摘要：本文通過對汽車油庫所處環境特點、系統特點中雷電災害各因素的分析，根據其特點對加油棚、油罐及附屬建筑的直擊雷防護和接地，油庫電源、信號系統的雷電防護等，依據 GB 50057-2010 、 IEC 61312 標準對雷電防護的要求，提出了系統的解決方案。
1、引言
隨著我國經濟的快速發展，城市的綜合災害防御規劃與城市的建設規劃共同進行已成為各地政府規劃城市建設的主要內容之一。伴隨地方經濟的發展和人民生活水平的提高，各地的機動車輛也在迅速增加，城市機動車公共油庫這一為之提供能源的配套服務設施也在的速度的增加。油庫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，但是近年來油庫的雷電災害事故頻繁發生，直接威脅到油庫周圍人群和建筑物的安全，削弱了油庫作為城市能源樞紐的功能，因此對油庫的雷電綜合防護是非常重要的。
2、雷電概述
2.1、雷電介紹
伴有雷聲和閃電現象的天氣，氣象上稱為雷暴。雷暴天氣時，當云層與地面之間的電位差達到一定強度時，就會發生放電現象，閃電擊到地面或擊中目標就造成雷擊。據研究，雷擊的電流強度通常可達幾萬安培，溫度可達2萬攝氏度，產生的強大電流和高溫，嚴重影響人們的生命和財產安全，也會對人們的日常生活帶來諸多不便。雷電的危害形式有以下幾種：
1、直擊雷
直接雷擊是指雷電直接擊到物體上，其特點是能量大。直擊雷當中的雷電流具有強大的電效應、熱效應、沖擊波、機械力效應等破壞作用。建筑物、鐵塔、架空電力線及信號傳輸線都有可能遭受直接雷擊。建筑物、鐵塔遭受直接雷擊，產生的強大電磁場對系統造成破壞。電力線發生直接雷擊，容易產生火花放電導致系統短路引起火災。當電力線遭受雷擊時，雷電流沿電力線進入機房，電源及用電設備常難逃被擊厄運。當傳輸線遭受直接雷擊，與其相連的中繼線路板會發生損壞、導致中繼線焦化、線對之間發生短路，致使傳輸中斷。
2、雷電感應
雷電感應即雷電放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應，它可能使金屬部件之間產生火花從而損害設備。
電磁感應是由于雷電流迅速變化在其周圍產生瞬變的強電磁場，使附近導體上感應出很高的電動勢。依據電磁感應原理，在雷電入地瞬間，距雷擊中心1.5-2KM范圍內都可能產生危險的過電壓。當建筑物附近發生雷擊或接閃器接閃時，建筑物及內部的設備都處在這個危險的電磁環境中。依據電磁感應原理，如果瞬變磁場中的導體是一個開環，則會產生感生電壓；如果是一個閉合回路則要產生感生電流，閉合回路的面積越大，通過的磁通量越多，產生的感生電流也越強。這就是為什么，有時一個與外界并無聯系的內部網絡系統，幾聲雷響過后，便造成癱瘓的原因
3、雷電電磁脈沖
雷電電磁脈沖是作為干擾源的雷電流及雷電電磁場產生的電磁場效應，它能夠耦合到電氣和電子系統中，產生破壞性的暫態過電壓和過電流。
4、地電位反擊
地電位反擊是雷電流入地的瞬間，由于各系統接地裝置間電位不同而產生的電位差，沿接地線到達設備的外殼、電力線的中性線以及直流地的基準電位點，造成的后果是有可能使設備的外殼、電力線的中性線、直流地的基準零電位點瞬間抬高數千伏直至數萬伏，危及人身和設備的安全
3、設計原則、依據與指導思想
3.1、設計原則
安全可靠、技術先進、經濟合理
3.2、設計依據
1）、《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010
2）、《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB50343-2012
3）、《雷電電磁脈沖的防護》IEC 61312
4）、《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》GB 50169-2006
5）、《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB 50156-2002（2006版）
6）、《石油庫設計規范》GB 50074-2002
7）、《爆炸和火災危險環境電力設計規范》GB 50058-92
8）、《建筑物防雷裝置檢測技術規范》GB/T21431-2008
3.3、設計指導思想
防雷工程是一個系統工程，必須綜合考慮，將外部防雷措施和內部防雷措施（接閃功能、分流影響、均衡電位、屏敝作用、合理布線、加裝過電壓保護器等多項重要因素）作為整體來統一考慮防雷措施。遵循“整體防御、綜合治理、多重保護、層層設防”的方針，依據以上防雷規范，力求最大限度地避免由于雷擊造成重要設備損害。
4、油庫概況
4.1、油庫的環境特點
1）、地理位置：油庫通常設在城區開闊地帶或郊區、山區、鄉村、高速公路等道路邊的開闊地帶；
2）、實施條件：無論在城區還是鄉村，這些油庫建筑往往都不具備符合要求的防雷實施（包括外部防雷、內部防雷和地網等等）。此外，油庫營業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：一般油庫的 380V 交流供電線路是架空明線接入至站區附近再地埋引入建筑的，部分油庫是由10KV電力線架空接入，經變壓器后再地埋引入建筑的。在鄉村和山區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：引入油庫的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現，從雷電防護角度來看，油庫一般都運行于“高風險”環境下，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 GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》、 GB 15599-95《石油與石油設施雷電安全規范》、 GB 50074-2002 《石油庫設計規范》等國家標準及 IEC 61312《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，大多數油庫都沒有進行電源線路和信號線路的雷電過電壓防護。
鑒于油庫的上述特點和要求，一般認為對于中等以上雷暴強度地區（年均雷暴日40 天以上），應選用最大標稱放電電流大于 15KA（10/350μS）的電涌保護器作為電源系統的一級雷電防護，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油庫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。
接地是防雷系統重要的組成部分，只有將雷電流的能量泄放到大地，才能可以保證電子設備免遭雷擊災害；等電位連接的目的，在于減小需要防雷的空間內各金屬部件和各系統之間的電位差，防止雷電反擊。因此必須建立完善的接地系統及等電位連接。
依據 GB50074-2002《石油庫設計規范》第 14.2 章、防雷的要求：金屬油罐必須作環形接地，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。
具體實施方法：
根據油庫區實際情況，在油罐區四周離外墻3米遠處設置閉合人工地網，水平接地體采用熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用熱鍍鋅角鋼和非金屬低電阻接地模塊（YBD-01T）相結合的方式。
地網需要接地模塊（YBD-01T）16 根，鍍鋅扁鋼120 米，挖土方32立方米，降阻劑1噸，35mm2引線12 米。
① 地網由水平接地體（40×4mm熱鍍鋅扁鋼），接地模塊（YBD-01T）構成，如果土質條件差，比如土壤電阻率大于300Ω?m的情況下，應該增加長效降阻劑，或在周圍和回坑泥土中加入一定比例的食鹽、鐵屑、木炭、爐灰、氮肥渣、電石渣、石灰等。避雷線彎曲處不得小于90°，彎曲半徑不得小于圓鋼直徑的10倍。
② 地網的埋深，不得小于0.5m，垂直接地體之間的間隔，一般為垂直接地體的深度的兩倍。人工地網，一定要預留接地端，作為系統接地點及測試點使用
考慮到地網使用的長期性和耐腐蝕性，建議使用非金屬接地模塊來制作地網。地網布置依據地形進行設計。水平接地體使用 40×4mm 鍍鋅扁鋼，埋深 0.6 米；垂直接地體使用 L50×50×5×2000mm 鍍鋅角鋼；垂直接地體間使用非金屬接地模塊。地網引出地網測試極到地面上，以便以后檢測地網情況。鐵塔的應通過四個腳與地網相連，機房和變電房的基礎內的鋼筋應在四角處與地網相連。
外來導體包括：金屬水管、通訊電纜線及電力電纜鎧裝外皮或電纜金屬管等。所有的管和電纜應埋地進入機房，水管和電纜鎧裝外皮和保護金屬管應在進入機房時接地，電纜應選用鎧裝電纜或穿金屬管埋地進入機房電纜相線和中線應通過電涌保護器接地。
根據《雷電電磁脈沖的防護》IEC 61312、《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010、 《石油庫設計規范》GB 50074-2002及《爆炸和火災危險環境電力設計規范》GB 50058-92中防雷及過電壓規范有關防雷分區的劃分和各級電源系統雷電及過電壓保護要求，針對汽車油庫配電系統的特點，可將其分為三個防雷區分別加以考慮。由于如前所述單級防雷可能會帶來因雷電流過大而導致的泄流后殘壓過大或者保護能力不足引起的設備損壞。因此選用電源系統多級保護，可防范從直擊雷到操作浪涌的各級過電壓的侵襲。
A、電源一級防雷
在油庫380V低壓總配電箱內，總斷路器（熔斷器）后，漏電保護器前安裝通流量在100KA,三相開關型模塊式電源電涌保護器,用于整個油庫所有用電設備的第一級電源防護。
B、電源二級防雷
在辦公機房電源配電箱內或辦公機房電源配電箱外的附加配電箱內安裝通流量在40KA三相電源電涌保護器，用于辦公機房內所有IT設備用電的第二級電源防護。
C、電源三級防雷
第三級防雷即用電設備的末級防雷，這也是系統防雷中最容易被忽視的地方，現代的電子設備都使用很多的集成電路和精密的元件，如服務器、交換機等， 這些器件的擊穿電壓往往只是幾十伏，最大允許工作電源也只是mA級的，若不做第三級的防雷，由經過一級防雷而進入設備的雷擊殘壓仍將有千伏之上，這將對后接設備造成很大的沖擊，并導致設備的損壞。應在網絡交換機或服務器，處安裝電源防雷插座作為第三級室內設備的末級防雷保護，保護樓機房內電子設備的單向供電設備。供電設備安全保護要求有20KA以上的通流容量。
在機房設備前端安裝防雷插座LDY-CZ/06用于電路設備的電源三級防雷保護。
在每組加油機內數據采集器加油機控制總線處安裝通訊信號信息系統電涌保護器，將通訊信號電涌保護器安裝于防爆箱中，用于每組加油機內數據采集器和中控主板信號線路的防雷保護。
油庫大多建在開闊地帶的公路兩旁，電話線很多是架空引入的，雷電波很容易通過電話線輸入而擊毀電話機。因此有必要做好電話線的防雷。最好的辦法是在電話線進入室內前，穿金屬管埋地（埋地長度不宜小于2ρ），金屬管首尾接到地極上引入。并安裝專用的電話避雷器。
在辦公機房ADSL網絡通訊線、ISND網絡通訊線、PSTN撥號網絡通訊線的MODEN前，即網絡通訊線路的進線端，安裝網絡信號信息系統電涌保護器，用于各設備網卡及網絡通信線路的防雷保護。
在視頻監控房設備機柜由建筑外加油坪進入的攝像機視頻傳輸線路上安裝視頻信息系統電涌保護器，用于監控設備信號線路的防雷保護。
在視頻監控房的攝像機的電源及視頻傳輸線路上安裝監控攝像機多功能電涌保護器，用于戶外監控攝像機的防雷保護。
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