加气站的防雷防静电技术

来源：核心期刊咨询网时间：2014-04-19 11:0912

摘要：1雷电对加油加气站的危害 1.1直击雷直击雷的危害直接表现为电效应、热效应、机械力效应。雷电直接击到加油加气站的防雷设施或设备上，因其有热效应和机械效应，大电流的直接雷击可以对建筑物造成机械损伤，摧毁服务设施及相关设备（如加油加气机等），危及人

　　1雷电对加油加气站的危害

　　1.1直击雷直击雷的危害直接表现为电效应、热效应、机械力效应。雷电直接击到加油加气站的防雷设施或设备上，因其有热效应和机械效应，大电流的直接雷击可以对建筑物造成机械损伤，摧毁服务设施及相关设备（如加油加气机等），危及人身安全等。1.2闪电电涌侵入由于雷电对架空线路、电缆线路或金属线管道的作用，闪电电涌可能沿着这些管线侵入到加油站的加油机或办公楼，危及人身安全或损坏设备。1.3闪电感应闪电放电时，在附近导体上产生的雷电静电感应和雷电电磁感应，它可能是金属部件之间产生火花放电。这对加油加气站具有严重的威胁。1.4雷电反击雷电流在流入大地时，在引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，高电位会对附近其它物体发生闪络反击。

　　2防雷保护技术

　　2.1防闪电感应措施由于闪电感应的作用，雷电流迅速变化再起周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的雷电过电压，进而对电气电子设备造成破坏。入侵途径主要途径有：电源线路、各类信号传输线路、天馈线路及进入系统的管、缆、桥架等导体。据不完全统计，电子信息系统的雷击事故80%以上是由闪电感应造成的，如加油加气机、计费系统、液位控制系统等容易遭受闪电感应的袭击，使系统损坏失灵。因此闪电感应的防护是在以上入侵通道上将雷电过电压、电流泄放入地，从而达到保护加油加气机的目的。其主要方法有屏蔽、等电位、过压过流保护、接地等，通过以上方法将闪电感应产生的雷电过电压、过电流消除在设备外围，从而有效的保护各类设备。2.2防闪电电涌侵入措施由于闪电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，闪电电涌可能沿着这些线路侵入到办公楼或加油加气机系统，危及人身安全或损坏设备。室外低压线路应全线采用电缆直接埋地敷设，在进入加油加气站办公楼处的电缆外皮、钢管接到等电位连接带或防闪电感应的接地装置上。电子系统的室外金属导线宜全线采用屏蔽层的电缆埋地或架空埋设，其两端的屏蔽层或钢管等与等电位连接带相连。2.3等电位连接措施国际上非常重视等电位连接的作用，它对用电安全、防雷以及电子信息设备的正常工作和安全使用，都是十分必要的。根据理论分析，等电位连接作用范围越小，电气上越安全GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中规定了等电位连接的概念：将分开的诸金属物体直接用连接导体或经电涌保护器连接到防雷装置上以减小雷电流引发的电位差。为了降低电位差造成的伤害，将电气系统的电气设备可导电外露金属外壳、金属构件等用导体与防雷装置连接，使其电位相近或相等，进而保护人身或设备的安全。等电位连接分为总等电位连接，局部等电位连接。①总等电位连接作用于全建筑物，在一定程度上可降低建筑物内间接接触电击的接触电压和不同金属部件间的电位差，并可以将侵入的电涌电流汇流至总等电位处，然后经引下线引流入地。②局部等电位连接是在局部范围内通过局部等电位联结端子板将金属结构件、相关设施的金属管道、用电设备外壳用导线互相连通。如加油加气枪与加油加气机的连接就是局部等电位连接。2.4加装电涌保护器（SPD）电涌保护器（旧称避雷器）是用于限制瞬态过电压和分泄电涌电流的器件，它至少包含一个非线性元件。低压电源SPD与设备并联，其工作原理是无电涌出现时呈现出高阻抗，当有电涌时呈现低阻抗，进而将电涌电流泄入大地，起到保护电气电子设备的作用。在加装电涌保护器时，要考虑合适的位置：一是在户外线路进入加油加气站的办公楼处，即LPZ0A或LPZ0B；二是靠近设备处，即LPZ2处和更高区的界面处。选择电涌保护器时，应选用有较小电压保护水平值得电涌保护器，并应采用合理的接线，同时应缩短连接线的长度，尽量减小引线产生的感应压降。2.5综合布线与屏蔽综合布线系统采用屏蔽措施时，所有屏蔽层应保持连续性，并应注意保证导线间相对位置不变。屏蔽层的配线设备（FD或BD）端应接地，用户（终端设备）端视具体情况直接地，两端的接地：应尽量连接至同一接地体。综合布线时减小回路面积，以减少雷击电磁辐射对环路的影响。2.6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、保护接地及信息系统的接地等，宜共用接地，其接地电阻不宜大于4Ω。笔者在防雷检测中发现有的加油站卸车接地就在油罐区旁边却单独埋设接地体，而不是与油罐共用一个接地网，应实行等电位连接。供配电系统要有重复接地，采用TN-C-S系统配电柜箱、盘、发电机机座、加油机等设备都要实行保护接地。与接地装置可靠相连。

　　3消除静电危害

　　3.1静电的产生静电的形成是十分复杂的过程，与许多因素有关。目前还没有统一解释静电的理论，只有一些假说。这些假说的共同之处是双电层的形成。在所有的情况下，双电层是发生静电的直接原因。物质接触起电是最流行的假说。按照这种假说，静电是由于原子力和分子力在两种不同物质接触表面上的不平衡性而发生的，伴随而来的是物质电子或离子的重新分配，并形成符号相反的双电层（每个表面上一层）。实验证明，正电荷聚集在两种接触（摩擦）物质中介电常数较大的那一种的表面上。如果接触物质介电常数相同，则不产生正负电荷。3.2静电的消散自然界中一切实际的带电体上所带的电荷，都在不间断地通过各种方式进行消散。静电消散的主要方式是中和与泄漏。一是通过空气，使物体上所带的电荷与大气中的异号电荷中和；另一种是通过带电体自身与大地相联接的物体的传导作用，使电荷向大地泄漏。3.3防静电的措施加油加气站可采取如下措施来消除或防止静电的产生：①良好的接地。接地是消除静电的基础。笔者发现一些加油加气站的防静电接地桩长时间风吹雨打，锈蚀严重，在输油或输气的过程中，静电的泄放有可能不畅通，进而造成了静电的集聚。因此，场站的静电接地桩要经常做除锈处理。②防止工作人员静电的积累。静电的来源有两个因素：一是摩擦，如衣服的相互磨擦等；二是静电电荷的转移，如接触其他带静电物体后电荷转移到工作人员的身体上。为防止人身上静电的积累，工作人员可穿防静电服、防静电鞋袜，同时，办公场所采用防静电地板。③增湿。实验表明：物体表面的导电能力与空气的湿度呈现正相关性。增加加油加气站周围的空气湿度，使加油加气机及其附属设施与地之间形式一个导电通道。一般相对湿度控制在70%左右，就会有很好的防静电效果。

　　4雷电反击的计算

　　为了防止雷电流流过防雷装置时所产生的高电位周围的物体发生反击，应使防雷装置与这些物体之间保持一定的安全距离。安全距离按电阻电压降和电感电压降相应求出的距离相加而得。根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》地上部分的安全距离为（由于加油加气站的重要性，防护措施采取第一类防雷建筑物的措施，故采用了其相应的计算公式）：Sa=IRi/ER+(L0·hx·di/dt)/EL（1）式中：Sa为地上部分安全距离(m)；I为雷电流幅值(kA)；Ri为接地装置的冲击接地电阻(Q)；ER为电阻电压降的空气击穿强度，取值为500kV/m；L0为引下线的单位长度电感；取值为1.5μH/m；hx为被保护物或计算点的高度(m)；di/dt为雷电流陡度(kA/μs)；EL为电感电压降的空气击穿强度(kV/m)，其值为EL=600(1+1/T1)(kV/m)，T1为雷电流波形波头时间(μs)。根据闪电监测系统发现，武汉地区某加油加气站附近监测到的负闪电强度为296.5kA，陡度为60.2kA/μs的数据，根据公式（1）可求得地上安全距离Sa=IRi/ER+(L0·hx·di/dt)/EL=296.5×4/500+（1.5×10×60.2）/787.2=3.8（m）。其中，假设Ri为4Ω；取hx=10m，T1=196.5/60.2=3.2（μs）；EL=600(1+1/3.2)=787.2(kV/m)。按照GB50057-2010中第一类防雷建筑物地上部分的安全距离计算：当hx<5Ri时，Sa≥0.4（Ri+0.1hx），将Ri=4Ω，hx=10m带入可得Sa≥2m。因此，可以断定如果按照《建筑物防雷设计规范》50057-2010第一类防雷建筑物地上部分的安全距离不应小于3m，因安全距离过小，将会发生雷电反击。同理，依据上述监测到的强闪电计算地下部分的安全距离：Se=IRi/500=296.5Ri/500=0.593Ri≥200Ri/500=0.4Ri。通过分析可以发现一旦将来发生大于200kA的强闪电，按照第一类防雷设计标准也会发生反击。考虑雷电反击带来的危害，防雷设计时考虑安全余量。

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