電涌保護器的選擇 - 一種加油站系統(tǒng)防雷設(shè)計方案

　　a)動作電壓的選擇

　　變壓器低壓側(cè)的電涌保護器其三相電壓為動作電壓;U0 = 400V

　　b)電涌保護器的通信容量選擇

　　首級電涌保護器標稱放電電流的選擇

　　GB 50057-94(2000版)和IEC 61312指出：二類保護要求,應(yīng)按總雷電流150KA(10×350μS波)來考慮電涌保護器選擇，按照其建議的雷電流分配方式其中50%即75KA是通過接地系統(tǒng)(水管、鎧裝電纜外皮或?qū)Ь€的我屬保護管等)直接入地;另外50%通過安裝在相線和中線上的電涌保護器入地。

　　依據(jù)以上標準考慮到50%雷電流分配到電源系統(tǒng)的最惡劣環(huán)境，按照GB 50057-94(2000版)標準表6.1提供的雷電流參數(shù)電涌保護器每相上的雷電流約為：

　　當線路無屏蔽時，Iimp =[150 KA×50%]÷4 =18.75KA

　　當線路有屏蔽時，Iimp =[150 KA×50%×30%]÷4 =5.625KA

　　對于本系統(tǒng)電源線路的特點，按《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章：第四節(jié)：第6.4.7條要求每線標稱放電電流不宜小于15KA的要求。首級電涌保護器的每相標稱放電電流應(yīng)大于15KA(10/350μS)。

　　次級電涌保護器標稱放電電流的選擇

　　依據(jù)國標GB 50057-94第6.4.8條：在前級按第6.4.7條要求安裝的10/350μs SPD 所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓以及反射波效應(yīng)不足以保護距其較遠處的被保護設(shè)備的情況下，尚應(yīng)在被保護設(shè)備處裝設(shè) SPD。且該 SPD 的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓小于被保護設(shè)備耐壓水平的 80%。根據(jù)被保護設(shè)備的特性(如高電阻型、電容型)或開路時，反射波效應(yīng)最大可將侵入的電涌電壓加倍。

　　依據(jù)國標GB 50057-94第6.4.9條：當按第6.4.7條和第6.4.8條要求安裝的 SPD 之間設(shè)有配電盤時，若第一級 SPD 的電壓保護水平加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護不了該配電盤內(nèi)的設(shè)備，應(yīng)在該盤內(nèi)安裝第二級SPD。后級線路的SPD稱放電電流 In的選擇應(yīng)考慮到前級SPD啟動后線路殘壓和其兩端引線的感應(yīng)電壓以及反射波效應(yīng)。

　對于本系統(tǒng)采用的非屏蔽電纜線路，次級電涌保護器的每相標稱放電電流應(yīng)大于20KA(8/20μS)。精密設(shè)備保護需選用防雷插座，其體積小，可以與設(shè)備靠得很近。

　　3)加油站電源系統(tǒng)設(shè)計方案

　　根據(jù)IEC 61312《雷電電磁脈沖的防護》、GB 50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》、GB 50074-2002《石油庫設(shè)計規(guī)范》及GB 50058-92《爆炸和火災危險環(huán)境電力設(shè)計規(guī)范》中防雷及過電壓規(guī)范有關(guān)防雷分區(qū)的劃分和各級電源系統(tǒng)雷電及過電壓保護要求，針對汽車加油站配電系統(tǒng)的特點，可將其分為三個防雷區(qū)分別加以考慮。由于如前所述單級防雷可能會帶來因雷電流過大而導致的泄流后殘壓過大或者保護能力不足引起的設(shè)備損壞。因此選用電源系統(tǒng)多級保護，可防范從直擊雷到操作浪涌的各級過電壓的侵襲。

　　A.電源一級防雷[LPZOA-LPZ1區(qū)]：

　　依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章：防雷電電磁脈沖;第三節(jié) 屏蔽、接地和等電位連接的要求：第6.3.4條及第四節(jié) 對電涌保護器和其他的要求：第6.4.7條規(guī)定，在LPZOA或LPZ0B區(qū)與LPZ1區(qū)交界處，從室外引來的線路上安裝SPD當線路有屏蔽時，每個SPD的雷電流按雷電流的幅值的30%考慮，汽車加油站為二類防雷建筑物，首次雷電流幅值為150KA，電源線路為非屏蔽埋地的TN配電模式，因此首次直擊雷在低壓配電線路上每線的分配電流為：在建筑物已安裝合格的防直擊雷措施后，有50%的雷電流通過引下線流入接地裝置，因此每線分配電流為：In =[150 KA×50%]÷4 =18.75KA，按《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章：第四節(jié)：第6.4.7條要求每線標稱放電電流不宜小于15KA。同時，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章：第四節(jié) 第6.4.4條及IE C61312《雷電電磁脈沖的防護》第三部分：浪涌保護器的要求，浪涌保護器可以將數(shù)萬伏的感應(yīng)雷擊過電壓限制到4KV以下。

　　綜上所述,應(yīng)在380V低壓總配電箱安裝標稱通流容量25KA的10/350μs波形的開關(guān)型模塊式電源電涌保護器,用于整個加油站所有用電設(shè)備的第一級電源防護。筆者推薦使用采用多層石墨間隙技術(shù)和特殊的材料工藝的10/350μs波形的開關(guān)型模塊式電源電涌保護器，此類SPD較火花間隙型SPD的優(yōu)點在于: 1)它的雷電能量瀉放能力較強;2)它的脈沖響應(yīng)時間較火花間隙型SPD短;3)它的脈沖點火電壓較火花間隙型SPD低，保護水平小于2000V，而火花間隙型SPD的保護水平等級通常為4000V;4)多層石墨間隙型SPD無工頻續(xù)流，避免了火花間隙型SPD的續(xù)流和滅弧問題，工作狀態(tài)更穩(wěn)定。

　　B.電源二級防雷[LPZ1-LPZ2區(qū)]：

　　根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第六章：防雷擊電磁脈沖;第四節(jié)，第6.4.1至6.4.12條LPZ1區(qū)對電涌保護器(SPD)的要求及GB 50054-95《低壓配電設(shè)計規(guī)范》第四章的有關(guān)規(guī)定，依據(jù)雷電分流理論，需使用8/20μs波形，通流容量20KA?！督ㄖ锓览自O(shè)計規(guī)范》第六章對于配電盤、斷路器、固定安裝的電機等第Ⅲ類耐沖擊過壓，其耐壓為4KV。為防止浪涌保護器遭受雷擊后損壞后，電源對地短路，需要在浪涌保護器前安裝空氣開關(guān)作為短路保護裝置。

　　可在潛油泵控制線、潛油泵加油機、稅控加油機或一般加油機電源配電箱和營業(yè)大廳電源配電箱內(nèi)分別安裝具有防火功能的8/20μs波形通流容量20KA的電源防雷箱，電源線選用耐油性能良好的帶塑料護套的RVV型4×2.5mm2絕緣線引入。

　　C.電源三級防雷[LPZ2-LPZ3區(qū)]：

　　根據(jù)IEC 61312-3雷電電磁脈沖的防護 第三部分：浪涌保護器的要求，在LPZ2-LPZ3區(qū)內(nèi)，浪涌保護器可將浪涌電壓限制到一千多伏，防雷器通流容量為(8/20μs)：≥10KA?？稍跔I業(yè)大廳計算機管理設(shè)備、UPS電源、票據(jù)打印設(shè)備、加油機數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及其它精密設(shè)備的電源開關(guān)處使用插座式電源防雷器。

　　5.信號系統(tǒng)保護方案

　　在雷擊發(fā)生時，產(chǎn)生巨大瞬變電磁場，在1KM范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)、信號及通訊金屬連線等都會感應(yīng)到雷擊，將會影響網(wǎng)絡(luò)、信號及通訊系統(tǒng)的正常運行甚至徹底破壞系統(tǒng)。對于網(wǎng)絡(luò)、信號及通訊方面的防雷工作是較易被忽視的，往往是當系統(tǒng)受到巨大破壞、資料損失慘重時才想到應(yīng)該做預先的防范。本方案中網(wǎng)絡(luò)、信號設(shè)備防護方面，依據(jù)GB 50174-93《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》、YD/T5098 《通信局(站)雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范》、GB 2887-89《計算機場地安全要求》中信號系統(tǒng)雷電及過電壓防護要求，應(yīng)在從營業(yè)廳液位儀檢測儀引出的液位儀控制線上安裝額定負載電流1～1.5A的大功率特殊信號電涌保護器，用于液位儀檢測儀信號線路的保護。應(yīng)在從營業(yè)廳加油機總控制線上安裝精密的控制信號電涌保護器，用于加油機總控制線路的保護。應(yīng)在PSTN撥號網(wǎng)絡(luò)通訊線MODEN前和電話通訊系統(tǒng)進線端分別安裝電話線路通信線電涌保護器，用于各設(shè)備網(wǎng)卡及電話通信線路的防雷保護。

　　6.結(jié)束語

　　汽車加油站配電電源系統(tǒng)宜將其分為三個防雷區(qū)分別加以考慮，首級保護宜采用標稱放電電流值25KA的10/350μs波形的多層石墨間隙開關(guān)型模塊式電源電涌保護器。液位儀控制線、加油機總控制線、PSTN撥號網(wǎng)絡(luò)通訊線等也應(yīng)采用相應(yīng)的電涌保護器進行保護。