随着我国经济的快速发展，交通事业正日新月异，人民的生活生平不断提高，汽车越来越多，加油站数量与日俱增，每年由于雷击造成的事故时有发生，直接威胁到加油站周围人群和建筑物的安全，因此加强加油站的防雷工程设计工作十分重要。而那些在郊区、偏远地方的加油站，经营者对雷电灾害的防护意识仍然十分薄弱，存在着侥幸心理和麻痹思想，一旦发生雷击事故，后果不堪设想。因此加油站的防雷措施应根据GB50057-20__《建筑物防雷设计规范》、GB50343-20__《建筑物电子信息系统防雷技术规范》及GB50156-20__《汽车加油加气站设计与施工规范》进行防雷设计。
关键词：雷电 加油站 防护 规范
1 概述
雷电产生于雷暴，而雷暴往往伴随强对流天气而形成，是由大气环流和当地气象因素决定的。雷暴是积雨云中云与云之间或云与地之间产生的放电现象，并伴有火花放电，强大电流通过时，又使空气迅速膨胀产生巨大的响声，即雷电。雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。因此雷电灾害已成为联合国公布的10种最严重的自然灾害之一。根据雷电特点及性质可将雷电分为直击雷、雷电感应及雷电波侵入。
伴随地方经济的发展和人民生活水平的提高，各地的机动车辆正在迅速增加，机动车公共加油站这一为之提供能源的配套服务设施也在快速增加。加油站在城市、乡镇交通建设中起着重要的作用，也是城市、乡镇灾害救助中的重要能源基地，但是近年来加油站的雷电灾害事故频繁发生，直接威胁到加油站周围人群和建筑物的安全，削弱了加油站作为城市、乡镇能源枢纽的功能，因此对加油站的雷电综合防护是非常重要的。
2 加油站雷电分区
2.1 加油站环境特点
加油站一般位于公路边，多属于空旷地区的孤立建筑物，容易遭受雷击，而且加油站又属于易燃易爆场所，对加油站的防雷现状应给予特别足够的重视，加油站通常具有以下几个特点：
(1)地理位置：加油站都建在交通便利的城区开阔地带或郊区、道路干线、主干线、高速公路旁边等地带，四周较为空旷;
(2)建筑物防直击雷设计不规范：有的加油站站房、罩棚未安装防直击雷设施，明敷防雷引线未沿外墙最短垂直路径接地;
(3)电源系统：一般加油站的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，部分加油站是由10KV电力线架空接入，经变压器后再地埋引入建筑。在乡村和山区有时根本没有地埋措施，未安装电涌保护器及做重复接地，因此非常容易遭雷电波侵入及雷击电磁脉冲;
(4)通信网络系统：引入加油站的ISDN、电话线、监控设备等弱电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信号电涌保护器(SPD)做防闪电措施;
(5)静电防护：加油站加油机或加油枪未能接地或接地不良，电阻偏大，不符合规范要求。加油站呼吸阀未作跨接或跨级电阻值偏大;
(6)发电机接地：不少加油站并未做发电机接地，不符合安全生产。
以上几个特点不难发现，从雷电角度来看，加油站一般都运营于“高风险”环境下，即对雷害风险的“暴露程度”很高，因此需要采取强有力的防护措施。根据GB50057-20__《建筑物防雷设计规范》、GB50343-20__《建筑物电子信息系统防雷技术规范》及GB50156-20__《汽车加油加气站设计与施工规范》等国家标准及IEC61312《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，部分加油站都没有进行电源路线和信号路线的雷电过电压防护，建筑物防雷设计不规范，防雷安全存在一定的安全隐患。
鉴于加油站以上特点和要求，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12.5KV(10/350μS)的电涌保护器作为电源系统的第一级雷电防护，其保护水平应小于2KV，同时满足这两个方面的要求才能保证加油站设备用电电源的可靠运行。通信信号路由于多是由外部进线，因此同样会受到雷击威胁，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。
2.2 加油站的防雷等级
依据GB50057-20__《建筑物防雷设计规范》建筑物年预计雷击次数按下式计算：N=kNgAe;Ng=0.1Td式中： N建筑物预计雷击次数(次/a); K雷击次数校正系数：
Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度〈次(km2·a)〉; Ae与建筑物截收相同雷击次数的等效面积(km2); Td该地区的年平均雷电日数;
建筑物年预计雷击次数按下式计算：N=kNgAe;Ng=0.1Td 在下列情况下k取相应数值： a.位于旷野孤立的建筑物取2; b.金属屋面的砖木结构建筑物取1.7;
c.位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻较小、地下水露头处、土山顶部、山谷风等处得建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5。
加油站四周较空旷，在此类型情况下K值取2;根据以上年雷击次数参数，对于中等以上雷暴强度区(年均雷暴日40天以上)位于公路旁边四级以下的面积3000平方米左右，建筑高度小于15米的常规加油站的预计雷击次数为：N=kNgAe≈0.15次/a。
依据以上计算，并参照GB50057-20__《建筑物防雷设计规范》第3.0.3条的要求，“具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，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”。因此汽车加油站防雷应按第二类防雷建筑物进行设计。
3 加油站雷电防护设计
3.1 建(构)筑物的防雷设计
加油站的建(构)筑物一般由罩棚、办公楼、配电室及其它附属建筑物组成。依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-20__确定汽车加油站的建筑物防雷类别为二类建筑物，不需要单独装设接闪杆。办公室和附属建筑物一般采用钢筋混凝土结构。 汽车加油
站的建(构)筑物防雷接闪器设计：宜采用装设在建筑物上的接闪网(带)或
接闪杆或由其混合组成的接闪器。接闪带应沿建筑物屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击部位敷设，并在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的接闪网格。加油站罩棚一般采用钢架结构，其棚顶采用金属屋面，可直接利用其作为接闪器，不用再另设接闪杆或接闪带(屋顶有其他需要保护的物体除外)。
汽车加油站的建(构)筑物防雷引下线设计：由于站区内建(构)筑物一般采用钢筋混凝土结构和钢架结构，钢筋混凝土结构应利用桩内两条对角主筋作为自然引下线，引下线间距不大于18米，引下线不应少于2根，应沿建筑物周围均匀布置。引下线在适当地点设若干连接板，该连接板可作等电位连接用，将办公室及附属建筑物内所有电器设备和金属导体作等电位连接。
汽车加油站的建(构)筑物防雷接地装置设计：一般采用自然接地体作为接地装置，由于一般加油站站区各接地装置之间距离都小于5米，应将加油站的防雷接地、防静电接地、电气设备工作接地、保护接地、信息系统的接地、等电位连接带、建筑物金属构件采用共用接地，以达到均压、等电位以减少各种接地设备之间、不同系统之间的电位差。在进行建(构)筑物基础施工时将两基础内钢筋进行可靠连接，每间隔18米做一次接地。当自然接地体达不到接地电阻要求时，应设置人工接地体。考虑到接地装置使用的长期性和耐腐蚀性，建议接地装置布置依据地形设计，人工接地体设置在散水坡1m以外，可以不破坏散水坡保护面，同时也加大了地网包围的有效面积。在建筑物外设计成闭合的环形，可以起到均压环的作用，也可以从不同的方位引入地线作等位连接使用，同时可以作为不同位置进入建筑物线缆的外屏蔽层接地线使用。水平接地通常使用40×4mm镀锌扁钢，埋深0.6米(深度应大于当地冻土层);垂直接地使用L50×50×5×2500mm镀锌扁钢，垂直接地体间使用非金属接
地模块。 接地电阻要求：加油站的地网分为直击雷保护接地(其接地电阻要求≤10Ω)、防静电接地(其接地电阻要求≤100Ω)、电源工作接地其接地电阻要求≤4Ω)，信号线路直流工作接地其接地电阻要求≤4Ω)四个部分，当采用统一接地时，接地电阻值应按最小值确定，接地电阻要求≤4Ω。
3.2 油罐区的防雷设计
油罐区的防雷设计：一般采用呼吸阀作为接闪器(高度4-5m)，当利用呼吸阀作为接闪器时，应保证呼吸阀与罐体接触良好，防止直击雷对呼吸阀放电不能将雷电流引入大地。埋地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，接地体距罐壁不应小于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，但对位于多雷区(年平均雷暴日数多于40天)的油罐和铝顶油罐，应安装独立接闪杆做防直击雷设施。独立接闪杆与被保护油罐的水平距离不应小于3m,按滚球方法计算，使油罐呼吸阀处于其保护范围内，并且保护范围应高于呼吸阀2m以上。
输油管道的始、末端和拐弯、分支处应分别接地，每隔12米做一次接地，接地电阻≤4Ω。油罐区的接地应采用共用接地装置，并在各处作等电位连接，即油罐的罐体及罐的金属构件以及呼吸阀、量油孔等金属附件，电力电缆外皮和瓷瓶铁脚，装于钢油罐上的信息系统的配电线缆外皮，加油机地脚螺钉等均应与接地系统做可靠的电气连接，其接地电阻值应≤4Ω，由于油罐车进行装卸油时，罐内油品会产生静电，静电会积聚到浮盘上，此时浮盘应与罐体做电气连接，否则，容易产生静电火花发生火灾事故。油罐车在装卸过程中应采用专用的接地导线、夹子和接地端子将油罐和装卸车设备相连，并将防静电接地装置与油罐接地相连接。加油机主体应与地沟接地装置进行可靠连接，应保证加油枪皮管内部铜线一端与加油机主体连接，防止加油过程中由于汽油(或柴油)与加油枪摩擦产生静电无法通过加油管进行释放。平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮长金属物，其净距离小于100mm时，应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m，交叉净距小于100mm时，其交叉处也应跨接，各种金属管道法兰的连接螺铨少于5根时，法兰必须用金属导线跨接，跨接电阻应小于0.03Ω。
3.3 电源配电系统雷电防护设计
380/220V供配电系统宜采用TN-S配电系数：即三相五线制(单相三线制)配电方式。在这种配电方式的整个系统(包括分支线路)中，具有单独的中性线(N)和保护接地线(PE)，即在整个系统中中性线与保护接地线始终是分开的。使N线与PE线分开的目的，PE线上没有交流电流过，在整个防雷工程的等电位连接接地系统中，它与等电位连接接地系统保持可靠的连接，所以PE线上电位处处相等。
电缆应穿钢管埋地进入加油站，电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均应接地，在供配电系统的电源端应安装与设备耐压水平相适应的过电压(电涌)保护器。供电系统电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均接地，其目的就是封锁电磁效应，减少或削弱雷电危害，预防雷击事故的发生。供电系统电缆应单独布线，不得与油品、液化石油气和天然气管道、热力管道敷设在同一沟内，防止电缆沟进入爆炸性气体混合物，避免电缆与管道相互影响，引起爆炸火灾事故，电缆沟应充沙填实。
4 余姚市高速公路旁某加油站防雷设计方案
4.1 加油站环境勘测
该加油站位于浙江省余姚市，该地区属于季风亚热带气候，其土壤性质为巨板土与砂岩地，土壤电阻率较大，且不均匀。经测量其平均值为180Ω·m。年平均雷暴日为40d/年，3-9月份，雷暴发生概率较大，属于多雷区。加油站内有加油罩棚及办公楼，均为钢筋混凝土结构。加油罩棚长为20米、宽为20米、高8米，内有4个灌油机，各相距6m。办公室长16米、宽23.1米、高3.5米，距办公室10米处有两个地下储油库。电源线路采用架空引入，电源系统采用TN-S系统。办公室内有电话机、复印机、UPS、数据传输线及空调线机等电子设备。根据GB50057-20__《建筑物防雷设计规范》可知，该加油站属于第二类防雷建筑物。
4.2 本加油站设计
根据上述得知，该建筑物为二类防雷建筑物，故按二类防雷建筑物作防雷设计(采用TN-S系统)：在罩棚和办公楼屋顶四周及屋面采用φ10mm镀锌圆钢作接闪带进行明敷防护，并在屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的接闪网格，且在屋顶的四角设置接闪杆做防护，接闪杆采用φ12mm镀锌圆钢，高为0.3m;另外，突出屋面的金属构件等应与屋面接闪带做可靠焊接，突出屋面的非金属物，当其不在接闪器的有效保护范围内时，应加装直击雷防护装置(接闪杆或接闪带或混合接闪器)加以保护。根据建筑物外部为钢筋混凝土构架特性，当利用混凝土内钢筋作为自然引下线并同时利用基础接地体时，应在室内外的适当地点设连接板。可采用铜锌合金焊、熔焊、卷边压接、缝接、螺钉或螺旋连接。第二类防雷建筑物引下线应沿建筑物四周均匀对称布置，其间距沿周长计算不应大于18m。防雷接地装置宜充分利用桩基础、承台结构主筋构成自然接地装置，在桩基础每桩利用外围结构主筋中对角2根主筋作为垂直接地体;利用结构外圈梁主筋宜焊接连通作为水平接地体。
本工程的防静电接地、呼吸阀、加油机、埋地油罐等露出地面的工艺管道作相互电气连接后与防雷接地共用一个接地装置，共用冲击接地电阻小于1欧姆，若不符合要求，应做人工接地极。 通过环境勘测得知，该建筑物的电缆是通过架空引进的，因此在进入本建筑物时应采用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，架空线与建筑物的距离不应小于15m。
为防闪电感应，根据GB50343-20__《建筑物电子信息系统防雷技术规范》要求，在电源总配电箱内装一级浪涌保护器(技术参数：Iimp≥12.5KA、Up≤2.5KV)作防护。
5 结束语
汽车加油站作为雷电高风险区，又属于易燃易爆场所，应按二类防雷建筑物防护要求来考虑，应从外部防雷、内部防雷进行考虑，注重等电位连接与共用接地系统、屏蔽及布线、防雷与接地、安装电涌保护器等综合防护。在实际的防雷工程设计中，还需要根据各类设备的特点和防护对象的实际情况灵活应用、综合考虑，才能获得良好的效果，最大限度地降低雷电灾害。 参考文献