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防雷技术

LNG加气站防雷防静电必要性 及CNG加气站防雷防静电措施

发布在:防雷技术 发表于2年前

伴随地方经济的发展和人民生活水平的提高,各地的机动车辆迅速增加,汽车加油加气站这一配套服务设施也在迅速的增加,汽车加油加气站在城市交通建设中起着重要的作用,但是近年来汽车加油加气站的雷击事故频繁发生,直接威胁到汽车加油加气站工作人员和周围群众的生命财产安全,因此河南加油加气站防雷公司认为对汽车加油加气站防雷工程综合防雷设计显得非常重要。

加油加气站通常具有以下特点:

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;

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);

3、电源系统:一般加油站都用220V/380V外接电源,加油站、加气站气台建站都用6-10kv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;

4、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,保护管两端均应做屏蔽等电位接地;

5、汽车加油加气站防雷等级:

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》附录A,计算建筑物年预计雷击次数(N):N=k*Ng*Ae;Ng=0.1*Td;

式中:N---建筑物年预计雷击次数(次/a);

k ---矫正系数,在一般情况下去1;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;金属屋面没有接地的砖木结构建筑物取1.7;位于山顶上或矿业的孤立建筑物取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。

依据上述公式,并参照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》第三章、第4.5.1条的规定,郑州加油加气站防雷公司将LGN汽车加油加气站防雷一般划定为第二类防雷建筑物。(汽车加油加气站爆炸火灾危险环境分为1区、2区爆炸危险环境,部分区域具有0区爆炸危险环境:埋地卧式汽油储罐内部油表面以上空间。0区爆炸危险环境应采取第一类防雷措施。

汽车加油加气站雷击事故分析

为了防止汽车加油加气站雷击事故,找出发生雷击事故的原因,采取安全、可靠、经济适应的措施防雷,就能达到少投入,多产出,事半功倍的效果。

 

统计年 雷击事故(次) 全国加油加气站雷击事故(次) 全国加油加气站雷击事故率% 加油站雷击事故(次) 加油站雷击损坏占雷击事故的事故率%
2006 2741 191 0.026 82 87.2
2007 3686 482 0.057 143 88.6
2008 4411 653 0.095 267 89.7

从全国加油加气站雷击事故统计情况看出,加油加气站雷击事故,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雷击事故最多,占80%以上,其次是报警系统、空调等,分析原因都是侵入雷与雷电反击所致,因此CNG汽车加油加气站防雷都必须采取综合防雷措施,特别应加强对侵入雷与雷电反击防护。

 

1、雷电破坏途径

1-1直击雷

在雷雨季节,雷暴活动频繁的区域内,雷云直接通过人体,建筑物或设备等产生对地放电。这是各种雷电危害中最严重的。

1-2 感应雷击

从雷云密布到发生闪电放电的整个过程中,雷电活动十分频繁,主要表现为A、静电感应:在雷云来临时,雷云低部分布着大量的负电荷,由这些负电荷产生的静电场。B、电磁感应:闪电电场在闪电通道周围的空间产生磁场,这种随时间变化的磁场在附近的各类金属导体上激发出感应电动势和感应电流。

1-3电磁脉冲辐射

闪电放电时,其电流是随时间而非均匀变化的。闪电的电磁脉冲辐射通过空间以电磁波的形式耦合到对瞬态电磁脉冲极其敏感的现代电子设备,也造成设备故障或损坏设备。

1-4地电位反击

在雷暴活动区域内,当雷电闪击到建筑物的接闪装置上时,尽管接闪装置的接地系统十分良好,其接地电阻也很小,但由于雷电流幅值大,波头陡度高,雷电流流过时也会使接地引下线和接地装置的电位骤升到上百千伏。如果建筑物的接地引下线与各种金属导线、管道或用电设备的工作地线间的绝缘距离未达到安全要求,则可能造成接地引下线与各种金属导线、管道或用电设备的工作地线之间放电,从而使这些金属导线、管道或用电设备的工作地线上引入反击电流,造成人身和设备雷击事故。

  • 防雷措施

 

LNG加油加气站防雷,必须采取系统的防雷措施:即接闪、分流、接地、均压、电磁封锁、合理布线,河南加油加气站防雷公司建议安装电涌保护器(SPD)等综合措施,才能有效的防治雷电事故,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、埋地液化油罐、石油液化其泵房、天然气压缩机房、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I区的范围较小,绝大部分是II区。根据国际GB50156-2010《汽车加油加气站设计与施工规范》,应定位第二类防雷建筑物,它的系统防雷包括以下措施:

  • 接闪器

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,汽车加油加气站位于高速公路、城市主干道、干道路旁的开阔低端、河流、沿湖、海边等边沿地段,建造在多雷地区(年雷暴日≥40d/a),应在屋面上装设避雷带或镀锌避雷塔、不锈钢提前放电避雷针进行接闪。

  • 分流

加油加气站在其屋面上安装有接闪器后,利用建筑物钢筋混凝土梁、柱内的钢筋作为防雷引下线,引下线设置根数不应小于两根,并应沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置,其间距沿周长计算不应大于18m,当建筑物跨度较大,无法在跨距中间设引下线,应在跨距两端设引下线并减小其他引下线的间距,引下线的平均间距不应大于18m。

  • 接地

加油加气站的防雷接地、防静电接地、电器设备的工作接地、保护接地、电子系统的接地、SPD接地等,宜共用接地装置,其接地电阻值不大于4Ω。当各自单独设置接地装置时,各接地装置之间要保持一定距离(地下大于3m),油罐、液化石油气罐和压缩天然气储气瓶组的防雷接地装置的接地电阻、配线电缆金属外皮两端和保护钢管两端的接地装置的接地电阻不应大于10Ω;保护接地电阻不应大于4Ω;地上油品、液化石油气和天然气管道始、末端和分支处的接地装置的接地电阻不应大于30Ω。

  • 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√pm,(p为当地土壤电阻率),且不应小于15m,电缆铠装及保护管均应可靠接地,加油加气站的电子系统也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。

  • 均压

加油加气站围绕建筑物做环形闭合防雷接地装置后,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,如有关、加油机、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越。

  • 合理布线

当汽车加油加气站的屋面上装有接闪器接闪时,动力配线与电子系统配线,应尽量远离接闪器的引下线,最好两者相距2m以上,否则应套钢管加强屏蔽。

  • 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源浪涌保护器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-C系统,在总配电箱后应采用TN-S系统,总配电箱电源进线处PEN线做重复接地,总配电箱以后N线与PE线严格分开。

  • SPD的选型要求

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阶段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的作用,此种情况可能使外进来的电流小于A项计算值,但仍应安外来分流考虑,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,也赢采用10/350实验波。

8.1最大冲击波放电电流(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i1=Is/2/n(KA),(n为导电物路数),供电电缆每一芯线电源为ir=i1/m(ka)(m为电缆芯线数)。当计算不可靠或有困难时,按Iimp≧12.5KA选取。

8.2最大持续运行电压Uc的确定

最大持续运行电压Uc,要求SPD再此电压下长期运行不会损坏,而最大持续运行电压Uc,则是雷击产生的过电压,此电压一般都瞬态过电压,其电压幅值可以很高,但持续时间很短(us、ms).通过SPD的能量有限,一般即使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。对开关型电源浪涌保护器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,根据规范采用的是TN-C-S系统,此时选取Uc≥1.15Uo,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1.45Uo时间5s的暂态过电压实验就可以了(Uo为供电系统相电压)。

  • SPD的保护水平Up值得确定

供电系统安装SPD的目的是保护电气设备,如附图1.

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。

当满足一下条件时,可仅在电源进户处安装一套SPD:

电源进线处安装的SPD其保护水平Up≦25KV。

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(Up+△Up1+△Up2)≦0.8Uw。对开关型SPD要求Up或(△Up1+△Up2)大者≦0.8Uw。对限压开关混合型SPD要求(Up+△Up1+△Up2)≦0.8Uw(Uw被保护设备耐压水平)若再进线处安装的一套SPD达不到所要求的保护水平时,应在同一处增设附加配合协调好的SPD,以确保达到所要求的电压保护水平。如下表:

设备位置 电源处 配电线分支线路 用户设备 特殊需要
耐冲击电压类别 IV类 III类 II类 I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地平面图见附图2.

  • 电源配电系统雷电防护设计

针对加油加气站配电系统的特点,可将其分为三个防雷区分别加以考虑,由于如前所述单机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。因此选用电源系统多级保护,可防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。

9.1 电源一级防雷【LPZOA-LPZ1区】

按《建筑物防雷设计规范》第六章:第四节6.4.7条要求每线标称放电电流不易小于15KA。同时,依据《建筑物防雷设计规范》第六章:第四节6.4.7及IEC《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。

综上所述应在380V低压总配电箱安装标称通流容量25KA的10/350us波形的开头型电源电涌保护器,用于整个加油加气站所有用电设备的第一级电源防雷。

9.2 电源二级防雷【LPZ1-LPZ2区】

可在潜油泵控制线、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分别安装具有防火功能的8/20us波形通流容量20KA的电源防雷箱,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。

9.3 电源三级防雷【LPZ0-LPZ3】

根据IEC613312-3雷电电磁脉冲的防护第三部分:浪涌保护器的要求,在LPZ2-LPZ3区防雷器通流容量为(8/20us):≥10KA,可在营业大厅计算机管理设备、UPS电源、票据打印设备、加油加气机数据与设备及其他精密设备的电源开头处使用插座是电源防雷器。

 

信号系统保护方案

  • 计算机机房网络通信系统防雷设计

计算机机房网络通信系统雷电防护包括广域网雷电防护、局域网雷电防护、无线通信系统雷电防护、光缆通信雷电防护和机房内部设备之间的串口雷电防护等。

  • 广域网远距离传输数据通信,在进入机房设备(调制解调器或其它设备)前端应安装具备二级保护的防雷保护器,第一级一般为惰性气体火花间隙放电器,通过RLC解偶后,进入第二级半导体过电压保护器。需要防护线与线之间、线与大地之间的雷电入侵,保护器的损耗指标应该适应计算机设备的IEEE标准通信的有关要求。
  • 数据传输线路(25、ISDN、DDN等)的防雷保护器必须能够抵御和吸收(8/20uS感应雷击)5KA雷电流,须具备线路与大地之间及线与线之间的雷电保护。进行PSDN等防雷设计,必须在使用前详细了解电涌保护器件及设备的工作要求。例如:PSDN调制解调器有带铃压和不带铃压二类,带铃压调制解调器工作电压为48v至54v,铃压为175v至180v,电涌保护器的保护电压应大于180v;不带铃压的调制解调器工作电压为48v至54v,电涌保护器的保护电压应不小于54v。如果两类电涌保护器混装,将对前者造成通讯信号短路,对后者造成防雷工作能力丧失。
  • 局域网雷电防护的重点是做好局域网网线的屏蔽,同时加强终端设备局域网端口的雷电防护。局域网络通常以双绞线传输数据,无屏蔽保护,布线也往往不尽规范,除了有可能遭受感应雷击的袭击外,交流线路的干扰也会对网络系统造成影响。在局域网络的两端安装避雷器,可有效地防止各种过电压对设备造成的破坏。局域网的网口应该采取雷电防护措施,服务器、网络交换机、集线器等端口应加设专用电涌保护器。出户的局域网线及BNC远程局域网也须安装电涌保护器。485数据线接口、422数据线并口、RS232数据串口、TTY传感器数据接口等,均应安装匹配的电涌保护器,匹配原则应参照防雷标准和计算机通信协议。
  • 无线通讯经常在建筑物上架设天线,属于地面特别突出物,是雷电释放的危险途径。馈线进入设备前应加装电涌保护器。电涌保护器的插入损耗要求较小,所以一般只能使用间隙放电器件进行有效防护。光缆一般不会传导雷电,但光缆金属护套和金属芯线可能引入雷电烧毁设备,必须在进入设备之前,使芯线和护套接地,以达到避雷的目的。
  • 5-3 监控系统防雷设计

监控系统一般由以下三部分组成:1、前端部分。主要由黑白(彩色)摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等组成。2、传输部分。使用同轴电缆、电线、多芯线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。3、终端部分。主要由画面分割器、监视器、控制设备等组成。

5-3-1前端设备的防雷:

前端设备有室外和室内安装两种情况,安装在室内的设备一般不会遭受直击雷击,但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害,比如安装在地下停车场等的摄象机等。而室外的设备则同时需考虑防止直击雷和感应雷。前端设备如摄像头应置于接闪器(避雷针或其它接闪导体)有效保护范围之内。为了施工方便避雷针一般架设在摄像机的支撑杆上,引下线可直接利用金属杆本身或选用Φ 8的镀锌圆钢或35mm2铜导线,此时应注意依据GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》第2章、第2.5节、供电、接地与安全防护、第2.5.4条的要求,系统采用专用接地装置时,其接地电阻不得大于4Ω。为防止电磁感应,沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽。为防止雷电波沿线路侵入前端设备,应在设备前的每条线路上加装TKS系列的“三合一”或者“二合一”的监控摄象机多功能电涌保护器。

5-3-2传输线路的防雷:

CCTV系统主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的电源可从终端设备处引入,也可从监视点附近的电源引入。控制信号传输线和报警信号传输线一般选用芯屏蔽软线,架设(或敷设)在前端与终端之间。GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》的规定,传输部分的线路在城市郊区、乡村敷设时,可采用直埋敷设方式,当条件不充许时,可采用通信管道或架空方式。采用通信管道或架空方式时,应注意传输线缆与其它线路其它线路共沟的最小间距和与其它线路共杆架设的最小垂直间距。比如与220V交流配电线的最小间距为0.5米,与通讯电缆的最小间距为0.1米,与1~10KV电力线的最小垂直间距为2.5米,与1KV以下电力线的最小垂直间距为1.5米,与广播线的最小垂直间距为1.0米,与通信线的最小垂直间距为0.6米等等。

直埋敷设方式防雷效果较好,而架空线比较容易感应雷击。为避免首尾端设备损坏,在使用架空线传输时,应在每一支撑杆上做接地处理,架空线缆的吊线和架空线缆线路中的金属管道均应接地。中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。传输线埋地敷设也并不能完全阻止雷击设备的发生,统计数据显示雷击造成埋地线缆故障大约占总故障的30%左右,即使雷击比较远的地方,也仍然会有部分雷电流流入电缆。所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设,保持钢管的电气连通。对防护电磁干扰和电磁感应非常有效,这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。如电缆全程穿金属管有困难时,可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入,但埋地长度不得小于15米,在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。

6防雷接地

6-1站区内所有金属体均应就近连接于接地装置上,平行敷设间距小于100mm的金属管道,每间隔20m用金属编制线跨接,交叉间距小于100mm时用金属编织线跨接,弯头、阀门、法兰连接(少于5扣)的连接处,用金属编织线跨接,防静电做法按《HG/T20674-2009》、《GB50235》及参照国际《110KV及以下电缆敷设》施工.

6-2 所有配电箱、穿线钢管、电缆外皮等设备的金属外壳均应作可靠接地连接。接地装置的接地电阻不应大于1Ω,如大于1Ω时应补打接地极处理,接地极采用50*50*5热镀锌角钢,长度2.5m。

6-3设备管道静电接地,设计应按国家现行的标准《石油化工静电接地设计规范》SH3097-2000。

6-4 铠装电缆外皮电缆的金属穿线管之间需跨接使之成为电气通路,且两端

必须与防雷接地装置可靠连接,电缆穿线钢管件需跨接且与接地装置可靠连接,以防止雷电波侵入。

河南及时雨防雷公司专业从事LNG加气站防雷工程设计与CNG加气站防雷工程施工,建筑物防雷竣工检测和防雷定期检测验收,在众多行业中均有样板工程。为便捷快速服务客户,在河南、陕西、山西、安徽等地均有服务网点,扎根防雷界,我们用心争做行业标准先行者。

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