汽车加油加气站的雷电与电涌防护

1、五、雷电防护技术与应用汽车加油加气站的雷电与电涌防护欧清礼（中国石化北京设计院，北京 100011）概 述随着我国经济快速发展，人民生活水平的提高，汽车进入平民百姓家，汽车运输迅猛发展，为之提供能源配套服务的设施汽车加油加气站的建设，如雨后春笋般的急速增加。它对城市交通起着很重要的作用。随着汽车加油加气站的自动化水平的提高，如计算机计量、计价、油罐液位计量、自动火灾报警等应用越来越普遍，使近几年加油加汽站的雷电事故逐年增加，影响机动车加油加气，削弱了加油加气站作为城市能源枢纽的功能，也给不了解加油加气站安全性能的人们,产生不安全感。因此，对汽车加油加气站的雷电与电涌保护就显得非常重要了。1 加

2、油加气站的环境特点：加油加气站通常具有以下几个特点：1.1 地理位置：加油加气站通常应纳入建设总体规划，设置在交通便利的城区开阔地带或郊区、道路干线、主干线、高速公路旁边等地带。1.2 实施条件：加油加气站的建筑一般都有高大的罩棚，较低一些的营业室、值班室等，一般占地面积不大，不便于多级防雷的实施。加油加气站的油罐都采用直接埋地式，不低于4m 的通气管都安装有阻火器（兼有防爆性能）。1.3 电源系统：一般加油站都用220/380U外接电源，加气站、加油加气合建站都用610KV外接电源。并独立设置电能计量装置。电力线路一般都采用电缆直接埋地敷设，进出建筑物及穿越行车道部分都应穿钢管保护。1.4

3、电子系统：加油加汽站的电子系统应采用铠装电缆或导线穿钢管配线，配线电缆金属外皮两端，保护管两端均应作屏蔽等电位接地。1.5 爆炸危险区域划分：汽车加油加气站的爆炸危险区域划分详见汽车加油加气站设计与施工规范GB501562002，附录B。一般只有加油加气机周围，油罐内部及通气口周围，阀井及油罐车卸车场地有时可能存在爆炸危险环境，但一般是运营操作时存在，停止运营操作时消失。（卸车场地、加油场地、油罐进油时通气管周围等）。从以上几个特点不难发现，从防雷击事故来看，汽车加油加气站不象有些人说的在“高风险”环境下运行，要采取强有力的防护措施。只要根据国标汽车加油加气站设计与施工规范GB50156200

4、2设防，汽车加油加气站可以安全平稳的运行。2 汽车加油加气站的雷击事故分析：为了防止加油加气站的雷击事故，找出发生雷击事故的原因，采取安全、可靠、经济适用的措施防雷，就能达到少投入、多产出，事半功倍的效果。全国加油加气站雷击事故统计 统计年全国雷击事故（次） 全国加油加气站雷击事故（次） 全国加油加气站事故率% 加油机雷击坏事故(次加油机雷击损坏占加油站雷击事故的事故率% 备注20011741 22 0.026 19 86.3 20023386 54 0.064 45 83.3 20033911 79 0.093 65 82.3注：1） 全国加油加气站按85000座考虑。2） 加油机雷击事故主

5、要是电脑加油机主控电路板击坏，占全国加油加气站事故的80%以上。3） 在统计加油加气站雷击事故时，没有发现一次由于雷击事故造成加油加气站（按国标要求建造）爆炸火灾事故的案例。从上面全国加油加气站雷击事故统计情况看出，加油加气站的雷击事故，主要是雷击使电子系统设备损坏事故。其中电脑加油机主控板的雷击事故最多，占80%以上，其次是报警系统，空调、电视机等，分析原因都是侵入雷与雷电反击所为，因此汽车加油加气站必须采取系统的综合防雷措施，特别应加强对侵入雷与雷电反击的防护。3 汽车加油加气站的雷电与电涌防护：汽车加油加气站的防雷，必须采取系统的防护措施：即接闪、分流、接地、均压、电磁封锁、合理布线，安

6、装电涌保护器（SPD）等综合措施，才能有效的防止雷电事故，确保汽车加油加气站平稳安全的运行。加油加气站的建筑物主要包括：埋地油罐、埋地液化气罐、石油液化气泵房、天燃气压缩机房、站房（营业室、值班室、罩棚），地上液化石油气罐、储气瓶房等，爆炸危险区区的范围较小，绝大部分是区。根据国标GB5005794建筑物防雷设计规范，应定为第二类防雷建筑物，它的系统防雷包括以下措施：3.1 接闪根据汽车加油加气站所处的气象、地形、地貌、周围环境等因素进行综合分析，当该加油加气站有可能遭受直接雷击时（汽车加油加气站位于高速公路、城市主干道、干道路旁的开阔地段、河流、沿湖、海边等边沿地段，建造在多雷地区（年雷暴日

7、40d/a）。应在其屋面上装设避雷带（网）进行接闪3.2 分流加油加气站在其屋面上安装有避雷带（网）接闪后，应利用柱钢筋或敷设扁钢作引下线，为使雷电流分多路引导泄入大地，降低雷电在附近导体或电线、电缆上的感应电势或电流，应尽可能多的布置引下线，均匀布置在加油加气站四周，地下部分与接地网焊接。3.3 接地加油加气站的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地、电子系统的接地（逻辑地、参考地），SPD接地等，宜共用接地装置，其接地电阻值不应大于4。接地应围绕建筑物作环形闭合接地装置，在每根引下线处，布置23根垂直接地极，垂直接地极长2.5m，埋深0.7m 以下，作用是降低冲击接地电阻及固定

8、环形闭合装置，接地网应在油罐卸车场地，加油机安装处，配电盘进线处，埋地油罐通气管处等焊接出接地支线，为上述设备作接地用。3.4 电磁封锁加油加气站的供电电源线路，应采用铠装电缆埋地或导线穿钢管埋地引入，电缆或配线钢管长度不应小于2 m,（为当地土壤电阻率）， 且不应小于15m，电缆铠装及保护管两端均应可靠接地。加油加气站的电子系统也应采用铠装电缆或导线穿钢管配线，配线电缆金属外皮两端，保护管两端均应接地。3.5 均压加油加气站围绕建筑物作环形闭合接地装置后，所有进出环形接地装置的金属管道。电缆金属外皮，导线保护管，均应在与环形接地装置交叉处相连。加油站内的所有需接地的设备与构件，如油罐、加油机

9、、通气管、配电盘、电子系统用配电盘、开关、灯具等都要与接地网相连接，为使相邻的金属导体及设备上的电势（电压）相等。防止雷电反击火花及维护操作人员产生电击，保护设备及人身安全。相邻的金属导体及设备应用导电体跨接。3.6 合理布线当汽车加油加气站的屋面上装有避雷带（网）接闪时，动力配线与电子系统配线，应尽量远离避雷带的引下线，最好两者相距2m 以上，否则应套钢管加强屏蔽。3.7 安装SPD在供电线路及电子系统传输线上，经常会产生对其设备有破坏性的电涌波形。为对供电设备及电子系统设备实施保护，需在以下部位安装电涌保护器SPD。供配电系统的电源端：根据规范要求，加油加气站的220/380U电源宜采TN

10、C系统，在总配电箱后应采用TNS系统，总配电箱电源进线处PEN 线作重复接地，总配电箱以后N 线与PE 线严格分开。其SPD 接线如图1。注：1. 上级电源柜的F 1为本回路保护电器（熔丝或断路器）2加油加气站配电柜中的F 2保护电器是保护SPD 电涌保护器。3RA 为接地网接地电阻。4当电源采用TNS系统时，配电柜前N 线不作重复接地，必须在N 与PE 线之间加装一个SPD（电涌保护器）。SPD 选型要求：A 、最大冲击放电电流（Iimp ）：应根据建筑物的防雷类别（加油加气站属第二类防雷建筑物），再根据进出建筑物的导电物（金属管线、电力线、通信线）进行分流。每一导电物电流为i 1=Is /

11、2/n(KA,(n为导电物路数，供电电缆每一芯线电流为i r =i1/m(KA（m为电缆芯线数）。当计算不可靠或有困难时，按Iimp12.5KA选取。4 电流波形确定：加油加气站的电源进线，大都采用铠装电缆进线，与架空线T 接端的电缆头应装避雷保护，电缆铠装外与避雷器接地端并联再接地，加油加气站的配电端电缆头再接地。因此电缆可以起到屏蔽与分流作用，此种情况可能使外进来的电流小于A 项计算值，但仍应按外来分流考虑，即按A 项。少数加油加气站的电源线采用架空进线（不符合规范），架空线可能遭受直击雷或附近遭雷击，此种情况的SPD（配电柜侧），也应采用10/350s试验波。B、最大持续运行电压Uc 的

12、确定：最大持续运行电压Uc，要求SPD 在此电压下长期运行不会损坏，而最大持续运行电压Uc，要是雷击产生的过电压，此电压一般都是瞬态过电压，其电压幅值可以很高，但持续时间很短（s、ms）。通过SPD 的能量有限，一般不会使SPD 损坏，但电网运行等因素产生的暂态过电压，其幅值比雷电过电压低，但持续时间很长，通过限压型（MOV）SPD时能量会较大，轻则加速SPD 老化，重则使SPD 过热而损坏或短路爆炸。对开关型SPD 虽然没有老化问题，但动作后有续流，当电网的暂态过电压幅值较高时，动作后的续流大而不能自行熄灭，也会使SPD 爆炸，所以选择Uc 要结合电网接地系统确定，对加油加气站而言，根据规范

13、规定采用的是TNCS系统，此时选取Uc1.15U0 ，当接于L 与PE 或PEN 之间或L 与N 之间的SPD ，按相关标准通过做了低压对地短路即1.45U 0时间5S 的暂态过电压试验时就可以了（U0为供电系统相电压）。C、SPD的保护水平Up 值的确定：供电系统安装SPD 的目的是保护电气设备。如图（2）当SPD 动作时，雷电流流过SPD，SPD将过电压降到Up 值，而设备所承受的电压是Up+Up1+Up2=U，由此可见，被保护设备所承受的电压是SPD 的保护水平加上两端的引线电压降。因此 要求两端引线越短越好，其总长度不超过0.5m 为佳。当满足以下条件时，可仅在电源进户处安装一套SPD

14、：1） 电源进线处安装的SPD 其保护水平Up2.5Kv。2） 需保护设备距电源处SPD 距离不小于10m，且SPD 的保护水平Up 加上两端引线的感应电压，对限压型SPD 要求（UpUp1+220/380V绝缘配合设备位置电源处 配电线分支线路用电设备特殊需要 耐冲击电压类别类 类 类 类 耐冲击电压额定值（KV） 6 4 2.5 1.5汽车加油加气站防雷接地平面图见图3：1. 罩棚 2.加油机 3.立柱 4.埋地油罐 5.供配电柜 6.给加油 机配线（网）11.UPS柜 12.计算系统配电柜注：1. 本图为典型4台加油机，4个埋地罐的平面图。2. 加油站屋面加装避雷带网防直击雷，此加油站要

15、建在周围有高大的建筑物保护或在雷暴日30d/a的地区，加油站可以用避雷带（网）防直击雷。例：上图SPD 1的上安与选择SPD1:氧化锌避雷器（户外型） SPD2:powersetbc/3+1（混合型SPD）SPD3 :PT2PE/s230AC 根据国标建筑物防雷设计规范定：加油加气站属第二类防雷建筑物，按150kA 和平共处37.5kA，波头时间分别为10s和0.25s，按图3有3回导体，每回导体电流为：ii1=150kA/2/3=25kA，i i2=37.5kA/2/3=6.25kA电源电缆电流为：因有电缆段屏蔽：ii1=25kA×0.3=7.5kA对级分类试验的SPD2每一芯线电流为：Ipek>7.5/3=2.5kA（10/350s）就可以了。但电压保护水平必须小于UPS 设备的耐压值(1.5kV,可采用德国PHOENIX 生产的具有AEC 主动能量点火技术的混合型防雷器：POWERSET BC/3+1，其保护水平小于等于900V,通流量50KA.目前在许多行业都得到了广泛的使用!SPD 3 ：PHOEN