加油加气站的雷电防护及其防雷装置安全检测

范仲之 黄国开

(广东省气象公共安全技术支持中心 广东广州 510080)

雷电灾害被国际社会列为全球最为严重的十大自然灾害之一。全球每年因雷击引发的火灾、爆炸、建筑物受损、信息系统和用电设施设备不能正常运行的情况经常初选，使人员伤亡和经济财产损失极为严重。

加油加气站的大部分生产设备都是在高温高压下连续生产的，原材料和成品都是易燃易爆的，创造了一个容易雷击的生产环境。就加油加气站而言，如果不及时控制，闪电风险会造成不可估量的损失，使工业控制系统瘫痪，停止生产，造成不可估量的经济损失。

1 加油加气站环境特点

1.1 地理位置

实际上，应将加油加气站尽快纳入城市建设总体规划中来，并将其在交通便利的城区开阔地带、郊区、道路干线、高速公路两旁等地带作为选址区域。

1.2 实施条件

通常情况下，在加油加气站都有高大的罩棚，而较低的值班室、营业室占地面积较小，对于开展多级防雷较为不利。加油加气站城区的有关规范要求是应选择直接埋地方式，针对远郊区的加油加气站油罐则选用地上式，同时还要将具有防爆性能的阻火器安装在油罐上不低于4 m 的金属通道管所在位置，不应安装呼吸阀。

1.3 电源系统

大部分加油站的外接电源都是220 V/380 V，而加气站、加油加气合建站则选用的是6～10 kV 的外接电源向气压机进行供电，同时对电能计量装置进行独立设置。对汽车加油加气站的电力线路来说，其主要选用的是电缆直接埋地敷设的方式，针对进出到建筑物和穿越形成道路的部分线路需要穿钢管引入进行保护。

1.4 电子系统

加油加气站的电子系统可以选用双层屏蔽电缆或导线穿钢管配线，应将配线电缆外皮金属屏蔽层两端和保护管两端的等电位接地工作做好。另外，在电源侧单端可做好内屏蔽层的接地。

1.5 爆炸危险区域划分

应严格按照《汽车加油加气站设计与施工规范（GB 50156-2002）》中的相关要求来划分汽车加油加气站的爆炸危险区域。一般只有加油加气机周围、通气管四周、油罐内部、阀井及油罐车卸车场地等存爆炸危险环境。大都存在于运营操作时，一旦运营操作停止，这些爆炸危险环境也随之消失。

1.6 加油加气站运行安全规程规定

在雷雨天气出现的过程中，禁止加油加气站开展装卸油操作。此时卸车场地、油罐通气管周围大都不会存在爆炸危险环境。

结合以上6个特点，从防雷击事故角度出发，汽车加油加气站并不是在“高风险”环境下运行，只有采取科学有效的防护措施，并在《汽车加油站设计与施工规范》的要求上开展雷电防护，才能确保汽车加油加气站持续稳定地运行。

2 加油站存在的雷击种类及形成原因

2.1 加油站存在的雷击种类

2.1.1 直击雷

若是建筑物、大地、其他物体或者外部防雷装置被闪电直接击中，此时将会有巨大的电效应、机械力、热效应出现，进而导致建筑物遭受机械性损害，例如：会将建筑物装置击落、击穿地面物体、着火，甚至是爆炸等现象。加油加气站内的加油/气机、输油/气管路、油/气罐及建筑物等，若是遭受到直接雷击，将会在短时间内出现巨大的高压电流，此时还会有强大的热能和机械能出现，会造成加油/气站内的建筑物或相关设备遭受不同程度的破坏，严重威胁着加油加气站周围建筑物及人们群众生命财产安全，同时还会产生巨大的社会影响。

2.1.2 感应雷

雷电中的雷电流会有强大的电磁场出现，在通过导体后将会感应到过电压、过电压，这种形式的雷击称之为感应雷。通常情况下，若是建筑物布设有防直击雷等防雷设施，其内部电子设备遭受直接雷击的可能性较小，而遭受感应雷的概率则较大，应将计算机网络系统等弱电设备的感应雷和雷电波入侵防护工作做好。感应雷电流有较大的变化梯度，同时还会有巨大的交变磁场产生，即使直击雷未直接击中加油加气站的相关防雷装备，但受到传导方式或耦合作用的影响，在加油加气站四周的金属部件中将会布满感应电流，不断向四周进行放电，并“引雷入室”；感应雷还会借助于联机的导线来破坏加油加气站内有关设备和电子信息系统的安全，严重的情况下会出现火灾或爆炸事故。

2.1.3 雷电反击

对加油加气站内的引下线、接地体等防雷接地保护装置，若是遭受到雷电侵袭，在流入点很容易形成高电位的雷电流，若是加油加气站内的电气设备、线路等距离防雷保护装置较近，极易引发放电现象，这种现象称之为雷电反击。雷电反击会破坏电子电气设备的绝缘性能或者是将金属管道金属，甚至是引发火灾，严重威胁着加油加气站周围建筑物和人们生命财产安全。

2.2 雷电的形成原因

当带正电和带负电的雷云靠近地面时，静电感应产生的电荷与雷云的极性相反，两者形成巨大的电容器。电荷到地面的传导渠道形成导电通道，大地和雷云的电荷会中和，产生极大的电流。雷鸣和闪光也会出现。雷的破坏作用是雷电流产生的主要原因。雷击通常有直接雷击、诱发雷击和雷击传播这3 种形式。通常所说的雷击是由直接雷击引起的，雷击的瞬时电流相当大，产生高温和高压，可导致爆炸、火灾、建筑物倒塌和人员伤亡。建筑物遭受雷击所致损失主要是由于电流形成的冲击波顺着金属线或沿导线进入建筑物,仪表和电子设备通常使用的家用电器被损坏,都会引起重大事故,造成死亡、伤害和火灾。除了难以预防的自然现象外，雷击事故频繁发生的主要原因是缺乏预防知识和辐射防护意识的下降。雷声对我们有害的原因，归根结底，是由于雷电的热效应、电效应、电动势效应造成的。

3 加油加气站防雷现状

通过对广东省境内中石化、中石油等国营单位及部分个体投资经营的加油加气站进行分析，在这些加油加气站中的防直击雷、防感应雷和防雷电波侵入等方面或多或少都存在不同的安全隐患。比如：中石化石加油加气站的问题主要表现在防雷波侵入设备等方面，部分设备上缺少信号电涌保护器或者是部分设备上安装有电涌保护器，而规格型号却同规范要求不符，新增的电子设备忽略了对防雷保护装置的布设。中石油加油加气站的防雷问题几乎与中石化大致相似，如防雷击电磁脉冲的电波侵入信号电涌保护器及电源部分电涌保护器不甚完善，办公楼天面金属物未进行等电位连接工作。同时，在周围较近的位置处，新增的金属设施比加油站罩棚还要高，忽略了接地保护。对私人加油加气站来说，因工作人员未进行正规化的学习和培训，其防雷问题较多，在防直击雷和防雷击电磁脉冲感应雷方面均存在很大的雷击安全隐患。

4 加油加气站外部防雷

4.1 接地装置

对加油加气站的防雷接地、防静电接地、电气设备的保护接地、工作接地和信息系统接地等均要选择共用接地，同时还要确保接地电阻值控制在4 Ω 以内。若加油加气站选用的架空避雷线、独立避雷针或者是架空避雷网，这种情况下需对独立接地装置尽心布设，还要保证每处引下线的接地电阻值不超过10 Ω。若所在区域内的土壤电阻率数值过高，为了降低电阻率需采取增加接地体长度、更换土壤、添加降阻剂等方式。

加油加气站内的金属油罐，需要将环型防雷接地工作做好，且接地点至少在两处以上，弧形距离需保证在30 m以下。接地体与金属油罐壁的距离需在3 m以上，若是避雷针布设在油罐顶部或者是直接选用金属油罐作为接闪器使用，应确保每个接地点的冲击接地电阻值不高于10 Ω。在对接地装置的垂直接地体进行选择时，需优先选用规格为50 mm×50 mm×5 mm的热镀锌角钢，或者是选择规格为40 mm×4 mm 的热镀锌扁钢作为水平接地体的材料，需保证水平接地体布设在地面以下且与地面之间的距离超过1 m。对防直击雷的人工接地体来说，需将其在建筑物出入口或人行道3 m 以外的地方进行布设，同时还要结合规范要求做好垂直接地体和水平接地体间的焊接工作。

4.2 接闪器

针对加油加气站建（构）筑的防直击雷，其接闪器可以直接选用布设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或将其混合组成的接闪器。应根据规范要求将避雷带（网）沿着建筑物屋角、屋脊、屋檐、檐角等容易遭受雷击的部位进行敷设；所有避雷针应利用避雷带进行有效连接。若是建构筑物是金属屋面，接闪器可以选用金属屋面进行替代，但应做好金属构件与防雷装置间的可靠连接。

对金属罐体来说，其的防直击雷措施主要包括两种：一是若罐壁厚度不足4 mm，可直接对避雷针或避雷线进行安装，并根据滚球法对保护范围进行计算；二是若罐壁厚度超过4 mm，可以将金属罐体作为接闪器使用，不需单独安装接闪器，但应将阻火器、呼吸阀、量油孔、透气孔、入孔等附近需与金属罐体进行可靠连接。

4.3 引下线

若是选用避雷针来保护加油加气站油罐区，可选用金属杆塔本身直接作为防雷引下线使用。若建（构）筑物的防雷引下线选用的是建筑物结构主钢筋，在设置引下线的过程中需严格按照防雷建筑所属类别要求进行，并根据规范从上到下做好每根主筋的电气连接，同时还要保证其的可靠性水平，以增加雷电流泄放通道导体截面积，使雷电流尽快分散开来，保证每个钢筋柱子上均匀分布泄放的电流，使雷电流达到最低，还能有效减少产生的电磁脉冲能量。如果是人工引下线直接沿着建筑物外墙进行明敷，应按照最短路径做好接地工作，若选用的镀锌圆钢材料，应保证直径不小于10 mm，镀锌扁钢的截面积需在80 mm2以上，针对容易遭受机械损坏和防止人身直接接触的区域，需保证地面上1.7 m 至地下0.3 m 区域内选择暗敷、塑料管或橡胶管等保护设施，以确保人们生命财产安全[1-3]。

5 加油加气站内部防雷

5.1 屏蔽、接地和等电位连接

对加油加气站的电源线和信号线来说，需选用铠装屏蔽电缆埋地或通过导线直接穿钢管埋地引入，应将埋地长度控制在15 m以内。对电缆两端来说，应做好金属外皮或钢管的防雷电感应接地。

针对地上或管沟敷设的油品、液化石油气和天然气管道，应将两端、分支处及拐弯处做好防静电和防感应雷联合接地，应保证接地电阻值在10 Ω以内。对平行敷设的长金属物，如管道、构架和电缆金属外皮等，在净距不足100 mm 的情况下，可以每间隔20 m 利用金属线进行一次跨接；在交叉净距不足100 mm 时，需要将交叉处的跨接工作做好。为了防止因接触不良导致法兰及胶管两端连接处出现静电或雷电火花，需选用金属线做好管道上法兰、胶管两端的跨接工作。若是法兰的连接螺栓超过5 根，在非腐蚀环境下可省去跨接，在腐蚀环境下需将跨接工作做好。针对汽油罐车和液化石油气罐车的卸车场地，应将卸车时的防静电接地装置工作做好。若是广告牌、标志性旗杆、照明系统等位于站区内，需要将接地或等电位连接工作做好。

对进入加油站内各种金属管道，如水管、供热管、供气管以及通信、电源等电缆金属的屏蔽护套需要做好等电位连接；加油站工艺管道大都选择无缝钢管，应做好焊接；针对可能对钢管产生严重腐蚀的地段埋设管道时，应优先选择耐油、耐土壤腐蚀以及具有导静电性能的复合管材料。

5.2 安装浪涌保护器

在供电线路和电子系统传输线上经常会有电涌波形出现，进而对相关设备进行破坏，为了确保设备安全，在供配电系统的电源端及信息系统的信号线首、末端与电子器件的连接处，应结合被保护设备的抗干扰度，雷电防护分级确定装设与设备耐压水平相互匹配的浪涌保护器，必要的情况下需要装设多级浪涌保护器。

应保证浪涌保护器连接导线平直，且长度控制在0.5 m 以内。若电压开关型浪涌保护器和限压型浪涌保护器之间的线路长度不足10 m，且限压型浪涌保护器之间的线路长度不足5 m，需要将退耦装置布设在两级浪涌保护器之间，当浪涌保护器自身具备能量自动配合功能，浪涌保护器线路长度不受限制的情况，应保证浪涌保护器具备过电流保护装置，同时还包含有劣化显示功能。

5.3 保证编制“规范”

汽车加油站是有爆炸和火灾危险的地区，偶尔会发生雷击事故，直接危及生命和周围财产的安全。在雷击造成的灾难中，轻微的雷击损失会对建筑物和电子信息设备造成损害，严重的雷击损失会导致火灾甚至石油爆炸，造成难以想象的后果。随着车辆充电站的不断扩大和新能源汽车推广计划的实施，雷电冲击的潜在风险增加。因此，重要的是制定规范合理的检测要求，以统一检查技术要求合理性和其准确性、科学性，以防止或减少雷电落在加油站，并有效地保障人身和财产的安全，编制“规范”就具有重要意义。

6 加油站防雷检测和防静电检测的检测

6.1 加油加气站防雷检测范围

加油加气站防雷检测的范围主要包括储罐区、设备区、装卸区、工艺管道、供配电系统、通信（控制）系统六大部分。防雷装置检测人员需逐项检测防雷装置各个设备。应保证各个组成部分之间处于同一电位上，在确保雷电和静电提供的低阻泄放进入大地通道的同时，可以将各个金属部件间的电位差降到最低。

6.2 各部位防雷检测和防静电检测方法

6.2.1 确定加油加气站的防雷类别

根据有关防雷技术标准要求，将加油加气站的防雷等级确定为第一类和第二类防雷建筑物，要求加油加气站内的所有建筑均应在直击雷防护区（LPZOB区）内，尤其是对于放散管、通风孔、储存罐呼吸阀等均应布设独立避雷针保护范围内。

6.2.2 直击雷防护系统防雷检测

（1）检测内容包括接闪器的高度、规格尺寸、防护范围、接地电阻值、引下线的材料及规格（直径、截面积、厚度）焊接处的脱焊连接是否良好。（2）引下线的数量（不少于2根）、布局（对称分布）、规格尺寸（圆钢8～12、扁铁截面积大于48 mm2、引下线间距（一类12 m、二类18 m、三类25 m）以及必须弯曲处是否符合要求和各检测点的腐蚀情况。（3）检测储罐防雷，当储存易燃、易爆油品的储罐装有阻火器的露天钢储罐顶板厚度＜4 mm 时，应装避雷针（线），它的保护范围，包括整个储罐。当顶板厚度＞4 mm，装有阻火器的埋地金属储罐或地上卧式储罐罐壁厚度≥4 mm 时，可不装防直击雷设施，储罐自身可作为接闪器，只要做好防雷接地即可，但储罐必须作环行防雷接地，其接地点至少2处，其间弧形距离不应高于30 m，接地体距罐壁的距离应在3 m 以上。（4）接地装置的检测：该场所原则上采用共用接地方式，即场内防雷接地、防静电接地、电气设备工作接地及信息系统接地采用联合接地的方式，接地电阻值≤4 Ω，如果有的接地不能直接相连，可通过浪涌保护器达到等电位目的。条件允许的情况下（独立避雷针接地与其他地相隔20 m 远），可以允许独立避雷针接地与其他接地分开设置独立避雷针接地电阻≤10 Ω，其他联合接地电阻≤4 Ω。

6.3 防雷装置安全检测注意事项

（1）开展加油加气站防雷检测的过程中，在条件允许的情况，需对加油加气站线缆和管道敷设情况、配电线路连接分布、电涌保护器设计装设、防雷和等电位连接保护措施、是否存在雷电灾害历史等电气设计内容进行检查，同时还要熟悉掌握加油加气站的防雷检测项目。（2）加强接闪器接地电阻、防静电接地电阻、加油加气设备的接地电阻的检测工作，应至少测量2次，以确保测量数据的准确性水平，应始终确保测量结果同规范要求相符。（3）由于电涌保护器长时间不间断运行或工作环境潮湿而引起老化现象，或者是因雷电过电压造成限压泄流性能下降、失效等问题，需加强电涌保护器的检查工作。若是最终测试结果显示电涌保护器劣化或状态指示失效，需第一时间提醒业主进行更换。另外，还存在一些电涌保护器同规范要求相符，且电压保护水平比保护设备的耐压水平低，但是仍旧存在设备遭受雷击的情况，其主要原因是其的安装工艺达不到标准要求，如电涌保护器的引线、接地线等均不符合要求，这些均是电涌保护器检查的重点[4-7]。

7 结语

综上所述，由于加油加气站自身职能的特殊性，使得雷电防护措施的典型性特征较为明显。实际上，雷电防护属于具体的系统性工程，为了有效避免或者降低易燃易爆场所雷击事故的出现，进而引发巨大的经济损失和人员伤亡。在雷电防护中，需要防雷人员严格根据相关要求进行，并始终遵循“安全第一、预防为主、防治结合”的方针，将加油加气站雷电防护工作做好，最大限度地降低雷电造成的危害，以确保加油加气站内及周围人们生命财产安全。