加油站自動化系統(tǒng)防雷分析及改造措施

　　引言

　　由于閃電的電磁脈沖無孔不入地從空間各方位侵襲各種現(xiàn)代科技設(shè)備，所以現(xiàn)代的防雷技術(shù)必須針鋒相對，即全方位的防護(hù)、層層設(shè)防、綜合治理，要考慮各行各業(yè)的不同特點，要同時保護(hù)人、物和設(shè)備這三種對象免受雷害，須把防雷工程看成一個系統(tǒng)工程。

　　本文根據(jù)所在加油站之實際情 況，制定出弱電系統(tǒng)防雷改造設(shè)計方案。

　　需求分析

　　環(huán)境概況

　　本站位于東營市孤島城郊、四周空曠。站油庫內(nèi)設(shè)有油罐儲存區(qū)、汽車加油區(qū)、卸油區(qū)、油泵房、潤滑油品庫房、實驗室、辦公區(qū)和固體油庫房、50米高的鐵塔避雷針等設(shè)施和建筑物組成。年平均雷暴天數(shù)為32.5天，處于中等防雷區(qū)，站內(nèi)自動化程度較高，采用了大量的電子信息設(shè)備。

　　雷擊分析

　　由雷電引起的雷電電磁脈沖能量通常達(dá)幾百焦耳，峰值電流高達(dá)上千安培，對以集成電路為主的計算機(jī)、交換機(jī)等各種儀器設(shè)備造成嚴(yán)重威脅,而且通常它們的抗電強(qiáng)度僅為幾十伏,而雷電感應(yīng)引起的過電壓通常都在幾百乃至幾千伏以上,足以對電子設(shè)備造成嚴(yán)重威脅甚至使其損壞。

　　現(xiàn)有系統(tǒng)隱患

　　本站已有防雷措施，對防直擊雷及爆炸危險環(huán)境中設(shè)備的防雷防靜電有效，但對防雷電脈沖和弱電子設(shè)備的干擾效果不很理想。

　　從設(shè)備遭受雷擊的現(xiàn)象來分析，加油機(jī)及其控制系統(tǒng)、大罐液位及溫度控制系統(tǒng)、辦公室內(nèi)部計算機(jī)等弱電設(shè)備均無遭受直擊雷的明顯痕跡，而且以上設(shè)備分布較分散，分布面積較廣，控制室、加油亭等接地系統(tǒng)未采用等電位聯(lián)結(jié)端子板的一點接地方式，存在電位差，控制電纜穿鋼管部分兩端未接地，部分采用單層屏蔽電纜未采取雙層屏蔽措施，由于存在以上原因，當(dāng)弱電設(shè)備遭遇雷電電磁脈沖感應(yīng)過電壓時就會引起弱電設(shè)備損壞。

　　防護(hù)原理

　　整體的雷電防護(hù)系統(tǒng)由三部分組成，每部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防雷，由接閃器、引下線、接地體組成，可將絕大部分雷電能量直接導(dǎo)入地下泄放。過渡防護(hù)，由合理的屏蔽、接地、布線組成，可減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應(yīng)。內(nèi)部防雷，由均壓等電位連接、過電壓保護(hù)組成，可均衡系統(tǒng)電位，限制過電壓幅值。全面、綜合的雷電防護(hù)措施如圖1所示。

　　外部防雷 　
　
　　外部防雷是將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地釋放，并且應(yīng)符合層次性原則，即盡可能多、盡可能遠(yuǎn)地將多余能量在引入通信系統(tǒng)之前泄放入地；層次性就是按照所設(shè)立的防雷保護(hù)區(qū)分層次對雷電能量進(jìn)行削弱。

　　如圖2所示，防雷保護(hù)區(qū)又稱電磁兼容分區(qū)，是按人、物和信息系統(tǒng)對雷電及雷電電磁脈沖的感受強(qiáng)度不同把環(huán)境分成幾個區(qū)域：LPZ0A區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊，因此各特體都可能導(dǎo)走全部雷電流，本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減。LPZ0B區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區(qū)電磁場沒有衰減。LPZ1區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流往各導(dǎo)體的電流比LPZ0B區(qū)進(jìn)一步減少，電磁場衰減和效果取決于整體的屏蔽措施。后續(xù)的防雷區(qū)（LPZ2區(qū)等）如果需要進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的電流和電磁場，就應(yīng)引入后續(xù)防雷區(qū)，應(yīng)按照需要保護(hù)的系統(tǒng)所要求的環(huán)境區(qū)選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。   

　　屏蔽

　　屏蔽的目的是為了減少電磁干擾，其包括靜電屏蔽和電磁屏蔽。防雷所采取的基本屏蔽措施為：建筑物和房間的外部屏蔽措施，以合適的路徑敷設(shè)線路，線路屏蔽。

　　等電位 　

　　等電位就是保持系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差，即系統(tǒng)所在環(huán)境及系統(tǒng)本身所有金屬導(dǎo)電體的電位在瞬態(tài)現(xiàn)象時保持基本相等。

　　由可靠的接地系統(tǒng)、等電位連接用的金屬導(dǎo)線和等電位連接器組成一個電位補(bǔ)償系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，可以在極短時間內(nèi)形成一個等電位區(qū)域，這個區(qū)域相對于遠(yuǎn)處可能存在數(shù)十千伏的電位差。重要的是在需要保護(hù)的系統(tǒng)所處區(qū)域內(nèi)部，所有導(dǎo)電部件之間不存在顯著電位差。

　　浪涌保護(hù)器SPD

　　現(xiàn)代防雷技術(shù)措施,特別是等電位連接能得以實現(xiàn)，一個重要原因是有了一種現(xiàn)稱為浪涌保護(hù)器的防雷設(shè)備。浪涌保護(hù)器英文簡稱為SPD（Surge Protection Device，SPD）。SPD是隨著高新技術(shù)設(shè)備防雷的需要而發(fā)展起來的器件，其目的在于限制瞬態(tài)過電壓和分走浪涌電流。浪涌保護(hù)器有分流和等電位連接兩個用途。

　　接地

　　接地就是要將引下的雷電電流疏散到大地中。接地體（Earth electrode）的定義為：埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)中作散流用的導(dǎo)體。

　　防護(hù)方案

　　防直擊雷

　　此場區(qū)內(nèi)大部分為具有2區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（2000年版）的規(guī)定，應(yīng)去掉現(xiàn)有避雷針，采取各建筑物獨立防雷。罐區(qū)防雷依照《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》GB50183-2004要求，由于該場區(qū)內(nèi)罐區(qū)罐壁厚度大于4mm，只做防雷接地。

　　加油亭為具有2區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，其電子設(shè)備較多，劃為第二類防雷建筑物。在加油亭頂棚設(shè)避雷帶，沿頂棚四角設(shè)防雷引下線，并沿建筑物四周設(shè)閉合的環(huán)形接地體，將進(jìn)出建筑物的各種金屬管道和戶外防雷接地裝置可靠聯(lián)結(jié)。

　　辦公、控制室內(nèi)有大量電子設(shè)備，劃為第三類防雷建筑物，沿女兒墻設(shè)避雷帶，沿房間四角設(shè)防雷引下線，并沿建筑物四周設(shè)閉合的環(huán)形接地體，將進(jìn)出建筑物的各種金屬管道和戶外防雷接地裝置可靠聯(lián)結(jié)。

　　電纜屏蔽接地改造

　　由于此加油站位于中等防雷區(qū)，故不做房屋屏蔽。將雙層屏蔽的自控電纜其外屏蔽層及電纜備用芯在控制室及設(shè)備兩端接地；單層屏蔽的控制電纜穿鋼管兩端接地。

　　電源系統(tǒng)防雷

　　根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-94（2000）版規(guī)范要求，在辦公室、控制室、加油亭等建筑物內(nèi)弱電子設(shè)備比較集中區(qū)域的電源進(jìn)線箱及弱電設(shè)備電源側(cè)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的伏安特性水平來加裝相應(yīng)的SPD保護(hù)器。有效的使雷電感應(yīng)過電壓降到電子設(shè)備能承受的過電壓水平。

　　信號系統(tǒng)防雷電電磁脈沖

　　在微電子設(shè)備的前端加裝相應(yīng)的電源防雷保護(hù)器和網(wǎng)絡(luò)線保護(hù)器、數(shù)據(jù)線保護(hù)器或信道保護(hù)器，統(tǒng)稱為SPD，數(shù)據(jù)線浪涌防護(hù)器裝于數(shù)據(jù)線進(jìn)入設(shè)備端，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)稱電壓，浪涌電流1.5kA,設(shè)備耐壓40V的信號SPD。

　　通訊系統(tǒng)防雷整改措施

　　將辦公室及加氣亭內(nèi)接收機(jī)、網(wǎng)絡(luò)集線器等通訊設(shè)備的信號接收端及電源進(jìn)線端設(shè)SPD保護(hù)器。

　　接地改造措施

　　在辦公、控制室女兒墻增加防雷接地、等電位聯(lián)結(jié)裝置；在加氣亭建筑內(nèi)增加等電位聯(lián)結(jié)裝置，并設(shè)環(huán)行接地裝置，將進(jìn)出建筑物的電氣金屬管線及室外加氣機(jī)外殼可靠聯(lián)結(jié)。

　　結(jié)語

　　現(xiàn)代防雷技術(shù)高速發(fā)展，但目前仍沒有十全十美的防雷措施。人們對雷電的認(rèn)識還是一個不斷發(fā)展和完善的過程，目前能做到的就是綜合運用各種防雷手段，以減少雷電帶來的損害。