電涌保護器為汽車加油站防雷電設計支起半邊天

電涌保護器為汽車加油站防雷電設計支起半邊天
隨著我國經濟的快速發(fā)展，城市的綜合災害防御規(guī)劃與城市的建設規(guī)劃共同進行已成為各地政府規(guī)劃城市建設的主要內容之一。伴隨地方經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，各地的機動車輛也在迅速增加，城市機動車公共加油站這一為之提供能源的配套服務設施也在的速度的增加。加油站在城市交通建設中起著重要的作用，也是城市災害救助中的重要能源基地，但是近年來加油站的雷電災害事故頻繁發(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能源樞紐的功能，因此對加油站的雷電綜合防護是非常重要的。 1、汽車加油站的環(huán)境特點
加油站通常具有以下幾個特點：1）地理位置：加油站通常設在城區(qū)開闊地帶或郊區(qū)、山區(qū)、鄉(xiāng)村、高速公路等道路邊的開闊地帶；2）實施條件：無論在城區(qū)還是鄉(xiāng)村，這些加油站建筑往往都不具備符合要求的防雷實施（括外部防雷、內部防雷和地網等等）。此外，加油站營業(yè)建筑的面積一般都很小，不便于多級防雷方案的實施；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，經變壓器后再地埋引入建筑的。在鄉(xiāng)村和山區(qū)有時根本沒有地埋措施，因此非常容易感應雷電電磁脈沖；4）通信網絡系統(tǒng)：引入加油站的ISDN等通信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電涌保護器（SPD）做雷電防護措施。
從以上幾個特點不難發(fā)現(xiàn)，從雷電防護角度來看，加油站一般都運行于高風險環(huán)境下，即對于雷害風險的暴露程度很高，因此需要采取強有力的防護措施。根據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》、GB15599-95《石油與石油設施雷電安全規(guī)范》、GB 50074-2002《石油庫設計規(guī)范》等國家標準及IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》標準，其電源線路至少應采取兩級雷電防護，信號線路至少應采取一級雷電防護才能達到雷電防護的要求。但目前的情況是，大多數(shù)加油站都沒有進行電源線路和信號線路的雷電過電壓防護。
鑒于加油站的上述特點和要求，一般認為對于中等以上雷暴強度地區(qū)（年均雷暴日40天以上），應選用 大標稱放電電流大于15KA（10/350S）的電涌保護器作為電源系統(tǒng)的第一級雷電防護，其保護水平應小于2000V，同時滿足這兩個方面的要求才能保證加油站設備用電電源的可靠運行。通信信號線路由于多是由外部進線，因此同樣會受到雷擊的威脅，因此也需要采用專用通信信號系列電涌保護器進行雷電防護。為加油站系統(tǒng)圖： 2、汽車加油站防雷等級的確認
依據(jù)GB 50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》建筑物年預計雷擊次數(shù)按下式計算：N = kNgAe；Ng = 0.024Td 1.3 式中N 建筑物預計雷擊次數(shù)（次/a）；
k 雷擊次數(shù)校正系數(shù)；在此類型情況下取2；
Ng 建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度[次/（km2a）]；
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)；
在下列情況下k取相應數(shù)值：
a、位于曠野孤立的建筑物取2；
b、金屬屋面的磚木結構建筑物取1.7；
c、位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂部、山谷風口等處的建筑物，以及特別潮濕的建筑物取1.5；
根據(jù)以上年預計雷擊次數(shù)參數(shù)，對于中等以上雷暴強度地區(qū)（年均雷暴日40天以上）地區(qū)位于公路旁邊四級以下的面積3000平方米左右，建筑高度小于15米的常規(guī)加油站的預計雷擊次數(shù)為： N = kNgAe0.15次/a。
依據(jù)以上計算，參照GB 50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》第2.0.3條的要求，其屬于標準規(guī)定的具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，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。因此應定為二類防雷建筑物，其防爆防火等級應定為Ia(ia)ⅡAT3。 3、汽車加油站直擊雷防護設計 1）站區(qū)的防雷設計
依據(jù)GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》，由于汽車加油站的建筑物的防雷類別為二類，所以用滾球設計接閃器時滾球半徑R=45m；由于加油站的建筑物括加油棚、宿舍樓及其它附屬建筑物，這些建筑物在設計和施工時，利用其框架結構的樁作為垂直接地體，利用地梁與承臺作為水平接地體，利用樁內兩條對角主筋作為引下線，利用天面板筋作為接閃網格（通常為10m10m或8m12m），因此只需要沿天面四邊設避雷帶，在四角設避雷50cm短針進行防護即可。如加油站為尖頂型結構，需要在尖頂部位安裝避雷針，常規(guī)設計為高度為100cm避雷針。 2）油罐區(qū)的防雷設計
依據(jù)GB50074-2002《石油庫設計規(guī)范》第14.2章、防雷的要求：金屬油罐必須作環(huán)形接地，其接地點不應少于兩處，其間弧形距離不宜＞30m，接地體距罐壁應不小于3m。鋼油罐頂板厚度＜4mm時，應裝防直擊雷設施，當頂板厚度4mm，可不裝防直擊雷設施。但對于位于多雷區(qū)（年平均雷暴日數(shù)多于40天）的油罐和鋁頂油罐，應安裝獨立避雷針做防直擊雷設施。獨立避雷針與被保護油罐的水平距離不應小于3m，保護范圍應高于呼吸閥2m以上。
依據(jù)GB 50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》第三章、建筑物防雷設施和GB 50074-2002《石油庫設計規(guī)范》第14.2章、防雷的要求：油罐區(qū)的防雷類別應設定為一類，用滾球法計算常規(guī)油罐區(qū)的保護范圍，當滾球半徑R=30m時，兩支對角線分布的等高避雷針的高度一般為9.5m，其導流面積應大于100mm2 ，根據(jù)安裝需要可進行焊接或螺栓緊固在避雷針鐵塔頂部。
c）SPD4必須盡量靠近設備，這是因為GB 50057-94（2000版）和IEC 61312表明電涌保護器距被保護設備的距離過大會由于雷電波的反射效應而在被保護設備上引起高頻振蕩，使得設備上的電壓超過電涌保護器上的殘壓而損壞設備。這個距離應小于10米。
B、電涌保護器的選擇
a）動作電壓的選擇
變壓器低壓側的電涌保護器其三相電壓為動作電壓；U0 = 400V
b)、電涌保護器的通信容量選擇
首級電涌保護器標稱放電電流的選擇
GB 50057-94（2000版）和IEC 61312指出：二類保護要求,應按總雷電流150KA(10350S波)來考慮電涌保護器選擇，按照其建議的雷電流分配方式其中50%即75KA是通過接地系統(tǒng)（水管、鎧裝電纜外皮或導線的我屬保護管等）直接入地；另外50%通過安裝在相線和中線上的電涌保護器入地。
依據(jù)以上標準考慮到50%雷電流分配到電源系統(tǒng)的 惡劣環(huán)境，按照GB 50057-94（2000版）標準表6.1提供的雷電流參數(shù)電涌保護器每相上的雷電流約為：
當線路無屏蔽時，Iimp =[150 KA50%]4 =18.75KA
當線路有屏蔽時，Iimp =[150 KA50%30%]4 =5.625KA
對于本系統(tǒng)電源線路的特點，按《建筑物防雷設計規(guī)范》第六章：第四節(jié)：第6.4.7條要求每線標稱放電電流不宜小于15KA的要求。首級電涌保護器的每相標稱放電電流應大于15KA（10/350S）。