石油化工（加油站）雷电及过电压防护

◆背景描述

加油站（库）是接卸、存储供应各种石油商品的重地，雷电防护安全特别重要，一旦发生雷击事故会造成相当严重的后果。目前，我国加油站中广泛应用的电子设备和网络通讯产品已经成为我国油料信息化日常运行中不可缺少的一部分，加油站已采用各种自动液位监测仪随时监控油品在存量，各种电脑加油机自动处理每一笔信息和验证单据，通过液位遥控测试系统来管理加油站的运行。如果这些系统一旦给雷击后造成损坏必将对油料信息的业务造成很大的损失。近年来，随着加油站进入数字化、信息化管理和微电子设备使用量不断地增加，这些电子信息设备抗雷电电磁脉冲干扰的能力十分脆弱很容易遭雷电感应侵害，因此，雷电对加油站微电子设备网络通讯系统造成了相当大的破坏，加油站的雷电防护必须引起高度重视和加强防护区域的重点防护等级。

◆挑战与需求

1、加油站雷电电磁脉冲干扰的入侵途径主要为： 

1）直击雷侵害途径：雷电对加油站的危害主要以其热效应、机械效应、反击电压、雷电流的电磁感应及跨步电压等产生破坏作用，从而给人类带来巨大的危害。

2）雷电侵入波途径：加油站内的供电电源系统、微电子（信号）系统的线路布线复杂在气象条件下及易遭雷电感应的侵害，直击雷产生的闪络现象形成的雷电电磁脉冲（辐射）通过金属导体（线缆）传输会对一些敏感的微电子设备造成损坏。雷电电磁脉冲是作为干扰源的雷电流及雷电电磁场产生的电磁场效应，它能够耦合到电气和电子系统中，产生破坏性的暂态过电压和过电流。

3）地电位反击：加油站内的供电电源系统、微电子（信号）系统的机电设备工作电压等级多而不一，因此电源（微电子）系统机电设备的地电阻值（工作接地、保护接地、防雷专用接地）技术参数要求也不同，在气象条件下直击雷产生的闪络现象形成的雷电流通过各自的接地系统造成了电压差使机电设备之间相互反击损坏设备。地电位反击是雷电流入地的瞬间，由于各系统接地装置间电位不同而产生的电位差，沿接地线到达设备的外壳、电力线的中性线以及直流地的基准电位点，造成的后果是有可能使设备的外壳、电力线的中性线、直流地的基准零电位点瞬间抬高数千伏直至数万伏，危及人身和设备的安全。

2、加油站防雷分类防护思想 

1）建筑物的防雷：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，利用地梁与汞台作为水平接地体，利用桩内两条对角主筋作为引下线，利用天面板筋作为网络（10m×10m或8m×12m）。沿天面四边设避雷带。

2）油罐的防雷：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。

3）电源线和电话线的防雷：加油站大部分雷击事故是雷电波通过电源线、电话线传导而发生的。做好电源线、电话线保护是加油站防雷的重要组成部分。

（1）电源线防雷——防止雷电波从电源线侵入的办法是将电源线穿金属管埋地引入，穿管长度不宜小于2ρ（ρ为当地土壤电阻率，单位为Ω.m）。在配电房设备总电源处安装三相电源避雷器。在设备的电源输入端安装专用的电源避雷器。避雷器应选用防爆型产品。

（2）电话线防雷——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。并安装专用的电话避雷器。

4）接地

（1）建筑物防雷接地电阻应<10Ω。

（2）独立避雷针和油罐的两组接地装置的地中距离Se≥0.4Ri（Ri为冲击接地电阻），但不得小于3m。接地电阻不大于10Ω。

（3）工作接地、安全保护接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地宜共用一组接地装置，接地电阻不大于4Ω。

◆方案与解决

1、加油站防雷系统结构组成：

1）建筑物（体）直击雷; 2）电源系统（高、低压）配电装置; 3）电子信息设备系统（网络系统、监控系统、火灾报警装置、消防系统、通信系统）;4）均压（等电位）装置

5）接地泄流系统

2、石油化工（加油站）雷电防护内容：

1）直击雷装置; 2）雷电电磁脉冲防护装置; 3）均压（等电位）装置; 4）静电（ESD?ESDS）防护装置; 5）泄流装置

3、石油化工（加油站）雷电及过电压防护措施技术依据：

1）直击雷装置：加油站建筑物直击雷防护应符合建筑物防雷标准GB50057-2010第4.2.1条、第4.2.4条、第4.3.1条、第4.4.1条、第4.4.8条、第4.5.2条技术要求。

2）加油站机电设备直击雷装置：依据建筑物防雷标准GB50057-2010《附录D：滚球法确定接闪器的保护范围》第D.0.2条技术参数确定接闪器高度的计算公式，作为有效保护半径技术措施。直击雷防护装置材料需符合GB11032-89防雷器材指标要求。

3）雷电电磁脉冲防护装置：根据GB50057-2010建筑物防雷设计规范和GB50343-2012建筑物电子信息系统的防雷设计规范（第5.4.条规定，参照5.4.1-1图、5.4.1-1表和5.4.1-2表、5.4.2条、5.4.2-1表、5.4.2-2表、5.4.3条、5.4.4条、5.4.5条、5.4.6条、5.4.7条、5.4.8条、5.4.9条之技术参数）的要求，在电源系统输入/出控制端、微电子（信号）系统的线路终端设备、网络系统、监控系统、火灾自动报警装置、消防联动控制系统、通信系统的终端设备加装相对应的防雷器（SPD）防止传输线路中感应雷的雷电波/流侵害智能电子设备及人员的操作安全。

4）均压（等电位）装置：根据GB50343-2012 建筑物电子信息系统的防雷设计规范的要求，参照规范第5.2.1条、第5.2.2条、第5.2.3条、第5.2.4条、第5.2.5条、第5.2.6条、第5.2.7条、第5.2.8条、第5.2.9条、第5.2.10条之规定设计（电源系统、微电子信号设备）等电位（均压环）保护措施。

5）泄流装置：依据防雷规范GB50057-2010/GB50343-2012要求设计接地装置的阻抗值，接地装置安装实施流程参照接地装置示意图D501-1～4建筑物防雷设施安装规范。    

4、石油化工（加油站）雷电及过电压防护具体措施：

1）建筑物直击雷防护：直击雷防护装置是石油化工（加油站）建筑物不可或缺的雷电防护重要基础条件，是石油化工（加油站）建筑物的防雷系统保护不可忽视的重要组成部分之一。石油化工（加油站）建筑物（体）直击雷防护装置可采用φ10的圆钢（刷银粉漆）在天面女儿墙（或挑檐）构筑接闪带，另外用φ10的圆钢做接闪带支撑，支撑高度15cm，每隔1m设一支撑。

2）油罐区直击雷防护：依据 GB50074-2002《石油库设计规范》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，其间弧形距离不宜＞30m，接地体距罐壁应不小于3m，钢油罐顶板厚度＜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。但对于位于多雷区（年平均雷暴日数多于40天）的油罐和铝顶油罐，应安装独立避雷针做防直击雷设施。独立避雷针与被保护油罐的水平距离不应小于3m，保护范围应高于呼吸阀2m以上。

3）电源浪涌保护措施：按照电源系统浪涌分级泄放原理和依据GB50057/GB50343防雷规范要求，在石油化工（加油站）内的电源系统380V低压配电室总开关、办公机房内所有IT设备、加油机电源配电箱、收费区税控主机、加油机数据传输设备、微电子设备的电源输入端安装相对应的电源浪涌保护器作为电源线路、加油设备的电涌保护装置。

4）微电子（信号）设备浪涌保护措施：按照微电子（信号）系统浪涌分级泄放原理和依据GB50343-2012防雷规范第5.5.2条、第5.5.3条、第5.5.4条、第5.5.5条、第5.5.6条、第5.5.7条的技术参数要求，在加油机内数据采集器加油机控制总线处、税控主机的加油机数据传输线端口、网络通讯线路的进线端、监控设备端口、视频传输线路和电话交换机设备端口、火灾自动报警装置、消防联动控制系统的终端设备输入与输出端口安装相对应的信号浪涌保护器作为加油站微电子（信号）设备的电涌保护装置。

5）均压（等电位）装置：石油化工（加油站）建筑物均压装置依据GB50057-2010第4.2.1条、第4.2.4条、第4.3.1条、第4.4.1条、第4.4.8条、第4.5.2条技术要求实施）采用建筑物外围结构钢筋圈梁外边上下两根钢筋（搭接头可靠连接并与柱主钢筋引下连接）作为建筑物的均压带（环）防护装置。电源设施（加油机设备）地电位均压装置采用PE汇流排与建筑物柱主钢筋可靠连接构成有效地法拉第笼保护装置。微电子设施（信号设备）地电位均压防护装置在微电子机房静电板下采用铜排制作均压环（网格式）作为微电子（信号设备）等电位防护装置，均压环主汇流排PE连接装置与建筑物柱主钢筋（或专用的微电子设备防雷接地泄流装置系统）可靠连接构成有效地法拉第笼保护装置。

6）静电（ESD?ESDS）防护装置：依据GB50156-2002（2006版）第《10.3》防静电之规定10.3.2要求，加油站汽油罐车卸车场地应设罐车卸车时用的防静电接地装置。加油站防静电接地装置阻抗值设计依据GB50156-2002（2006版）第10.2.2防雷接地装置要求，阻抗值设计值为≤4Ω。

7）防雷接地系统：石油化工（加油站）建筑物体接地装置（泄流体）利用建筑物整体砼钢筋基础作为雷电感应泄放通道体。石油化工（加油站）电源供电模式为TN-S系统，电源浪涌保护措施PE点线接至被保护的电源装置的（箱、柜、设备、设施）的接地PE点作为雷电防护泄流系统的装置（接地阻抗值参照电气设施设计值应符合规范要求和使用条件）。微电子（信号）设备雷电（静电）感应泄放通道体应符合地电阻设计值的技术要求，采用汇流排（或等电位）连接（在条件允许前提下应采用公共接地装置系统或法拉第笼保护模式）作为防雷接地泄流装置。

8）敷设布线注意事宜：石油化工（加油站）建筑物内的供电电源系统、微电子（信号）系统的线路布线施工时，为减小雷害风险任何导线/金属线路均应尽可能避免与直击雷防护系统平行捆扎（布线应实施屏蔽措施），而应依有关规范要求合理布线。

◆石油化工（加油站）防雷安全技术规定

1、石油化工（加油站）要按照全方位防护、综合治理、层层设防的技术原则进行雷电防护。重点采用“躲”、“等电位连接”、“传导”、“分流”、“接地”、“屏蔽”等六项现代防雷技术措施。

2、石油化工（加油站）要严格执行国家各项技术标准和行政法规，制定防雷电危害的具体细则，建立设备防雷档案和检测记录。

3、石油化工（加油站）应绘制本单位的防雷接地分布图,详细记录接地点位置、接地体形状、材质、数量和埋设情况。

4、石油化工（加油站）进行扩建、改造和大修后，均应对接地系统进行测试检查。

5、根据石油化工（加油站）可燃易燃液体与气体贮罐、铁路栈台、汽车栈台、油品码头与液化气码头、加油站等重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求确定为第一类防雷构筑物。

6、石油产品应储存在密闭性容器内,并避免易燃或可燃性油气混合物在容器周围积聚。

7、易燃或可燃性油气可能泄漏或积聚的区域,应采取电气连接（跨接）等措施以防止存在可能产生金属导体电位差的间隙。

8、固定顶金属容器附件(如呼吸阀、安全阀)必须装设阻火器。

9、石油容器及其附属装置(如阻火器、呼吸阀、量油孔等)均应保持良好的工作状态。

10、加油站设备、容器等设施应采用防雷接地。

11、雷雨天时加油站应停止可能导致油气或可燃气体从油罐、容器等设备中外泄的计量和收发作业。

5、石油化工（加油站） 雷电电磁脉冲防护拓扑图：

◆方案实施 （产品选型）

1、直击雷防护装置

1）GFL系列接闪塔; 2）普通接闪器; 3）优化接闪器; 4）提前放电接闪器。

2、雷电电磁脉冲防护装置（SPD）

3、泄流（接地）装置

1）铜包钢接地极; 2）离子接地极; 3）石墨接地模块; 4）等电位连接器。