加油站综合防雷设计方案

一、前言

随着我国经济的快速发展，城市的综合灾害防御规划与城市的建设规划共同进行已成为各地政府规划城市建设的主要内容之一。伴随地方经济的发展和人民生活水平的提高，各地的机动车辆也在迅速增加，城市机动车公共加油站这一为之提供能源的配套服务设施也在的速度地增加。加油站在城市交通建设中起着重要的作用，也是城市灾害救助中的重要能源基地，但是近年来加油站的雷电灾害事故频繁发生，直接威胁到加油站周围人群和建筑物、及财产的安全，削弱了加油站作为城市能源枢纽的功能，在避雷检测和雷灾事故调查中发现,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。如1998年江浦加油站两台加油机被雷击坏，顺风加油站的配电柜被雷击毁。1999年4～5月间永兴加油站的加油机多次被雷击坏。因此对加油站的雷电综合防护是非常重要的。综合防雷包括外部直击雷的防护、内部感应雷的防护 、屏蔽、等电位及接地。

1、加油站的环境特点

①　地理位置：加油站通常设在城区开阔地带或郊区、山区、乡村、高速公路等道路边的开阔地带。

②　实施条件：近年来，随着国家主管部门对石化系统防雷的重视，加油站的机械防雷部分（避雷针和地网等）逐步有所改善，建筑物得到了较好的保护；但是缺乏对感应雷的认识和防护，加油机和控制设备经常受感应雷攻击。

③　电源和通信线路通常都是架空明线到站区附近在埋地引入建筑物。在乡村和山区有时根本没有地埋措施，因此非常容易感应雷电电磁脉冲。

从以上几个特点不难发现，从雷电防护角度来看，加油站一般都运行于“高风险”环境下，即对于雷害风险的“暴露程度”很高；随着科技的进步，加油站的电子设备也越来越多，越来越精密。受感应雷攻击的机会增加，承受能力却更低。应此给加油站做综合防雷防护装置非常必要。

2、加油站的设备布局

①　电源系统：一般加油站的380V交流供电线路是架空明线接入至站区附近再地埋引入总配电室或发电机房；然后从总配电屏埋地进入加油台、控制室和办公区；从加油台分至加油机。

②　通信系统：每支油枪的计量数据由485通信线经过加油机底部埋地进入控制室；控制室把统计数据通过ADSL等通信线路实时或限时向上一级结算网络发送。

③　办公区电脑设备通过局域网相连。

3、加油站常见的感应雷击事故和原因

①　总配电室内防雷器被打坏。主要原因是防雷装置的技术不过关或者通流容量太小，因为通过架空电路引入的雷电非常强劲，一次雷击有多次的浪涌，如果安装的是单通路保护模式的防雷器，只要前一次击穿，后面的浪涌就可直接通过，破坏设备；或者保护防雷器的空气开关直接跳闸，防雷器得到了保存，但是不起保护作用。雷无定势，从架空电缆引入的雷电，相间的感应率非常高，在总电屏处接受的雷电攻击最强烈，因此，总配电柜安装合适的防雷器至关重要。

②　加油机控制电路板被打坏。主要有两种愿因造成：

A、当总配电屏的防雷器不起作用的时候（空气开关跳闸或者防雷器被打坏来不及维修），电流就可以通过电源线直接击毁加油机的电路板；

B、有些加油站的地网没有改造好，雷电通过避雷针向下泄流时，产生地电位反击，对埋在加油机下面的电线和信号线产生感应电流，对电路板进行破坏。

③　控制室内负责对上级网络交换数据的电脑网卡被打坏。所以有很多加油站在打雷时就把通信线拔下来，这样有时会影响正常的数据交换。

④　办公区域的电脑和程控交换机被打坏。有的通过电源引雷，有的是通过网线引雷导致，但是一般的加油站都没有给办公区域安装防感应雷装置的预算。

4、加油站防雷等级的确认

依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》建筑物年预计雷击次数按下式计算：

N = kNgAe ；Ng = 0.024Td 1.3

式中　N 建筑物预计雷击次数（次/a）；

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，对于中等以上雷暴强度地区（年均雷暴日40天以上）地区位于公路旁边四级以下的面积3000平方米左右，建筑高度小于15米的常规加油站的预计雷击次数为：

N = kNgAe≈0.15次/a

依据以上计算，参照GB 50057-94《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，其防爆防火等级应定为IaⅡAT3。

二、方案设计依据

1、GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

2、GB15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》

3、GB 50074-2002《石油库设计规范》

4、IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》

5、GB 50058-92《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》

6、GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》

7、YD/T5098 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》

8、GB 2887-89《计算机场地安全要求》

三、设计方案

加油站属第二类防雷建筑物，其综合防雷应从下述几个方面加以考虑：

1、建筑物的直击雷防护

　依据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，由于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50cm高避雷短针进行防护即可。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。

2、油罐的直击雷防护及接地

依据GB50074-2002《石油库设计规范》第14.2章、防雷的要求：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。

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。

3、加油站的感应雷的防护

加油站大部分雷击事故是雷电波通过电源线、电话线、数据线、网络线传导而发生的。做好这些信号线路的保护是加油站防雷的重要组成部分。

（1）电源配电系统的防雷

根据IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》、GB 50057-94《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。因此选用电源系统三级保护，可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。

具体措施

①　电源一级防雷

依据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷电电磁脉冲；第三节 屏蔽、接地和等电位连接的要求：第6.3.4条及第四节 对电涌保护器和其他的要求：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。同时，依据《建筑物防雷设计规范》第六章：第四节 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低压总配电柜内，总断路器（熔断器）后，漏电保护器前安装通流量在50-100KA的三相电源防雷箱，配有正常（绿）和故障（红）指示灯，远程告警端子和雷电计数器，用于整个加油站所有用电设备的第一级电源防护，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。

②　电源二级防雷

根据《建筑物防雷设计规范》第六章：防雷击电磁脉冲；第四节，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》第四章的有关规定，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旁分别安装三相电源防雷箱或模块式三相电源防雷器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。用于加油机用电的第二级电源防护。

③　电源三级防雷

根据IEC 61312-3雷电电磁脉冲的防护 第三部分：浪涌保护器的要求，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。

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，用于电源系统的第三级保护。

（2）信号系统防雷

在雷击发生时，产生巨大瞬变电磁场，在3KM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。 本方案中网络、信号设备防护方面，依据GB 50174-93《电子计算机机房设计规范》、YD/T5098 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》、GB 2887-89《计算机场地安全要求》中信号系统雷电及过电压防护要求。

具体措施

①　在油罐液位仪控制器每对485数据信号线端分别串联安装1套控制信号防雷器

②　在每组加油机内数据采集器、加油机控制总线处安装数据通讯控制信号防雷器，一般将防雷器安装于防爆箱中，用于每组加油机内数据采集器和中控主板信号线路的防雷保护。

③　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数据通讯控制信号防雷器，用于税控主机信号线路的防雷保护。

④　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。并安装专用的电话防雷器。

⑤　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，安装网络信号信防雷器，用于各设备网卡及网络通信线路的防雷保护。

⑥　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，用于监控设备视信号线路的防雷保护。

⑦　在室外加油坪的摄像机安装监控摄像机多功能防雷器，球机用电源、网络信号线二合一防雷器，固定枪机用电源、网络信号线二合一防雷器，其中根据摄像机供电电压不同，有AC24V、DC24V，DC12V可选，用于户外监控摄像机的防雷保护。

4、屏蔽和等电位连接

等电位连接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。因此必须建立完善的屏蔽及等电位连接。

加油站建筑物之间的连接电缆应敷设在金属管道内，这些金属管道从一端到另一端应全线电气贯通，并连到各建筑物的等电位连接带上。电缆屏蔽层也应连到这些连接带上。

将进入建筑物的各类金属管线的屏蔽层、机架等在进入建筑物前进行等电位连接后接地，在进入设备房前再进行二次等电位连接后接地。

在建筑物入口处，即LPZ0B与LPZ1区交界进行总等电位连接后接地，在后续的雷电防护区交界处按总等电位连接的方法进行局部等电位连接，连接主体包含系统设备本身（含外露可导电部分）、PE线、机柜、机架、电气和电子设备的外壳、直流工作地、防静电接地、金属屏蔽线缆外层、管道（水管、采暖和空调管道等金属管道）、屏蔽槽、防雷器器SPD的接地等均以最短的距离就近与这个等电位连接带直接连接。

架空电力线由于终端杆引下后应更换为屏蔽电缆，进入建筑物前应水平直埋50m以上，应大于0.6m，屏蔽层两端接地，非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平直埋50m以上，铁管接地。

在计算机机房、监控机房、消防机房、程控交换机房等防静电地板下面沿墙四周分别加装等电位铜排，规格40mm*3mm。机房内的安全保护接地，信号工作地，屏蔽接地，防静电接地和防雷器接地等均应连接到局部等电位接地端子板上。机房内金属设备、机柜外壳等均连接到等电位铜排上做保护接地，保护接地线用6mm2多股绝缘铜地线。防静电地板支架与等电位铜排的接地采用软铜带。等电位铜排与层接地端子的连接，采用不小于35mm2多股绝缘铜地线。

各级防雷器（SPD）连接导线应平直，其长度不宜超0.5米。带有接线端子的电源线路应采用压接；带有接线柱的防雷器宜采用线鼻子与接线柱连接。

具体措施

①　配电房内设置一块50×300×5mm铜排，供配电房总配电柜及加油机分配控制柜的接地使用。

②　在便利店收银机下面墙面上设置一块50×300×5mm铜排，分别引6mm2铜导线到相关设备金属外壳接地螺丝上。

③　在机房墙面上设置一块50×300×5mm铜排，分别引16mm2铜导线至网络与监控机柜。

5、防雷接地系统

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。

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0.8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。

说明：上表防雷器数量仅作参，安装防雷器实际数量应以现场实际情况来定。