加油站防雷图审中几个问题的探讨-

1、汽车加油站防雷图审中几个问题的探讨马金福(湖州市气象局,浙江湖州313000摘要:对汽车加油站防雷图审中所涉及的类别、彩钢板厚度及浪涌保护器(SPD参数选择等3个问题进行了初步探讨,提出汽车加油站属于二类防雷类别,0.5mm厚的彩钢板一般能够起到防直击雷的作用,分析了电涌保护器(SPD参数中最大冲击放电电流I im p、最大持续运行电压U C、有效电压保护水平U P/f3个参数的确定方法。关键词:汽车加油站;防雷类别;彩钢板;电涌保护器;探讨引 言随着人民生活水平的提高,汽车越来越多,加油站不断增加,近几年加油站的雷电事故有增加的趋势1。因此加油站的防雷工作十分重要。在新建加油站防雷设计及技术

2、审查中经常出现这样或那样的技术问题,而有关规范也没有明确的规定,在实际工作中缺乏可操作性,有必要进行进一步探讨。1汽车加油站的防雷类别G B50156-2002汽车加油加气站设计与施工规范规范没有明确规定加油站防雷类别 ,在实际工作中,一般都定为二类,但也有一些不同意见,有专家认为在城市及人员密集等地方应定为一类,也有人认为在某些情况下个别加油站三类都算不上。如何确定加油站防雷类别,值得探讨。1.1汽车加油站的爆炸危险区域划分2 加油机壳体内部空间为1区,1区空间大约为1m3左右。2.0m 高计算2区的体积,大约为88(32m3。图1汽油加油机爆炸危险区域划分1.1.2.1罐内部油品表面以上的

3、空间划为0区。1.1.2.2人孔(阀井内部空间、以通气管管口为中心,半径为1.5m的球形空间和以密闭图2埋地卧式汽油储罐爆炸危险区域划分收稿日期:2008-02-19卸油口为中心,半径为0.5m 的球形空间划为1区。1区总体积大约为15m 3。1.1.2.3距人孔(阀井外边缘1.5m 以内,自地面算起1m 高的圆柱形空间,以通气管管口为中心,半径为3m 的球形空间和以密闭卸油口为中心,半径为1.5m 的球形并延伸至地面的地面的空间划为2区。2区总体积在140m 3左右。间划为0区。5m 的球形空间和以密闭卸油口为中心半径为0.5m 的球形空间划为1区。 图3油罐车卸汽油时爆炸危险区域划分1.2

4、油气产生爆炸,必须同时满足以下3个条件1油气在空气中的浓度体积百分比(%在1.40%7.60%之间时遇火源会发生爆炸。油气在空气中的浓度体积百分比(%小于1.40%时,遇火源不会发生爆炸和燃烧,油气在空气中的浓度体积百分比(%大于7.60%时,遇火源油气只会燃烧不会发生爆炸。花,且此雷击火花点发生在油气与空气形成的爆炸性混合物的环境内。小点燃能量,即0.02m J/g 。1.3汽车加油站防雷类别划分根据上述分析,加油站雷击爆炸危险区主要有3个区域,一是加油机附近,二是油罐区周围,三是油罐车卸油区旁边。油罐区及卸油区虽有0区和1区,但一般都在室外,油罐埋在地下,通气管都安装有阻火器(兼有防爆性能

5、,难于达到油气发生爆炸的条件,只要在发生雷击时停止室外作业并按G B50156-2002汽车加油加气站设计与施工规范做好雷电防护措施就可以起到防雷效果。加油区一般都在四面通风的罩棚下,如前所述,一台加油机区域内,1区空间只有1m 3左右,2区空间大约为88m 3左右。以湖州市一个新建加油站为例,该加油站有4台加油机,加油区罩棚长、宽、高分别为:21.6m 、21.6m 、7.8m ,总体积为3639m 3。1区及2区总体积为356m 3,占整个空间的10%左右。雷电感应和雷电波侵入措施。如果连三类防雷类别都达不到,就不用防雷电感应和防雷电波侵入了。2加油站彩钢板的厚度问题建筑物防雷设计规范G

6、B50057-94(2000年版规定除第一类防雷建筑物外,金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器,并应符合下例要求:(1金属板下面无易燃物时,其厚度不应小于0.5mm;(2金属板下面有易燃物时,其厚度:铁板不应小于4mm;铜板不应小于5mm;铝板不应小于7mm。目前加油站加油区罩棚大多采用彩钢板,一般都是单层0.5mm厚,是否符合要求,一直是防雷技术服务中难于把握的一个问题。现探讨如下。2.1铁板抗雷电流的冲击的分析4金属体与闪击通道接触处的热过程极为复杂,而且不好准确计算。但在用一定的模型简化通过计算可推得。考虑雷击的全部能量用于加热金属体时,雷击每库仑(C电荷能熔化以下的金属体积:铁:4.

7、4mm3;铜:5.4mm3;铝:12.0 mm3。雷击点加热面积的直径取50100mm(相应面积为19637854mm2。第二类防雷类别一次闪击的总电荷量取150C,其相应的金属熔化深度分别为:铁0.0840.336mm;铜0.103 0.413mm;铝0.2290.917mm。据上述分析,第二类防雷类别一次闪击的总电荷量可以溶化直径50mm、厚0.336mm的铁板,当然如果直径更小,溶化的深度会更深。但上面的计算分析是在首次雷击时间内雷电能量完全转化为热量的条件下得出的,事实上,在有防直击雷装置的情况下,遭雷击时,50%雷电分流到地下,一部分雷电能量转化为机械力,余下的雷电能量转化为热能。所

8、以实际转化为热能的能量要明显小于上述计算时的能量,击穿的深度要小一些。但是,当雷击时间达到0.5s 时(长时间雷击,在原西德慕尼黑联邦国防军大学的高压实验室,做过分析研究得出:当Q l= 100C(第三类防雷建筑物的长时间雷击参量时,对1.5mm厚的钢板、黄铜板、铜板以及2mm 厚的铝板,在各种情况下均穿孔,穿孔的直径约为48mm。当Q l=200C(第一类防雷建筑物的雷击参量时,对2mm厚的钢板、黄铜板、铜板以及2.5mm厚的铝板,在各种情况下均穿孔,穿孔的直径对钢板、黄铜板、铜板约为412 mm,对铝板的穿孔直径约为713mm(对铝板,约有25%的情况,甚至3mm也熔化穿孔。2.2加油区的

9、爆炸危险程度3根据爆炸和火险场所等级划分的规定,各区(0区、1区、2区的定义如下:0区:正常情况下能形成爆炸性混合物的场所。1区:正常情况下不能形成,但在不正常情况下能爆炸性混合物的场所。2区:正常情况下不能形成,但在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的场所。根据前面的分析,加油站加油区中没有0区,1区的空间只占0.1%左右,而且在金属外壳的保护之内,2区空间也只占10%左右,在通风良好的情况下,即使罩棚彩钢板遭雷击熔化有火星掉下来,发生爆炸的概率很小,因此单层0.5mm厚彩钢板作接闪器在一般情况下是安全的。不过,视雷击环境,对那些处于空旷、孤立的加油站如果罩棚是单层0.5mm厚彩钢板,建

10、议让其装设避雷针或避雷带为宜。综上所述,在图审加油站罩棚采用0.5mm 厚的彩钢板作为接闪器防直击雷时应区别对待。在此特别需要指出,部分防雷检测机构为了规避彩钢板的厚度问题,把彩钢板下面的钢架梁作为接闪器,这是不科学的。因为在雷击先导过程中,先导电流是从彩钢板发出,而不是从彩钢板下面的钢架梁发出,所以不能用此钢架梁作击闪器。3加油站SPD设计及选型3.1雷电造成加油站设备损坏的途径从以上分析可知,汽车加油站防电涌必须采取系统的防护措施。在做好均压、电磁屏蔽、合理布线等措施后,需安装合适的SPD,此时SPD的选择和安装非常重要。3.2SPD选型要求要确定最大冲击放电电流,首先根据进出建筑物的导电

11、物数量进行分流计算。每一导电物的雷电流为i1=I/2n(n为导电物路数,I=150 kA,供电电缆每一芯线电流为i2=i1/m(m为电缆芯线数。当计算不可靠或有困难时,按I imp 12.5kA选取。当线路有屏蔽时,通过每个SPD的雷电流可按上述确定的雷电流的30%考虑3。当电源线采用架空线进线,特别是架空线高于加油站房时,架空线很可能遭受直击雷或在附近遭雷击,此种情况下,最大冲击放电电流(I imp不能按上述计算方法确定,一般按12.5 kA选取。上述选取的最大冲击放电电流是基于级分类试验的产品,若选用级分类试验的产品,目前没有明确的规定选择多大的标称电流(I n,实际工作中通常的做法是:I

12、 n=I imp×4。最大持续运行电压U C是指SPD在该电压下能连续工作而不影响其作为SPD的性能参数,反之当电网持续电压大于U C时,其性能参数发生改变乃至破坏。最大持续运行电压U C与电压保护水平U P是一对矛盾体,U C选高了,SP D的寿命长但U P也高,对被保护设备不利;U C选低了U P也低,但SP D的寿命也短5;所以选择合适的U C非常关键。加油站要装几级SPD,主要决定于SPD的有效保护水平与加油站弱电设备耐压水平(U W的配合。加油站的U W值以取2.5kV为宜。当被保护设备距电源SPD的距离不大于10 m ,且SPD的有效保护水平U P/f达到以下要求时,被保

13、护设备处可不装SPD3。对限压型SPD要求:U P/f=U P+U0.8 U W。对开关型SPD要求:U P/f=U P或U之一的大者0.8U W。对限压开关混合型SPD要求:U P/f=U P+U0.8UW。图4有效电压保护水平U P/f的示意图其中:U p电涌保护器的电压保护水平(kV;U电涌保护器两端引线的感应电压降,即L×(di/dt,可按1kV/m计算。U=UL1+U L2若在进线处安装的一套SPD达不到上述要求时,应在被保护设备处再增设一套与其参数相配合并符合上述要求的SPD。安装SPD时要特别注意SPD两端引线的长度。现举例说明SPD两端引线压降。在有三路电源线进出建筑

14、物,每路有三相线的加油站中,首次雷击时每个SPD通过的雷电流i1=150/2/ 3/3=8.33kA,首次以后雷击时每个SPD通过的雷电流i2=37.5/2/3/3=2.08kA。当电力线有屏蔽时i1=0.3×8.33=2.5kA,i2=0.3×2.08 =0.62kA。首次雷击时电流平均陡度为i1/T1 =8.33/10=0.83kA/s(线路无屏蔽及i1/T1= 2.5/10=0.25kA/s(线路有屏蔽,首次以后雷击时电流平均陡度为i2/T2=2.08/0.25=8.32kA/s(线路无屏蔽及i2/T2=0.62/0.25= 2.48kA/s(线路有屏蔽。当SPD两端

15、引线长度为1m时(电感为1H/m,引线上的最大压降达到8.32kV(线路无屏蔽和2.48kV(线路有屏蔽,这么大的压降超过了SPD自身的电压保护水平U P,也超出了被保护设备的耐压水平U W。因此在安装SPD时两端引线越短越好,最好用凯文接线法连接。参考文献2006,(3:152G B50156-2002汽车加油加气站设计与施工规范3机械工业部.G B50057-94建筑物防雷设计规范(2000编,2001年版.2745易秀成.电涌保护器(SPD选型设计探讨.中国雷电与防护,2007,(2:2832(上接第3页71个,占登陆型影响台风的73.2%,这一区域为影响金华台风的主要登陆区域。若仔细分

16、析不同影响程度台风的登陆区域,发现在较大以上级别的影响台风有80%集中在此区域。分析D6、D7型影响台风登陆后的路径,无一例外均为登陆后转向北或东北,特别值得警惕的是D6型影响台风,其对金华造成特别严重影响的个例为4个,严重影响的为2个,占了该类型影响台风总数的60%,说明在广东中北部登陆的台风如果转向北或东北行,将极有可能对金华造成严重影响。4.2非登陆型影响台风统计特征非登陆型影响台风为28个,占总影响台风的22.4%。其中H1型为25个,H2型为3个, H3型为0个。分析其影响程度,除1个个例紧擦浙江沿海北上造成金华严重影响外,较大影响的为3个,明显影响的为12个,轻微影响的为12个。绝大多数非登陆型影响台风对金华的影响不大,不会造成明显灾害。5结语(11953年以来,影响金华台风总个例数为125个,平均每年有2.3个台风影响,其中平均每年有1个台风对金华造成较大以上级别影响。(2金华影响台风有着准周期性的年代际分布规律,其短周期大致为1