km2·a）〉；
Ae與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）；
Td該地區(qū)的年平均雷電日數(shù)；
建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)按下式計(jì)算：N=kNgAe；Ng=0.1Td
在下列情況下k取相應(yīng)數(shù)值：
a．位于曠野孤立的建筑物取2；
b．金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取1.7；
c．位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻較小、地下水露頭處、土山頂部、山谷風(fēng)等處得建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5。
加油站四周較空曠，在此類型情況下K值取2；根據(jù)以上年雷擊次數(shù)參數(shù)，對(duì)于中等以上雷暴強(qiáng)度區(qū)（年均雷暴日40天以上）位于公路旁邊四級(jí)以下的面積3000平方米左右，建筑高度小于15米的常規(guī)加油站的預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為：N=kNgAe≈0.15次/a。
依據(jù)以上計(jì)算，并參照GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.0.3條的要求，“具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者”。因此汽車加油站防雷應(yīng)按第二類防雷建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3 加油站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)
3.1 建（構(gòu)）筑物的防雷設(shè)計(jì)
加油站的建（構(gòu)）筑物一般由罩棚、辦公樓、配電室及其它附屬建筑物組成。依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010確定汽車加油站的建筑物防雷類別為二類建筑物，不需要單獨(dú)裝設(shè)接閃桿。辦公室和附屬建筑物一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
汽車加油站的建（構(gòu)）筑物防雷接閃器設(shè)計(jì)：宜采用裝設(shè)在建筑物上的接閃網(wǎng)（帶）或接閃桿或由其混合組成的接閃器。接閃帶應(yīng)沿建筑物屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊部位敷設(shè)，并在整個(gè)屋面組成不大于10m×10m或12m×8m的接閃網(wǎng)格。加油站罩棚一般采用鋼架結(jié)構(gòu)，其棚頂采用金屬屋面，可直接利用其作為接閃器，不用再另設(shè)接閃桿或接閃帶（屋頂有其他需要保護(hù)的物體除外）。
汽車加油站的建（構(gòu)）筑物防雷引下線設(shè)計(jì)：由于站區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)利用樁內(nèi)兩條對(duì)角主筋作為自然引下線，引下線間距不大于18米，引下線不應(yīng)少于2根，應(yīng)沿建筑物周圍均勻布置。引下線在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)若干連接板，該連接板可作等電位連接用，將辦公室及附屬建筑物內(nèi)所有電器設(shè)備和金屬導(dǎo)體作等電位連接。
汽車加油站的建（構(gòu)）筑物防雷接地裝置設(shè)計(jì)：一般采用自然接地體作為接地裝置，由于一般加油站站區(qū)各接地裝置之間距離都小于5米，應(yīng)將加油站的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備工作接地、保護(hù)接地、信息系統(tǒng)的接地、等電位連接帶、建筑物金屬構(gòu)件采用共用接地，以達(dá)到均壓、等電位以減少各種接地設(shè)備之間、不同系統(tǒng)之間的電位差。在進(jìn)行建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)施工時(shí)將兩基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋進(jìn)行可靠連接，每間隔18米做一次接地。當(dāng)自然接地體達(dá)不到接地電阻要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置人工接地體?？紤]到接地裝置使用的長(zhǎng)期性和耐腐蝕性，建議接地裝置布置依據(jù)地形設(shè)計(jì)，人工接地體設(shè)置在散水坡1m以外，可以不破壞散水坡保護(hù)面，同時(shí)也加大了地網(wǎng)包圍的有效面積。在建筑物外設(shè)計(jì)成閉合的環(huán)形，可以起到均壓環(huán)的作用，也可以從不同的方位引入地線作等位連接使用，同時(shí)可以作為不同位置進(jìn)入建筑物線纜的外屏蔽層接地線使用。水平接地通常使用40×4mm鍍鋅扁鋼，埋深0.6米（深度應(yīng)大于當(dāng)?shù)貎鐾翆樱?；垂直接地使用L50×50×5×2500mm鍍鋅扁鋼，垂直接地體間使用非金屬接地模塊。
接地電阻要求：加油站的地網(wǎng)分為直擊雷保護(hù)接地（其接地電阻要求≤10Ω）、防靜電接地（其接地電阻要求≤100Ω）、電源工作接地其接地電阻要求≤4Ω），信號(hào)線路直流工作接地其接地電阻要求≤4Ω）四個(gè)部分，當(dāng)采用統(tǒng)一接地時(shí)，接地電阻值應(yīng)按最小值確定，接地電阻要求≤4Ω。
3.2 油罐區(qū)的防雷設(shè)計(jì)
油罐區(qū)的防雷設(shè)計(jì)：一般采用呼吸閥作為接閃器（高度4-5m），當(dāng)利用呼吸閥作為接閃器時(shí)，應(yīng)保證呼吸閥與罐體接觸良好，防止直擊雷對(duì)呼吸閥放電不能將雷電流引入大地。埋地金屬油罐必須作環(huán)形接地，其接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩處，其間弧形距離不宜﹥30m，接地體距罐壁不應(yīng)小于3m。鋼油罐頂板厚度﹤4mm時(shí)，應(yīng)裝防直擊雷設(shè)施，當(dāng)頂板厚度≥4mm，可不裝防直擊雷設(shè)施，但對(duì)位于多雷區(qū)（年平均雷暴日數(shù)多于40天）的油罐和鋁頂油罐，應(yīng)安裝獨(dú)立接閃桿做防直擊雷設(shè)施。獨(dú)立接閃桿與被保護(hù)油罐的水平距離不應(yīng)小于3m,按滾球方法計(jì)算，使油罐呼吸閥處于其保護(hù)范圍內(nèi)，并且保護(hù)范圍應(yīng)高于呼吸閥2m以上。
輸油管道的始、末端和拐彎、分支處應(yīng)分別接地，每隔12米做一次接地，接地電阻≤4Ω。油罐區(qū)的接地應(yīng)采用共用接地裝置，并在各處作等電位連接，即油罐的罐體及罐的金屬構(gòu)件以及呼吸閥、量油孔等金屬附件，電力電纜外皮和瓷瓶鐵腳，裝于鋼油罐上的信息系統(tǒng)的配電線纜外皮，加油機(jī)地腳螺釘?shù)染鶓?yīng)與接地系統(tǒng)做可靠的電氣連接，其接地電阻值應(yīng)≤4Ω，由于油罐車進(jìn)行裝卸油時(shí)，罐內(nèi)油品會(huì)產(chǎn)生靜電，靜電會(huì)積聚到浮盤(pán)上，此時(shí)浮盤(pán)應(yīng)與罐體做電氣連接，否則，容易產(chǎn)生靜電火花發(fā)生火災(zāi)事故。油罐車在裝卸過(guò)程中應(yīng)采用專用的接地導(dǎo)線、夾子和接地端子將油罐和裝卸車設(shè)備相連，并將防靜電接地裝置與油罐接地相連接。加油機(jī)主體應(yīng)與地溝接地裝置進(jìn)行可靠連接，應(yīng)保證加油槍皮管內(nèi)部銅線一端與加油機(jī)主體連接，防止加油過(guò)程中由于汽油（或柴油）與加油槍摩擦產(chǎn)生靜電無(wú)法通過(guò)加油管進(jìn)行釋放。平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮長(zhǎng)金屬物，其凈距離小于100mm時(shí)，應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)的間距不應(yīng)大于30m，交叉凈距小于100mm時(shí)，其交叉處也應(yīng)跨接，各種金屬管道法蘭的連接螺銓少于5根時(shí)，法蘭必須用金屬導(dǎo)線跨接，跨接電阻應(yīng)小于0.03Ω。
3.3 電源配電系統(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)
380/220V供配電系統(tǒng)宜采用TN-S配電系數(shù)：即三相五線制（單相三線制）配電方式。在這種配電方式的整個(gè)系統(tǒng)（包括分支線路）中，具有單獨(dú)的中性線（N）和保護(hù)接地線（PE），即在整個(gè)系統(tǒng)中中性線與保護(hù)接地線始終是分開(kāi)的。使N線與PE線分開(kāi)的目的，PE線上沒(méi)有交流電流過(guò)，在整個(gè)防雷工程的等電位連接接地系統(tǒng)中，它與等電位連接接地系統(tǒng)保持可靠的連接，所以PE線上電位處處相等。
電纜應(yīng)穿鋼管埋地進(jìn)入加油站，電纜金屬外皮或電纜金屬保護(hù)管兩端均應(yīng)接地，在供配電系統(tǒng)的電源端應(yīng)安裝與設(shè)備耐壓水平相適應(yīng)的過(guò)電壓（電涌）保護(hù)器。供電系統(tǒng)電纜金屬外皮或電纜金屬保護(hù)管兩端均接地，其目的就是封鎖電磁效應(yīng)，減少或削弱雷電危害，預(yù)防雷擊事故的發(fā)生。供電系統(tǒng)電纜應(yīng)單獨(dú)布線，不得與油品、液化石油氣和天然氣管道、熱力管道敷設(shè)在同一溝內(nèi)，防止電纜溝進(jìn)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(zāi)事故，電纜溝應(yīng)充沙填實(shí)。
4 余姚市高速公路旁某加油站防雷設(shè)計(jì)方案
4.1 加油站環(huán)境勘測(cè)
該加油站位于浙江省余姚市，該地區(qū)屬于季風(fēng)亞熱帶氣候，其土壤性質(zhì)為巨板土與砂巖地，土壤電阻率較大，且不均勻。經(jīng)測(cè)量其平均值為180Ω·m。年平均雷暴日為40d/年，3-9月份，雷暴發(fā)生概率較大，屬于多雷區(qū)。加油站內(nèi)有加油罩棚及辦公樓，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。加油罩棚長(zhǎng)為20米、寬為20米、高8米，內(nèi)有4個(gè)灌油機(jī)，各相距6m。辦公室長(zhǎng)16米、寬23.1米、高3.5米，距辦公室10米處有兩個(gè)地下儲(chǔ)油庫(kù)。電源線路采用架空引入，電源系統(tǒng)采用TN-S系統(tǒng)。辦公室內(nèi)有電話機(jī)、復(fù)印機(jī)、UPS、數(shù)據(jù)傳輸線及空調(diào)線機(jī)等電子設(shè)備。根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》可知，該加油站屬于第二類防雷建筑物。
4.2 本加油站設(shè)計(jì)
根據(jù)上述得知，該建筑物為二類防雷建筑物，故按二類防雷建筑物作防雷設(shè)計(jì)（采用TN-S系統(tǒng)）：在罩棚和辦公樓屋頂四周及屋面采用φ10mm鍍鋅圓鋼作接閃帶進(jìn)行明敷防護(hù)，并在屋面組成不大于10m×10m或12m×8m的接閃網(wǎng)格，且在屋頂?shù)乃慕窃O(shè)置接閃桿做防護(hù)，接閃桿采用φ12mm鍍鋅圓鋼，高為0.3m；另外，突出屋面的金屬構(gòu)件等應(yīng)與屋面接閃帶做可靠焊接，突出屋面的非金屬物，當(dāng)其不在接閃器的有效保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)加裝直擊雷防護(hù)裝置（接閃桿或接閃帶或混合接閃器）加以保護(hù)。根據(jù)建筑物外部為鋼筋混凝土構(gòu)架特性，當(dāng)利用混凝土內(nèi)鋼筋作為自然引下線并同時(shí)利用基礎(chǔ)接地體時(shí)，應(yīng)在室內(nèi)外的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)連接板?？刹捎勉~鋅合金焊、熔焊、卷邊壓接、縫接、螺釘或螺旋連接。第二類防雷建筑物引下線應(yīng)沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，其間距沿周長(zhǎng)計(jì)算不應(yīng)大于18m。防雷接地裝置宜充分利用樁基礎(chǔ)、承臺(tái)結(jié)構(gòu)主筋構(gòu)成自然接地裝置，在樁基礎(chǔ)每樁利用外圍結(jié)構(gòu)主筋中對(duì)角2根主筋作為垂直接地體；利用結(jié)構(gòu)外圈梁主筋宜焊接連通作為水平接地體。
本工程的防靜電接地、呼吸閥、加油機(jī)、埋地油罐等露出地面的工藝管道作相互電氣連接后與防雷接地共用一個(gè)接地裝置，共用沖擊接地電阻小于1歐姆，若不符合要求，應(yīng)做人工接地極。 通過(guò)環(huán)境勘測(cè)得知，該建筑物的電纜是通過(guò)架空引進(jìn)的，因此在進(jìn)入本建筑物時(shí)應(yīng)采用一段金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引入，架空線與建筑物的距離不應(yīng)小于15m。
為防閃電感應(yīng)，根據(jù)GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》要求，在電源總配電箱內(nèi)裝一級(jí)浪涌保護(hù)器（技術(shù)參數(shù)：Iimp≥12.5KA、Up≤2.5KV）作防護(hù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
汽車加油站作為雷電高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，又屬于易燃易爆場(chǎng)所，應(yīng)按二類防雷建筑物防護(hù)要求來(lái)考慮，應(yīng)從外部防雷、內(nèi)部防雷進(jìn)行考慮，注重等電位連接與共用接地系統(tǒng)、屏蔽及布線、防雷與接地、安裝電涌保護(hù)器等綜合防護(hù)。在實(shí)際的防雷工程設(shè)計(jì)中，還需要根據(jù)各類設(shè)備的特點(diǎn)和防護(hù)對(duì)象的實(shí)際情況靈活應(yīng)用、綜合考慮，才能獲得良好的效果，最大限度地降低雷電災(zāi)害。
