加油站自動化系統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代科技設備，所以現代的防雷技術必須針鋒相對，即全方位的防護、層層設防、綜合治理，要考慮各行各業的不同特點，要同時保護人、物和設備這三種對象免受雷害，須把防雷工程看成一個系統工程。

　　本文根據所在加油站之實際情 況，制定出弱電系統防雷改造設計方案。

　　需求分析

　　環境概況

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

　　雷擊分析

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

　　現有系統隱患

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

　　從設備遭受雷擊的現象來分析，加油機及其控制系統、大罐液位及溫度控制系統、辦公室內部計算機等弱電設備均無遭受直擊雷的明顯痕跡，而且以上設備分布較分散，分布面積較廣，控制室、加油亭等接地系統未采用等電位聯結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，當弱電設備遭遇雷電電磁脈沖感應過電壓時就會引起弱電設備損壞。

　　防護原理

　　整體的雷電防護系統由三部分組成，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入地下泄放。過渡防護，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。內部防雷，由均壓等電位連接、過電壓保護組成，可均衡系統電位，限制過電壓幅值。全面、綜合的雷電防護措施如圖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，并且應符合層次性原則，即盡可能多、盡可能遠地將多余能量在引入通信系統之前泄放入地；層次性就是按照所設立的防雷保護區分層次對雷電能量進行削弱。

　　如圖2所示，防雷保護區又稱電磁兼容分區，是按人、物和信息系統對雷電及雷電電磁脈沖的感受強度不同把環境分成幾個區域：LPZ0A區，本區內的各物體都可能遭到直接雷擊，因此各特體都可能導走全部雷電流，本區內電磁場沒有衰減。LPZ0B區，本區內的各物體不可能遭到直接雷擊，但本區電磁場沒有衰減。LPZ1區，本區內的各物體不可能遭到直接雷擊，流往各導體的電流比LPZ0B區進一步減少，電磁場衰減和效果取決于整體的屏蔽措施。后續的防雷區（LPZ2區等）如果需要進一步減小所導引的電流和電磁場，就應引入后續防雷區，應按照需要保護的系統所要求的環境區選擇后續防雷區的要求條件。   

　　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，以合適的路徑敷設線路，線路屏蔽。

　　等電位 　

　　等電位就是保持系統各部分不產生足以致損的電位差，即系統所在環境及系統本身所有金屬導電體的電位在瞬態現象時保持基本相等。

　　由可靠的接地系統、等電位連接用的金屬導線和等電位連接器組成一個電位補償系統，通過該系統，可以在極短時間內形成一個等電位區域，這個區域相對于遠處可能存在數十千伏的電位差。重要的是在需要保護的系統所處區域內部，所有導電部件之間不存在顯著電位差。

　　浪涌保護器SPD

　　現代防雷技術措施,特別是等電位連接能得以實現，一個重要原因是有了一種現稱為浪涌保護器的防雷設備。浪涌保護器英文簡稱為SPD（Surge Protection Device，SPD）。SPD是隨著高新技術設備防雷的需要而發展起來的器件，其目的在于限制瞬態過電壓和分走浪涌電流。浪涌保護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中作散流用的導體。

　　防護方案

　　防直擊雷

　　此場區內大部分為具有2區爆炸危險環境的建筑物，根據《建筑物防雷設計規范》（2000年版）的規定，應去掉現有避雷針，采取各建筑物獨立防雷。罐區防雷依照《石油天然氣工程設計防火規范》GB50183-2004要求，由于該場區內罐區罐壁厚度大于4mm，只做防雷接地。

　　加油亭為具有2區爆炸危險環境的建筑物，其電子設備較多，劃為第二類防雷建筑物。在加油亭頂棚設避雷帶，沿頂棚四角設防雷引下線，并沿建筑物四周設閉合的環形接地體，將進出建筑物的各種金屬管道和戶外防雷接地裝置可靠聯結。

　　辦公、控制室內有大量電子設備，劃為第三類防雷建筑物，沿女兒墻設避雷帶，沿房間四角設防雷引下線，并沿建筑物四周設閉合的環形接地體，將進出建筑物的各種金屬管道和戶外防雷接地裝置可靠聯結。

　　電纜屏蔽接地改造

　　由于此加油站位于中等防雷區，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。

　　電源系統防雷

　　根據《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2000）版規范要求，在辦公室、控制室、加油亭等建筑物內弱電子設備比較集中區域的電源進線箱及弱電設備電源側，應根據設備的伏安特性水平來加裝相應的SPD保護器。有效的使雷電感應過電壓降到電子設備能承受的過電壓水平。

　　信號系統防雷電電磁脈沖

　　在微電子設備的前端加裝相應的電源防雷保護器和網絡線保護器、數據線保護器或信道保護器，統稱為SPD，數據線浪涌防護器裝于數據線進入設備端，根據網絡標稱電壓，浪涌電流1.5kA,設備耐壓40V的信號SPD。

　　通訊系統防雷整改措施

　　將辦公室及加氣亭內接收機、網絡集線器等通訊設備的信號接收端及電源進線端設SPD保護器。

　　接地改造措施

　　在辦公、控制室女兒墻增加防雷接地、等電位聯結裝置；在加氣亭建筑內增加等電位聯結裝置，并設環行接地裝置，將進出建筑物的電氣金屬管線及室外加氣機外殼可靠聯結。

　　結語

　　現代防雷技術高速發展，但目前仍沒有十全十美的防雷措施。人們對雷電的認識還是一個不斷發展和完善的過程，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。