石油库的雷电与电涌防护

石油库的雷电与电涌防护

欧清礼

二○○四年十一月

摘要：

按照“石油库设计规范”有关防雷条款，根据石油库储存运输易燃易爆油料的特点，总结“石油库设计规范”实施二十年的经验，特别是近几年石油库雷击事故的统计分析，提出了系统综合的防雷方案。 作者简介：

原中国石化工程建设工程公司电气高级工程师，曾参加国标《石油库设计规范》及《加油加气站设计与施工规范》的编制工作。主编供配电、防雷、防爆、防静电等有关章节。 关键词：

石油库、爆炸危险区、电磁封锁、避雷带（网）、等电位连接 一、 概述：

随着我国经济快速发展，人民生活水平的提高，汽车进入平民百姓家中，汽车、铁路、航空等运输业的迅猛发展，为之提供能源配套服务的设施——石油库的建设如雨后春笋般的急速增加。全国各地都在积极地新建、扩建或改建石油库，使我国的石油储量快速增加。

随着石油库自动化水平的提高，如油罐液位计量、温度计量、自动火灾报警、工业电视监控等应用越来越普遍，随之而来的是电子设备雷击事故的不断发生，温度变送器、液位变送器、电视监控头等经常发生雷电击坏事故。给石油库的安全正常运行带来较大的影响。因此，对石油库的雷电与电涌保护，确保石油库平稳安全运行，就显得非常重要。

1

二、 石油库的环境特点： 石油库通常具有以下几个特点： 1、

地理位置：石油库库址一般符合城镇规划、环境保护和防

火安全的要求，通常处在交通方便的地方。具有良好的地质条件。同时要求与周围居住区、工矿企业、交通线等有一定的安全距离。 2、

实施条件：石油库的建筑一般都分区布置：如储油区、油

品装卸区、辅助生产区、行政管理区。防雷的重点应放在储油区及油品装卸区。辅助生产区，行政管理区按一般建构筑物设置防雷就可以了。 3、

电源系统：

一般石油库都采用外接电源，设置电能计量装置。供电负荷一般是三级。只有不能中断输送油作业的石油库供电负荷定为二级。一、二、三级石油库及自动化程度较高的石油库，为了保证电子系统的供电可靠性，设置有USP（不间断供电电源）。

石油库10kV以上的露天变配电装置都要求设置。10kV以下的变配电装置可与油品泵房（棚）相毗邻。当与易燃油品泵房相毗邻时，对隔墙，配电间的门窗设置，配电间的地坪标高，在“石油库设计规范”中，都有一些特殊规定。主要是要防止爆炸性混和气体进入配电间，引起爆炸火灾事故。 4、

储油区：

2

石油库的储油区主要建构筑物有油罐、防火堤、油泵站，变电间等。

石油库的储油措施，在19年以前，大部分是金属油罐，有少部分是非金属油罐，自19年8月12日黄岛油库非金属半地下油罐发生雷击爆炸火灾事故以后，非金属油罐被逐步淘汰。现在所有油罐都是钢油罐。只有少量大型油罐采用钢架，铝盖板油罐。

根据“石油库设计规范”要求，储存甲类和乙A类油品的地上立式油罐应采用有二次密封装置的浮顶油罐或内浮顶油罐。储存甲、乙、丙A类油品的固定顶油罐，卧式油罐，在其通气管上必须装设阻火器及呼吸阀。因此油罐对雷电是连通的。当油罐顶板有一定厚度，油罐又作了良好接地，油罐对雷电有自身防护能力。可以用油罐自身做接闪器。“石油库设计规范”规定：这类油罐不应装设避雷针防直击雷。 5、

电子系统：

石油库的电子系统，为了实现管理自动化，较大型的石油库一般都设有油罐液位测量、油罐油温测量、自动火灾报警系统。有的油库还设有工业电视监视系统，进、出油计算机监控计量系统等。由于油罐一般都布置在较开阔的地方，周围无高大建筑物保护，根据近几年掌握的雷击事故的情况，按照“石油库设计规范”要求进行改造，新建，扩建的石油库，很少发生雷击爆炸火灾事故。但电子系统的液位变送器、温度变送器、工

3

业电视监控设备、火灾自动报警系统设备的雷击毁坏情况还是比较多的。特别是强雷击地区的油库，电子系统设备的雷击毁坏较为严重。成为影响石油库安全稳定运行的主要因素，必须引起有关人员的高度重视。 三、石油库的雷电及电涌防护

石油库的防雷，必须采取系统的防护措施。即接闪、分流、接地、均压、电磁封锁、合理布线，安装电涌保护器（SPD）等综合措施，才能有效的防止雷电事故，确保石油库安全平稳的运行。 1 接闪

根据石油库所处的气象、地形、地貌、周围环境等因素进行综合分析，再根据石油库的建构筑物形式及储存运输的油品性质、主要看建构物对雷电的自身保护能力确定安装接闪器还是用建筑物自身作接闪器，根据石油库设计规范，需装接闪器的建构筑物有：储存易燃油品的钢油罐顶厚度钢、铁小于4mm、铜小于5mm、铝板小于7mm,需装接闪器，易燃油品泵房，年雷暴日大于40d/a的可燃油品泵房，易燃油品灌油棚等需装接闪器。其它石油库建构筑物都不需装接闪器。用其自身作接闪器就可以了。 2 分流

石油库的建构筑物，不管其是否装有接闪器，都应考虑雷电的分流问题，在可能的情况下，多布置一些引下线，多布置几处接地点，使接闪的雷电流尽可能多回路泄入大地、降低雷电流在附近导体上（电缆、电线）的感应雷电势或电流，减少供电及电子系统传输线上

4

的电涌。 3 接地

石油库的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地、电子系统的接地（逻辑地、参考地）、屏敝地，SPD接地等，宜共用接地装置，其接地电阻不宜大于4Ω。

接地应环绕建筑物（装卸油作业区、油泵房、罐区内的储罐）作环形闭合接地装置，每个环形闭合接地装置应与相邻的环形闭合接地装置用两根扁钢（40×4mm2）连接起来，使其形成一个大型接地装置，将石油库所有需要接地的建构筑物、防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地、屏蔽接地、电子系统的（逻辑地、参考地）接地，均接到此接地装置上。 4 均压

在石油库的建构筑物内，将其相邻的金属导体设备的金属外壳，用导电体相互连接起来，使其上面的电势（电压）均衡起来，防止产生反击火花，防止操作维护人员同时接触相邻导体时产生电击，保护人身及设备安全。在石油库的爆炸危险区域内，尤为重要。总之，在石油库的爆炸危险区域内，从防止反击火花的要求出发，不允许有孤独的金属导体存在，即不允许有与地绝缘的或相邻的导体不相连接成电气通路的金属导体存在。 5 电磁封锁

石油库内生产区建构筑物的供电电源线路，应采用铠装电缆埋地或导线穿钢管埋地引入，电缆铠装及保护管两端均应可靠接地。

5

石油库内生产区建构筑物内的电子系统也应采用铠装电缆或导线穿钢管配线埋地敷设进出建筑物，当电缆较多埋地敷设有困难时，可采用封闭金属线槽布线。金属线槽应经多点接地。且电缆或配线钢管进出建筑，在屋外的埋地长度不应小于2 √ρ m,（ρ为当地土壤电阻率）， 且不应小于15m， 6 合理布线

石油库主要生产作业区的配电电缆应采用铜芯铠装电缆埋地敷设。装于地上钢油罐上的信息系统的配电电缆应采用铠装屏蔽电缆。电缆穿钢管时，其钢管上、下两处应与罐体相连接并接地。信息系统配线应尽量远离油罐接地引下线，泵房及油品灌油棚避雷带引下线。最少两者相距2m以上，否则应套钢管加强屏蔽。 7 安装SPD

在供电线路及电子系统传输线上，由于雷电及雷电电磁脉冲的影响，经常会产生对设备有破坏性质的电涌波形。为对供电设备、电子系统设备实施保护，需在以下部位安装电涌保护器（SPD）。 （1） 供电电源的SPD

石油库设计规范推荐采用外接电源，石油库生产区建筑物内220/380V供电采用TN-S系统，因此SPD接线见图5：

6

系统10（6）kV架空线

SPD1 380V L 10kV T

SPD2

石油库总配电柜 SPD3 建筑物内

图 （5）

说明：

A、石油库电源由当地供电部门架空线T接经电缆引入，电缆埋地长度应大于2√ρ米（ρ为当地土壤电阻率），且不小于15m。 B、配电间进出电缆一般都大于5根。

C、SPD1、SPD2选Y5CS－12.7/36(Y5CS－7.6/22) 标准放电电流8/20μs、5kA，SPD3选powersetbc/3+1(混合型SPD)，标准放电电流8/20μs、20kA左右。 D、SPD1、SPD2接相线-地线（L-G），SPD3接线由变压器与总配电柜的距离决定，当距离小于10m时接相线-地线（L-G）。当距离大于10m，而配电柜前N线又未作重复接地时，则接相线-PE线及N线-PE线。

（2）信息系统的SPD4、5

石油库的信息系统供电电源，一般由油库的总配电柜取得电源。经不间断供电电源UPS后给信息系统设备供电，因此SPD接线图见图6：

7

来自总配电柜 旁路开关 UPS SPD4 SPD5 电子系统配电柜 现场设备 图 (6) 说明：

A、总配电柜与电子系统配电柜一般放在一个建筑物内，两者有一墙之隔，供电电压多为220VAC低压。SPD4、SPD5接线为相线-中性线（L-N）及中性线-地线（N-G） B、当电子系统设备供电为直流时，SPD4、SPD5为相应的直流用SPD

C、电子系统配线宜采用铠装屏蔽电缆直埋敷设，电缆金属外皮两端及进入建筑物处应接地，当电缆采用鎧装屏蔽电缆或电缆桥架敷设时，钢管或桥架两端及进入建筑物处应接地，且桥架全长保持电气连续（导通）。

D、当现场电子系统设备为本安型（易燃油品）设备时（ia、ib），SPD5可用安全栅代替。也可要求现场设备自带SPD。当现场电子系统设备为防火型（可燃油品）时，（防护等级为IP、IP44），SPD可用防火型代替（但防护等级不能低于IP44）。E、SPD4、5当是在交流回路上用时，可选8/20μs标准放电电流In为5kA，3kA的SPD，保护水平Up≤1.5kV。

8

(3) 石油库内主要建构筑物接地平面图见图7。

系统架空电源线 油 库 电 SPD1 源 引 入 变电间 SPD2 SPD3 SPD4 泵房 装卸油栈桥 罐区 图 （7）

说明：

A．

每一建构筑物的接地装置都作成闭合环形，相邻接地环用两根－40×4的扁钢相互连接。

B．

主要生产作业区（罐区、装卸油作业区、油泵房、配电仪表间等）的

9

配电电缆应采用铜芯电缆埋地或电缆沟充沙敷设。

C．

易燃油品泵房，平均雷爆日大于40d/a地区的可燃油品泵房，应该装避雷带（网）防直击雷。

四、 结束语：

石油库的雷电与电涌防护，一定要执行 “石油库设计规范”的有关规定：如石油库的油罐应采用钢制油罐，储存甲类和乙A类油品的地上立式油罐，应选用浮顶油罐或内浮顶油罐，浮顶油罐应采用二次密封装置。特别是要遵守第14章第2节有关防雷的规定，采取接闪、分流、接地、均压（等电位连接）、电磁封锁、合理布线、安装电涌保护器（SPD）等系统防护措施，才能减少或消除石油库的雷电事故，使石油库安全平稳的运行。 参考文献：

1.国标《建筑物防雷设计规范》GB50057—94（2000版） 2.国标《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156—2002版 3.国标《石油库设计规范》GB50074—2002版

4. 许颖：电缆段的雷电流的试验研究《防雷世界》2004.1 5.行标《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》QX3—2000 6.《雷电电磁脉冲的防护》IEC61312

7.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343－2004

10