天然气调压站防雷工程设计方案

南京气象学院毕 业 论 文系别： 电子工程系专业： 工程〔防雷与电磁兼容方向〕姓名： 吴萌 学号202305252论文题目 自然气调压站防雷工程设计方案指导教师 巫尊群第1共第1共12页页OO四年五月二十日自然气调压站防雷工程设计吴萌南京气象学院电子工程系摘要本方案通过对自然气调压站实地勘测，进展包括防直击雷，雷电波侵入及雷击电磁脉冲干扰等方面的系统防雷工程设计。关键字自然气防雷工程设计一、引言流,这对建筑物、人畜以及电子、微电子设备会造成干扰和永久性损坏。十余年前，黄岛油库因雷电防护措施不完善而受雷击引起爆炸，所导致的损失难以计数。2023715台，视频监控探头两台等设备，影响了中转站的正常运行，造成损失。因此对于自然气站、油库、加油站等具有爆炸危急环境的建〔构〕筑物的雷电防护显得尤为重要。二、概述自然气调压站分布在自然气管网沿线，是自然气输配系统的一局部。自然〔40kg/mm2、自然气降压后送至自然气销售公司，继而送入千家万户。311012126分。年平均雷暴日达49.9/年,属雷击多发地区。上海每年因雷击而造成建筑物毁坏，人员伤亡，设备损坏以及各种通信、监控系统、计算机网络等信息系统通信中断、系统瘫痪的事例常有发生。上海淞滨路自然气调压站是上海自然气管网系统数拾个调压站中的一环境空旷，无高层建筑物。在雷击发生时可能造成地面管索区燃气泄漏，引起燃烧乃至爆炸。现场使仪表失控，通信中断，影响自然气管网系统的正常运行，所以需对自然气调压站进展雷电防护。三、雷电危害及侵入的主要途径雷电危害主要由直击雷击和雷击电磁脉冲干扰产生。1、 直击雷雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备、各种架空金属线缆〔如电力电缆、通信线路、网络布线等它可能在数微秒之内产生数万伏乃至数拾万伏的高压，引起火花放电，形成巨大的热能和机械能量，摧毁建筑物、设备，危及人身安全。2、雷击电磁脉冲干扰位。雷电放电时，由于雷电流快速变化在其四周空间产生瞬变的强电磁场，容性耦合或电磁辐射产生脉冲过电压和过电流损坏有关设备。由于直击雷在建筑物及其直击雷防护装置或其四周入地时，在地网上会度时，即引起还击，损坏设备。四、雷电防护措施第3 页 共第3 页 共12 页第5共第5共12页页监控、通信等网络日益广泛地应用于各种建筑物中。而微电子设备的高度集成化，低工作电平和小工作电流的特点，又带来绝缘强度低，耐过电压、过电流的力气差等致命弱点。美国争论报告[AD-722675]指出：当雷电活动时，磁感应强度到达0.03GS时，计算机发生误动作，当磁感应强度超过2.4GS时，计算机发生永久性损坏。因而雷电所产生的雷电电磁脉冲对微电子设备将产生严峻的危害。依据统计，雷电对微电子设备的破坏而造成的损失，已远远超过了雷击火灾的损失，成为当今电子时代的一大公害。因此对综合雷电防护提出了更高的要求。1、建筑物直击雷防护GB50057-94〔2023〕一、二、三类防雷建筑物的要求安装完善的直击雷防护措施，防止雷击直接危及建筑43息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的状况下，当建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物实行GB50057-94〔如避雷针、避雷带、避雷网等〕和接地装置。使建筑物及屋顶设备〔卫星天线等〕在接闪器的保护范围内。2、雷电波侵入和雷击电磁脉冲干扰防护供电系统防护措施①8承受三相五线制，引入计算机信息系统设备机房建筑物的低压电力线路宜用电缆由地下引入机房。电缆埋地局部不应小于15第15的地区的计算机信息系统，原则上均应装设防雷保护器，以防止雷电电磁脉冲过电压和器，承受多级防护的方式，逐级分流，降低残留电压，保护系统用电设备。信号系统防护措施5目的。12，3〔电涌保护器端安装电涌保护器。屏蔽与接地系统存的环境，所以将需保护的空间划分为不同的防雷区〔LPZ〕,以界定具有不同的LEMP严酷程度的各个空间，同时也指明白各防雷区界面上等电连结点的位置。各防雷区以其边界处电磁条件有明显变化为特征。本区内电磁场没有衰减。LPZ0B：虽然本区内物体不以遭到直接雷击，但区内产生未被衰减的电磁场。LPZ1：本区内物体不易遭到直接雷击，本区内全部导电部件上的雷电LPZ0B区内的雷电流进一步减小。本区内的电磁场也可能被衰减，取决于屏蔽措施。后续防雷区〔2等引入假设干后续防雷区。避雷针LPZ0A区 LPZ1区 LPZ2区 LPZ3区电源线路

F级保护

B级保护

信号线路LPZ0B区B级保护 B级保护 C级保护 D级保护信息系统设备的接地系统应承受共用接地系统，宜利用建筑物根底钢筋地网或桩基网作为共用接地系统的根底接地装置。机房内设置环型接地体或接地母线，环型接地体与建筑物根底接地系统〔PE线、机房防静电地板、金属走线架、机架、重要设备不带电金属机壳、金属穿线管道、大面积金属门窗、吊顶和间隔用金属龙骨以及其它金属管线，均应与均压环连接，形成等电位网。布线布局穿钢管或走金属布线槽。钢管、金属布线槽与环型接地体连接，连接处应进展有效跨接。或接地主筋的墙体。0.83五、现场勘测状况说明自然气调压站内主要设施包括自然气地面管索区〔55m、仪控室但无直击雷防护措施。380VTN－C-SUPS24V〔PLC〕柜内，UPS220V24VPLC表。PLC现场阀门。卫星通讯专线负责将信号送至总部把握室，由把握室进展监测。DDNDDN均架空进入仪控室，线路未实行屏蔽措施。24V4-20mA地面管索区仪表与把握室之间的连接电缆均埋地敷设。配电柜电池组卫星天线可编程把握柜配电柜电池组卫星天线第6 页 共12 页第7共第7共12页页UPSUPS流量计仪控室六、雷击隐患1、仪控室、地面管索区及卫星天线均无直击雷防护措施，处于 LPZ0A区，可能患病直击雷击。电压、过电流可能经配电系统侵入，损坏设备。3、卫星天线、DDN专线及线未实行雷击电磁脉冲防护措施，雷击脉冲过电压、过电流可能经通信系统侵入，损坏设备，造成通讯受阻。4PLC患。5、仪控室无等电位接地系统，易引起地电位还击，损坏设备。七、设计方案1、直击雷防护局部《建筑物防雷设计标准〔20232.0.3制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者，应划为其次类防雷建筑物，滚球半径为45m。自然气43息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的状况下，当建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物实行60雷针和提前预放电避雷针两种保护方案，供比较选择。方案一依据自然气调压站实地勘测状况地面管索区〔55m、仪控室(44内〔2。122.双支等高避雷针保护范围确实定〔内〔2。122.双支等高避雷针保护范围确实定单支避雷针保护范围确实定避雷针在hx高度的平面上保护半径rxrx=√h〔2hr-h〕－√hx〔2hr-hx〕式中：hhrhx依据GB50057-94〔2023年版〕的规定，避雷针3m星天线各3m处。按二类建筑物防雷计算，hr取45m，考虑保护范围要留有hx见图11为横切面图。取此针高时，纵切面图内被保护物仍处在保护范围3m的保护范围按单针计算，hr45m，考虑保护范围要留有余量，这里hxm，hx，xm〔3。34hxhx=hr－√〔hr－h〕2+(D/2)2式中：Dhhrhx4围内〔44依据计算可知，选取双针保护，更为经济合理。方案二工作原理％的地闪是在带负极性的雷云和正极性的大地之间100～1000km/s续脉冲形式向地面延长。在通道前端接近地面10～100米时该部位的空间场强会增加，地面上突出处会被激发，消灭正电荷上行先导，并向天空进展迎击下行先导。当下行先导与上行先导回合时，发生闪电雷鸣。提前预放电避雷针正是利用这一现象，将地电位提高到避雷针顶端，并利用其特别设计使之能较其他邻近高点提前产生上行先导，从而到达最先放电的目的。提前放电避雷针发出的上行先导平均启动时间对于简洁避雷针发出的上行先导平均启动时间之差，就是预防电时间，经屡次试验验证其值为Δ0s。第第9 页 共12 页第10共第10共12页页Rp=√(D+ΔL2-(D-h)2⇒Rp=√h(2D-h)V*ΔT(2D+V*ΔT)依据法国标准NFC17-102《闪电保护应用“提前预放电接闪器”向建筑物与开阔地区供给闪电保护》中规定：h：为提前预放电避雷针高处被保护物体外表的距离。h<5mh(m)234保护Level1324864半径Level2405978Rp(m)Level3446587h≥5mRp=√h(2D-h)+ΔL(2D+ΔL)式中：h:避雷针超过被保护物的高度D453m，卫星天线上方3m195m)，承受镀锌钢管支撑杆。底座3。Rp=√h(2D-h)+ΔL(2D+ΔL)＝√5×〔2×45－5〕＋60×〔2×45＋60〕＝√425＋9000≈9759775721仪控室及卫星天线。2、供电系统雷击电磁脉冲防护GB50057-943.4.9〔含绝缘子铁脚、金具〕接地。使低压电缆经绝缘子与地之间形成一个放电间隙。T0〔μs〕三相电涌保护器,作为供电系统雷击电磁脉冲第一级防护措施。在UPS输出端安装法国EUROTECTSP4011(40KA,8/20μs)单相电源电涌保护器一台，作为供电系统的其次级防护措施。在24V直流稳压电源〔 〕输出端安装法国 PO-24VT串联型直流电源保护器一台，可作为供电系统的第三级防护。3、信号系统雷击电磁脉冲防护4－20mA4－20mAEUROTECTSI024-TR1,其主要参数为：工作电压：24V工作电流：300mA额定放电电流〔：5kA频带宽度：2MHz相应时间：＜10Ns环境温度：－40～＋80°C在PLC柜内各仪表的模拟信号接入端分别安装法国EUROTECTSI024-TR110仪表把握信号是24V电源的开关信号。对于24V开关信号及24V直EUROTECTPO-24VT其主要参数为：工作电压：24V最大工作电流：5A标称导通电压：36V额定放电电流〔：20kA相应时间：＜10Ns环境温度：－40～＋80°CPLCEUROTECTPO-24VT51PLCEUROTECTTCN50C-130C一台。备用 DDN 专线接入 PLC 柜端口处安装法国 FMRJ11-100A一台。EUROTECTFMRJ11-180A4、屏蔽与等电位接地自然气地面管索区主要承受塑钢板构成。钢筋、金属框架等自然构件应声对内部设备的干扰。HoLPZ0Ho=io/(2×π×Sa)(A/m)式中 io 雷电流〔A〕;Sa 雷击点与屏蔽空间之间的平均距离〔m〕LPZ1HoH1，其值应按下式计算：H1o0/(A/m)式中 SF LPZ1区内距屏蔽层有一安全距离ds/1Vs效，ds/1应符合下式的要求：ds/1=W×SF/10〔m〕式中WLPZ1〔m〕io=150kA,假设雷击发生在距屏蔽空间20m处(即Sa=20m，避雷针保护范围之外),由此得出Ho=1193.66(A/m0.75GS所以：H=B×10-4/μ=0.75×10-4/4π×10-7=59.68(A/m)≥H1地面管索区屏蔽后的磁场强度 H1 应小于 H，

根据计算SF≥26dB,W≤0.425mSFWds/1的大小。0.425m×0425m网格，信息设备应仅安装在Vs空间内，放置位置在距四壁至少ds/1处，这样才会到达良好的屏蔽效果。依据实地勘测，地面管索区钢筋构架形成 0.4m×0.4m的网格，符合上述要求该区具有良好的屏蔽性且管索区全部设备、仪表承受防爆设计，并作良好的接地处理，故现场仪表不再安装设SPD。除了建立良好的屏蔽室外