摘要：本文通过对汽车油库所处环境特点、系统特点中雷电灾害各因素的分析，根据其特点对加油棚、油罐及附属建筑的直击雷防护和接地，油库电源、信号系统的雷电防护等，依据 GB 50057-2010 、 IEC 61312 标准对雷电防护的要求，提出了系统的解决方案。
1、引言
随着我国经济的快速发展，城市的综合灾害防御规划与城市的建设规划共同进行已成为各地政府规划城市建设的主要内容之一。伴随地方经济的发展和人民生活水平的提高，各地的机动车辆也在迅速增加，城市机动车公共油库这一为之提供能源的配套服务设施也在的速度的增加。油库在城市交通建设中起着重要的作用，也是城市灾害救助中的重要能源基地，但是近年来油库的雷电灾害事故频繁发生，直接威胁到油库周围人群和建筑物的安全，削弱了油库作为城市能源枢纽的功能，因此对油库的雷电综合防护是非常重要的。
2、雷电概述
2.1、雷电介绍
伴有雷声和闪电现象的天气，气象上称为雷暴。雷暴天气时，当云层与地面之间的电位差达到一定强度时，就会发生放电现象，闪电击到地面或击中目标就造成雷击。据研究，雷击的电流强度通常可达几万安培，温度可达2万摄氏度，产生的强大电流和高温，严重影响人们的生命和财产安全，也会对人们的日常生活带来诸多不便。雷电的危害形式有以下几种：
1、直击雷
直接雷击是指雷电直接击到物体上，其特点是能量大。直击雷当中的雷电流具有强大的电效应、热效应、冲击波、机械力效应等破坏作用。建筑物、铁塔、架空电力线及信号传输线都有可能遭受直接雷击。建筑物、铁塔遭受直接雷击，产生的强大电磁场对系统造成破坏。电力线发生直接雷击，容易产生火花放电导致系统短路引起火灾。当电力线遭受雷击时，雷电流沿电力线进入机房，电源及用电设备常难逃被击厄运。当传输线遭受直接雷击，与其相连的中继线路板会发生损坏、导致中继线焦化、线对之间发生短路，致使传输中断。
2、雷电感应
雷电感应即雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花从而损害设备。
电磁感应是由于雷电流迅速变化在其周围产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。依据电磁感应原理，在雷电入地瞬间，距雷击中心1.5-2KM范围内都可能产生危险的过电压。当建筑物附近发生雷击或接闪器接闪时，建筑物及内部的设备都处在这个危险的电磁环境中。依据电磁感应原理，如果瞬变磁场中的导体是一个开环，则会产生感生电压；如果是一个闭合回路则要产生感生电流，闭合回路的面积越大，通过的磁通量越多，产生的感生电流也越强。这就是为什么，有时一个与外界并无联系的内部网络系统，几声雷响过后，便造成瘫痪的原因
3、雷电电磁脉冲
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。
4、地电位反击
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
3、设计原则、依据与指导思想
3.1、设计原则
安全可靠、技术先进、经济合理
3.2、设计依据
1）、《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
2）、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012
3）、《雷电电磁脉冲的防护》IEC 61312
4）、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB 50169-2006
5）、《汽车加油加气站设计与施工规范》GB 50156-2002（2006版）
6）、《石油库设计规范》GB 50074-2002
7）、《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》GB 50058-92
8）、《建筑物防雷装置检测技术规范》GB/T21431-2008
3.3、设计指导思想
防雷工程是一个系统工程，必须综合考虑，将外部防雷措施和内部防雷措施（接闪功能、分流影响、均衡电位、屏敝作用、合理布线、加装过电压保护器等多项重要因素）作为整体来统一考虑防雷措施。遵循“整体防御、综合治理、多重保护、层层设防”的方针，依据以上防雷规范，力求最大限度地避免由于雷击造成重要设备损害。
4、油库概况
4.1、油库的环境特点
1）、地理位置：油库通常设在城区开阔地带或郊区、山区、乡村、高速公路等道路边的开阔地带；
2）、实施条件：无论在城区还是乡村，这些油库建筑往往都不具备符合要求的防雷实施（包括外部防雷、内部防雷和地网等等）。此外，油库营业建筑的面积一般都很小，不便于多级防雷方案的实施；
3）、电源系统：一般油库的 380V 交流供电线路是架空明线接入至站区附近再地埋引入建筑的，部分油库是由10KV电力线架空接入，经变压器后再地埋引入建筑的。在乡村和山区有时根本没有地埋措施，因此非常容易感应雷电电磁脉冲；
4）、通信网络系统：引入油库的ISDN等通信线路通常也是由户外架空明线引入的，并且通常未安装专用电涌保护器（SPD）做雷电防护措施。
从以上几个特点不难发现，从雷电防护角度来看，油库一般都运行于“高风险”环境下，即对于雷害风险的“暴露程度”很高，因此需要采取强有力的防护措施。根据 GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》、 GB 15599-95《石油与石油设施雷电安全规范》、 GB 50074-2002 《石油库设计规范》等国家标准及 IEC 61312《雷电电磁脉冲的防护》标准，其电源线路至少应采取两级雷电防护，信号线路至少应采取一级雷电防护才能达到雷电防护的要求。但目前的情况是，大多数油库都没有进行电源线路和信号线路的雷电过电压防护。
鉴于油库的上述特点和要求，一般认为对于中等以上雷暴强度地区（年均雷暴日40 天以上），应选用最大标称放电电流大于 15KA（10/350μS）的电涌保护器作为电源系统的一级雷电防护，其保护水平应小于 2000V，同时满足这两个方面的要求才能保证油库设备用电电源的可靠运行。通信信号线路由于多是由外部进线，因此同样会受到雷击的威胁，因此也需要采用专用通信信号系列电涌保护器进行雷电防护。
接地是防雷系统重要的组成部分，只有将雷电流的能量泄放到大地，才能可以保证电子设备免遭雷击灾害；等电位连接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。因此必须建立完善的接地系统及等电位连接。
依据 GB50074-2002《石油库设计规范》第 14.2 章、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。
具体实施方法：
根据油库区实际情况，在油罐区四周离外墙3米远处设置闭合人工地网，水平接地体采用热镀锌扁钢，垂直接地体采用热镀锌角钢和非金属低电阻接地模块（YBD-01T）相结合的方式。
地网需要接地模块（YBD-01T）16 根，镀锌扁钢120 米，挖土方32立方米，降阻剂1吨，35mm2引线12 米。
① 地网由水平接地体（40×4mm热镀锌扁钢），接地模块（YBD-01T）构成，如果土质条件差，比如土壤电阻率大于300Ω•m的情况下，应该增加长效降阻剂，或在周围和回坑泥土中加入一定比例的食盐、铁屑、木炭、炉灰、氮肥渣、电石渣、石灰等。避雷线弯曲处不得小于90°，弯曲半径不得小于圆钢直径的10倍。
② 地网的埋深，不得小于0.5m，垂直接地体之间的间隔，一般为垂直接地体的深度的两倍。人工地网，一定要预留接地端，作为系统接地点及测试点使用
考虑到地网使用的长期性和耐腐蚀性，建议使用非金属接地模块来制作地网。地网布置依据地形进行设计。水平接地体使用 40×4mm 镀锌扁钢，埋深 0.6 米；垂直接地体使用 L50×50×5×2000mm 镀锌角钢；垂直接地体间使用非金属接地模块。地网引出地网测试极到地面上，以便以后检测地网情况。铁塔的应通过四个脚与地网相连，机房和变电房的基础内的钢筋应在四角处与地网相连。
外来导体包括：金属水管、通讯电缆线及电力电缆铠装外皮或电缆金属管等。所有的管和电缆应埋地进入机房，水管和电缆铠装外皮和保护金属管应在进入机房时接地，电缆应选用铠装电缆或穿金属管埋地进入机房电缆相线和中线应通过电涌保护器接地。
根据《雷电电磁脉冲的防护》IEC 61312、《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010、 《石油库设计规范》GB 50074-2002及《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》GB 50058-92中防雷及过电压规范有关防雷分区的划分和各级电源系统雷电及过电压保护要求，针对汽车油库配电系统的特点，可将其分为三个防雷区分别加以考虑。由于如前所述单级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。
A、电源一级防雷
在油库380V低压总配电箱内，总断路器（熔断器）后，漏电保护器前安装通流量在100KA,三相开关型模块式电源电涌保护器,用于整个油库所有用电设备的第一级电源防护。
B、电源二级防雷
在办公机房电源配电箱内或办公机房电源配电箱外的附加配电箱内安装通流量在40KA三相电源电涌保护器，用于办公机房内所有IT设备用电的第二级电源防护。
C、电源三级防雷
第三级防雷即用电设备的末级防雷，这也是系统防雷中最容易被忽视的地方，现代的电子设备都使用很多的集成电路和精密的元件，如服务器、交换机等， 这些器件的击穿电压往往只是几十伏，最大允许工作电源也只是mA级的，若不做第三级的防雷，由经过一级防雷而进入设备的雷击残压仍将有千伏之上，这将对后接设备造成很大的冲击，并导致设备的损坏。应在网络交换机或服务器，处安装电源防雷插座作为第三级室内设备的末级防雷保护，保护楼机房内电子设备的单向供电设备。供电设备安全保护要求有20KA以上的通流容量。
在机房设备前端安装防雷插座LDY-CZ/06用于电路设备的电源三级防雷保护。
在每组加油机内数据采集器加油机控制总线处安装通讯信号信息系统电涌保护器，将通讯信号电涌保护器安装于防爆箱中，用于每组加油机内数据采集器和中控主板信号线路的防雷保护。
油库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。
在办公机房ADSL网络通讯线、ISND网络通讯线、PSTN拨号网络通讯线的MODEN前，即网络通讯线路的进线端，安装网络信号信息系统电涌保护器，用于各设备网卡及网络通信线路的防雷保护。
在视频监控房设备机柜由建筑外加油坪进入的摄像机视频传输线路上安装视频信息系统电涌保护器，用于监控设备信号线路的防雷保护。
在视频监控房的摄像机的电源及视频传输线路上安装监控摄像机多功能电涌保护器，用于户外监控摄像机的防雷保护。
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