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石油石化

石油化工(加油站)雷電及過電壓防護

◆背景描述

加油站(庫)是接卸、存儲供應各種石油商品的重地,雷電防護安全特別重要,一旦發生雷擊事故會造成相當嚴重的后果。目前,我國加油站中廣泛應用的電子設備和網絡通訊產品已經成為我國油料信息化日常運行中不可缺少的一部分,加油站已采用各種自動液位監測儀隨時監控油品在存量,各種電腦加油機自動處理每一筆信息和驗證單據,通過液位遙控測試系統來管理加油站的運行。如果這些系統一旦給雷擊后造成損壞必將對油料信息的業務造成很大的損失。近年來,隨著加油站進入數字化、信息化管理和微電子設備使用量不斷地增加,這些電子信息設備抗雷電電磁脈沖干擾的能力十分脆弱很容易遭雷電感應侵害,因此,雷電對加油站微電子設備網絡通訊系統造成了相當大的破壞,加油站的雷電防護必須引起高度重視和加強防護區域的重點防護等級。

 

◆挑戰與需求

1、加油站雷電電磁脈沖干擾的入侵途徑主要為: 

1)直擊雷侵害途徑:雷電對加油站的危害主要以其熱效應、機械效應、反擊電壓、雷電流的電磁感應及跨步電壓等產生破壞作用,從而給人類帶來巨大的危害。

2)雷電侵入波途徑:加油站內的供電電源系統、微電子(信號)系統的線路布線復雜在氣象條件下及易遭雷電感應的侵害,直擊雷產生的閃絡現象形成的雷電電磁脈沖(輻射)通過金屬導體(線纜)傳輸會對一些敏感的微電子設備造成損壞。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。

3)地電位反擊:加油站內的供電電源系統、微電子(信號)系統的機電設備工作電壓等級多而不一,因此電源(微電子)系統機電設備的地電阻值(工作接地、保護接地、防雷專用接地)技術參數要求也不同,在氣象條件下直擊雷產生的閃絡現象形成的雷電流通過各自的接地系統造成了電壓差使機電設備之間相互反擊損壞設備。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。

2、加油站防雷分類防護思想 

1)建筑物的防雷:加油站的建筑物包括加油棚、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,利用地梁與汞臺作為水平接地體,利用樁內兩條對角主筋作為引下線,利用天面板筋作為網絡(10m×10m或8m×12m)。沿天面四邊設避雷帶。

2)油罐的防雷:金屬油罐必須作環形接地,其接地點不應少于兩處,其間弧形距離不應>30m,接地體距罐壁應不小于3m。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。但在多雷區(年平均雷暴日數多于40天),也可裝防直擊雷設施,獨立避雷針與被保護油罐的水平距離不應<3m,保護范圍應高于呼吸閥2m以上。

3)電源線和電話線的防雷:加油站大部分雷擊事故是雷電波通過電源線、電話線傳導而發生的。做好電源線、電話線保護是加油站防雷的重要組成部分。

(1)電源線防雷——防止雷電波從電源線侵入的辦法是將電源線穿金屬管埋地引入,穿管長度不宜小于2ρ(ρ為當地土壤電阻率,單位為Ω.m)。在配電房設備總電源處安裝三相電源避雷器。在設備的電源輸入端安裝專用的電源避雷器。避雷器應選用防爆型產品。

(2)電話線防雷——加油站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。

4)接地

(1)建筑物防雷接地電阻應<10Ω。

(2)獨立避雷針和油罐的兩組接地裝置的地中距離Se≥0.4Ri(Ri為沖擊接地電阻),但不得小于3m。接地電阻不大于10Ω。

(3)工作接地、安全保護接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地宜共用一組接地裝置,接地電阻不大于4Ω。

 

◆方案與解決

1、加油站防雷系統結構組成:

1)建筑物(體)直擊雷; 2)電源系統(高、低壓)配電裝置; 3)電子信息設備系統(網絡系統、監控系統、火災報警裝置、消防系統、通信系統);4)均壓(等電位)裝置

5)接地泄流系統

2、石油化工(加油站)雷電防護內容:

1)直擊雷裝置; 2)雷電電磁脈沖防護裝置; 3)均壓(等電位)裝置; 4)靜電(ESD?ESDS)防護裝置; 5)泄流裝置

3、石油化工(加油站)雷電及過電壓防護措施技術依據:

1)直擊雷裝置:加油站建筑物直擊雷防護應符合建筑物防雷標準GB50057-2010第4.2.1條、第4.2.4條、第4.3.1條、第4.4.1條、第4.4.8條、第4.5.2條技術要求。

2)加油站機電設備直擊雷裝置:依據建筑物防雷標準GB50057-2010《附錄D:滾球法確定接閃器的保護范圍》第D.0.2條技術參數確定接閃器高度的計算公式,作為有效保護半徑技術措施。直擊雷防護裝置材料需符合GB11032-89防雷器材指標要求。

3)雷電電磁脈沖防護裝置:根據GB50057-2010建筑物防雷設計規范和GB50343-2012建筑物電子信息系統的防雷設計規范(第5.4.條規定,參照5.4.1-1圖、5.4.1-1表和5.4.1-2表、5.4.2條、5.4.2-1表、5.4.2-2表、5.4.3條、5.4.4條、5.4.5條、5.4.6條、5.4.7條、5.4.8條、5.4.9條之技術參數)的要求,在電源系統輸入/出控制端、微電子(信號)系統的線路終端設備、網絡系統、監控系統、火災自動報警裝置、消防聯動控制系統、通信系統的終端設備加裝相對應的防雷器(SPD)防止傳輸線路中感應雷的雷電波/流侵害智能電子設備及人員的操作安全。

4)均壓(等電位)裝置:根據GB50343-2012 建筑物電子信息系統的防雷設計規范的要求,參照規范第5.2.1條、第5.2.2條、第5.2.3條、第5.2.4條、第5.2.5條、第5.2.6條、第5.2.7條、第5.2.8條、第5.2.9條、第5.2.10條之規定設計(電源系統、微電子信號設備)等電位(均壓環)保護措施。

5)泄流裝置:依據防雷規范GB50057-2010/GB50343-2012要求設計接地裝置的阻抗值,接地裝置安裝實施流程參照接地裝置示意圖D501-1~4建筑物防雷設施安裝規范。    

4、石油化工(加油站)雷電及過電壓防護具體措施:

1)建筑物直擊雷防護:直擊雷防護裝置是石油化工(加油站)建筑物不可或缺的雷電防護重要基礎條件,是石油化工(加油站)建筑物的防雷系統保護不可忽視的重要組成部分之一。石油化工(加油站)建筑物(體)直擊雷防護裝置可采用φ10的圓鋼(刷銀粉漆)在天面女兒墻(或挑檐)構筑接閃帶,另外用φ10的圓鋼做接閃帶支撐,支撐高度15cm,每隔1m設一支撐。

2)油罐區直擊雷防護:依據 GB50074-2002《石油庫設計規范》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。但對于位于多雷區(年平均雷暴日數多于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。

3)電源浪涌保護措施:按照電源系統浪涌分級泄放原理和依據GB50057/GB50343防雷規范要求,在石油化工(加油站)內的電源系統380V低壓配電室總開關、辦公機房內所有IT設備、加油機電源配電箱、收費區稅控主機、加油機數據傳輸設備、微電子設備的電源輸入端安裝相對應的電源浪涌保護器作為電源線路、加油設備的電涌保護裝置。

4)微電子(信號)設備浪涌保護措施:按照微電子(信號)系統浪涌分級泄放原理和依據GB50343-2012防雷規范第5.5.2條、第5.5.3條、第5.5.4條、第5.5.5條、第5.5.6條、第5.5.7條的技術參數要求,在加油機內數據采集器加油機控制總線處、稅控主機的加油機數據傳輸線端口、網絡通訊線路的進線端、監控設備端口、視頻傳輸線路和電話交換機設備端口、火災自動報警裝置、消防聯動控制系統的終端設備輸入與輸出端口安裝相對應的信號浪涌保護器作為加油站微電子(信號)設備的電涌保護裝置。

5)均壓(等電位)裝置:石油化工(加油站)建筑物均壓裝置依據GB50057-2010第4.2.1條、第4.2.4條、第4.3.1條、第4.4.1條、第4.4.8條、第4.5.2條技術要求實施)采用建筑物外圍結構鋼筋圈梁外邊上下兩根鋼筋(搭接頭可靠連接并與柱主鋼筋引下連接)作為建筑物的均壓帶(環)防護裝置。電源設施(加油機設備)地電位均壓裝置采用PE匯流排與建筑物柱主鋼筋可靠連接構成有效地法拉第籠保護裝置。微電子設施(信號設備)地電位均壓防護裝置在微電子機房靜電板下采用銅排制作均壓環(網格式)作為微電子(信號設備)等電位防護裝置,均壓環主匯流排PE連接裝置與建筑物柱主鋼筋(或專用的微電子設備防雷接地泄流裝置系統)可靠連接構成有效地法拉第籠保護裝置。

6)靜電(ESD?ESDS)防護裝置:依據GB50156-2002(2006版)第《10.3》防靜電之規定10.3.2要求,加油站汽油罐車卸車場地應設罐車卸車時用的防靜電接地裝置。加油站防靜電接地裝置阻抗值設計依據GB50156-2002(2006版)第10.2.2防雷接地裝置要求,阻抗值設計值為≤4Ω。

7)防雷接地系統:石油化工(加油站)建筑物體接地裝置(泄流體)利用建筑物整體砼鋼筋基礎作為雷電感應泄放通道體。石油化工(加油站)電源供電模式為TN-S系統,電源浪涌保護措施PE點線接至被保護的電源裝置的(箱、柜、設備、設施)的接地PE點作為雷電防護泄流系統的裝置(接地阻抗值參照電氣設施設計值應符合規范要求和使用條件)。微電子(信號)設備雷電(靜電)感應泄放通道體應符合地電阻設計值的技術要求,采用匯流排(或等電位)連接(在條件允許前提下應采用公共接地裝置系統或法拉第籠保護模式)作為防雷接地泄流裝置。

8)敷設布線注意事宜:石油化工(加油站)建筑物內的供電電源系統、微電子(信號)系統的線路布線施工時,為減小雷害風險任何導線/金屬線路均應盡可能避免與直擊雷防護系統平行捆扎(布線應實施屏蔽措施),而應依有關規范要求合理布線。

 

◆石油化工(加油站)防雷安全技術規定

1、石油化工(加油站)要按照全方位防護、綜合治理、層層設防的技術原則進行雷電防護。重點采用“躲”、“等電位連接”、“傳導”、“分流”、“接地”、“屏蔽”等六項現代防雷技術措施。

2、石油化工(加油站)要嚴格執行國家各項技術標準和行政法規,制定防雷電危害的具體細則,建立設備防雷檔案和檢測記錄。

3、石油化工(加油站)應繪制本單位的防雷接地分布圖,詳細記錄接地點位置、接地體形狀、材質、數量和埋設情況。

4、石油化工(加油站)進行擴建、改造和大修后,均應對接地系統進行測試檢查。

5、根據石油化工(加油站)可燃易燃液體與氣體貯罐、鐵路棧臺、汽車棧臺、油品碼頭與液化氣碼頭、加油站等重要性、使用性質、發生雷電事故的可能性和后果,按防雷要求確定為第一類防雷構筑物。

6、石油產品應儲存在密閉性容器內,并避免易燃或可燃性油氣混合物在容器周圍積聚。

7、易燃或可燃性油氣可能泄漏或積聚的區域,應采取電氣連接(跨接)等措施以防止存在可能產生金屬導體電位差的間隙。

8、固定頂金屬容器附件(如呼吸閥、安全閥)必須裝設阻火器。

9、石油容器及其附屬裝置(如阻火器、呼吸閥、量油孔等)均應保持良好的工作狀態。

10、加油站設備、容器等設施應采用防雷接地。

11、雷雨天時加油站應停止可能導致油氣或可燃氣體從油罐、容器等設備中外泄的計量和收發作業。

5、石油化工(加油站) 雷電電磁脈沖防護拓撲圖:

 

石油化工電磁脈沖 

 

◆方案實施 (產品選型)

1、直擊雷防護裝置

1)GFL系列接閃塔; 2)普通接閃器:NPS01-LR02系列; 3)優化接閃器:NPS01-LR01系列; 4)提前放電接閃器:NPS01-LRT系列

2、雷電電磁脈沖防護裝置(SPD)

 

拓撲圖序號

#

電源防雷器

NPS01-FA50/275/4P

供電電源配電室低壓端總開關

#

電源防雷器

NPS01-FB80/420/4P

供電電源配電室低壓端支回路

a

電源防雷器

NPS01-FB80/420/4P

總配電箱

b

電源防雷器

NPS01-F40/385/4P

分配電箱(UPS電源)

c

電源防雷器

NPS01-F20/385/4P

加油機設備電源裝置前端

1

信號防雷器

NPX01-V485

加油機設備線纜端口

2

信號防雷器

NPX01-CH24/12/6V

火災報警、消防控制、控制器電源

3

信號防雷器

NPX01- C1000/24

機房網絡核心交換機IN

4

信號防雷器

NPX01-C100

機房路由器、服務器線纜端口

*

信號防雷器

NPX01-AVC2

監控攝像機(定位槍機)

*

信號防雷器

NPX01-AVC3

監控攝像機(高速全球)

*

信號防雷器

NPX01-A60

程控交換機端口

*

信號防雷器

NPX01-A60/E

數據存儲器端口

*

信號防雷器

NPX01-V40/16

機房視頻矩陣IN

 

3、泄流(接地)裝置

1)銅包鋼接地極:NPS01-EP01系列; 2)離子接地極:NPS01-EP02系列; 3)石墨接地模塊:NPS01-EP03/P2系列; 4)等電位連接器:NPS01-EP04系列。 

                                                                                                                                                                方案編制: 南京寧普防雷技術有限公司

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