一、引言
港口作为货物运输和存储的重要枢纽，其中的危险货物作业设施面临着雷电带来的潜在威胁。一旦遭受雷击，可能引发火灾、爆炸等严重事故，对人员生命安全、财产以及环境造成不可估量的损失。因此，制定一套科学、有效的防雷设计方案至关重要。
二、设计依据
- 相关标准
《建筑物防雷设计规范》（GB 50057 - [现行版本]）
《石油与石油设施雷电安全规范》（GB 15599 - [现行版本]）
《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB 50058 - [现行版本]）
《港口防雷与接地技术要求》（JT/T 700 - [现行版本]）
地理与环境数据：
港口所在地区的雷电活动规律，包括年平均雷暴日、雷电强度分布等，可通过当地气象部门获取。
港口的地形地貌、土壤电阻率等数据，需进行实地勘测或参考相关地质资料。
三、防雷分区
根据港口危险货物作业设施的特点和重要性，将其划分为不同的防雷区域：
LPZ0A 区：直接遭受雷击的区域，包括露天的装卸作业区、储罐区的罐顶等无防护直击雷措施的区域。
LPZ0B 区：虽然不会直接遭受雷击，但雷电电磁场强度未衰减的区域，如露天栈桥、管道等。
LPZ1 区：由于设置了防雷装置，雷电电磁场强度得到一定衰减的区域，如仓库内部、有防雷顶的装卸平台等。
LPZ2 及后续分区：经过进一步的屏蔽、滤波等措施，雷电电磁场强度和浪涌电流进一步衰减的区域，如控制室内的电子设备区域等，根据实际情况进行细分。
四、防雷措施
（一）直击雷防护
1.接闪器
在 LPZ0A 区的高大设施（如储罐、装卸塔等）顶部安装避雷针或避雷网。避雷针应采用热镀锌圆钢或钢管制成，针长不小于 1m，其直径根据高度和当地雷电强度确定，一般不小于 20mm。避雷网网格尺寸不大于 5m×5m 或 6m×4m（根据具体防雷类别），采用热镀锌扁钢，厚度不小于 4mm，截面积不小于 48mm²。
对于露天的易燃易爆气体或液体储存罐，应采用独立避雷针保护，且避雷针与罐体之间的水平距离不小于 3m，以防止雷击避雷针时产生的高电位反击到罐体上。
2.引下线
引下线应采用热镀锌扁钢或圆钢，其截面积不小于 50mm²（扁钢）或 50.24mm²（圆钢）。引下线沿建筑物或设施的外墙敷设，应尽量短直，避免弯曲和锐角，其间距根据防雷类别确定，一般不大于 18m（二类防雷）或 12m（一类防雷）。
引下线与接闪器和接地装置应采用可靠的焊接连接，焊接处应做好防腐处理，确保电气连接的连续性和稳定性。
3.接地装置
接地装置采用人工接地极与自然接地极相结合的方式。人工接地极可采用热镀锌角钢（边长不小于 50mm，厚度不小于 4mm）或钢管（直径不小于 50mm，壁厚不小于 3.5mm），垂直打入地下，长度不小于 2.5m，间距不小于 5m。接地极之间用热镀锌扁钢连接，形成接地网，接地网的接地电阻应不大于 10Ω（对于一般的危险货物作业设施），对于有特殊要求的场所（如储存大量易燃易爆物质的区域），接地电阻应不大于 4Ω。
自然接地极可利用建筑物的基础钢筋、金属管道等，但要确保其电气连接的可靠性，并对其进行接地电阻测量，如不能满足要求，应补充人工接地极。
（二）感应雷防护
1.电磁屏蔽
对于 LPZ1 及后续分区内的控制机房、配电室等重要电子设备场所，建筑物的金属门窗、屋顶、墙面等应进行良好的电气连接，形成法拉第笼式的屏蔽结构，以减弱雷电电磁场的侵入。
电缆沟、线槽等应采用金属材质，并进行接地处理，电缆在进出建筑物或不同防雷分区时，应穿金属管敷设，并将金属管两端与接地装置可靠连接，以屏蔽电缆线芯免受雷电感应电磁场的影响。
2.等电位连接
在 LPZ1 及后续分区内，将所有金属物体（如设备外壳、管道、线槽、电缆桥架等）用等电位连接带连接在一起，并与接地装置可靠连接，形成等电位连接网络，以消除不同金属物体之间的电位差，防止雷电感应产生的火花放电引发危险。
对于电子设备的信号线路和电源线路，应在其进入设备前安装 SPD（电涌保护器），并将 SPD 的接地端与等电位连接带连接，实现对线路上感应雷过电压的防护。
（三）电涌保护器（SPD）的选择与安装
1.电源 SPD
根据被保护设备的耐压水平和雷电防护等级，选择合适的电源 SPD。一般在低压配电室的总配电柜处安装一级 SPD，其标称放电电流不小于 12.5kA（8/20μs），电压保护水平不大于 2.5kV；在分配电箱处安装二级 SPD，标称放电电流不小于 5kA（8/20μs），电压保护水平不大于 1.5kV；在设备前端安装三级 SPD，标称放电电流不小于 3kA（8/20μs），电压保护水平根据设备要求确定，但一般不大于 1kV。
SPD 应采用凯文接线方式连接，即 SPD 的接地端应单独与接地装置连接，避免与其他设备的接地线共用，以减小接地回路的电感，提高 SPD 的保护效果。
2.信号 SPD
对于港口作业设施中的通信线路、控制信号线路等，应根据线路的类型和传输速率选择相应的信号 SPD。信号 SPD 的插入损耗、回波损耗等参数应满足线路传输的要求，其标称放电电流和电压保护水平应根据线路的耐压水平和雷电防护等级确定。
信号 SPD 应安装在信号线路的入口处，尽量靠近被保护设备，其接地端应与等电位连接带连接，确保良好的接地。
五、防雷检测与维护
1.检测计划
在防雷设施安装完成后，应进行首次检测，检测内容包括接闪器、引下线、接地装置的电气连接性、接地电阻值、SPD 的性能参数等，确保防雷设施符合设计要求。
定期检测，一般每年至少进行一次全面检测，在雷雨季节前应对防雷设施进行重点检查和维护，包括检查接闪器是否有损坏、引下线是否有松动或腐蚀、接地装置的接地电阻是否有变化、SPD 是否正常工作等。
2.维护措施
对于检测中发现的问题，如接闪器的损坏、引下线的腐蚀、接地电阻的升高、SPD 的失效等，应及时进行修复或更换。
对接地装置周围的土壤进行定期检查和维护，确保土壤的湿度和导电性符合要求，如有必要，可对接地极进行防腐处理或补充降阻剂。
建立防雷设施的维护档案，记录每次检测和维护的情况，包括检测时间、检测人员、发现的问题、采取的措施等，以便对防雷设施的运行状况进行长期跟踪和管理。
六、人员培训与应急响应
1.人员培训
对港口危险货物作业人员进行防雷知识培训，包括雷电的危害、防雷设施的作用和使用方法、雷电天气下的安全操作规程等，提高作业人员的防雷意识和自我保护能力。
对负责防雷设施维护和检测的人员进行专业培训，使其掌握防雷检测技术、SPD 的性能测试方法、接地电阻的测量方法等，确保防雷设施的维护和检测工作能够正确、有效地进行。
2.应急响应
制定雷电灾害应急预案，明确在雷电天气下发生雷击事故时的应急处置流程，包括报警、人员疏散、火灾扑救、事故调查等环节，确保在最短时间内采取有效的应急措施，减少事故损失。
定期组织雷电灾害应急演练，检验应急预案的可行性和有效性，提高各部门和人员在应急情况下的协同配合能力和应急处置能力。
七、结论
通过以上防雷设计方案的实施，包括直击雷防护、感应雷防护、SPD 的合理配置、定期检测与维护以及人员培训和应急响应等措施，可以有效地提高港口危险货物作业设施的防雷能力，降低雷电灾害带来的风险，保障港口的安全运营和人员生命财产安全。在方案实施过程中，应严格按照相关标准和规范进行设计、施工和检测，确保防雷设施的质量和性能可靠。同时，应不断关注防雷技术的发展，及时对防雷方案进行优化和改进，以适应不断变化的雷电环境和港口作业需求。