韋世東,韋佩瓊,覃永烈

(1.廣西羅城仫佬族自治縣氣象局,廣西羅城546400;2.廣西宜州市氣象局,廣西宜州546300)

1 引言

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國“國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的10種自然災(zāi)害之一,每年給全球造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù),導(dǎo)致的火災(zāi)、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓的事故頻繁發(fā)生,但由于雷擊發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)以及雷擊強(qiáng)度具有隨機(jī)性,要對雷擊進(jìn)行有效的防護(hù)難度是非常大的,達(dá)到完全阻止和避免雷擊事故的發(fā)生是不可能的,所以雷電防護(hù)工程只能最大限度地減少雷擊造成的災(zāi)害及損失。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的高度發(fā)展[1],高速公路的建設(shè)以每年7%～8%的速度持續(xù)增長[2]。高速公路四通八達(dá)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的能力大大增強(qiáng),高速公路邊的加油站也隨之增多,由于加油站一般設(shè)在城區(qū)開闊地帶或郊區(qū)、山區(qū)、鄉(xiāng)村、高速公路等道路邊的開闊地帶,雷害風(fēng)險(xiǎn)的“暴露程度”很高,比較容易遭受雷擊,近年來雷電造成的災(zāi)害也呈逐年上升的趨勢[3]。由于加油站的防雷為被動防雷,而雷擊具有極大的偶然性,未做任何防雷的加油站可能數(shù)十年未遭雷擊,這使得加油站的防雷沒有得到相當(dāng)?shù)闹匾?。在我國雷電?zāi)害已成為當(dāng)前危害程度僅次于暴雨洪澇、氣象地質(zhì)災(zāi)害的第3大氣象災(zāi)害,因此加強(qiáng)雷電防護(hù)已成為我國現(xiàn)代化建設(shè)過程中一項(xiàng)十分必要和緊迫的任務(wù)。

2 羅城縣雷災(zāi)狀況分析

據(jù)羅城石油公司永安加油站工作人員反映,2007年7月15日12時(shí)左右,城區(qū)突發(fā)強(qiáng)雷暴天氣,當(dāng)時(shí)周圍雷聲特別大,加油站信息系統(tǒng)遭受雷擊。經(jīng)過現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),辦公室機(jī)房內(nèi)的 Modem、通訊控制器、稅控加油站總臺和兩臺加油機(jī)內(nèi)部的電子元件被雷電流擊穿損壞;2008年6月10日23時(shí)左右,晚上一聽到雷聲,工作人員立刻拉下電源總開關(guān)閘刀,馬上停止?fàn)I業(yè),為了安全起見,加油站內(nèi)所有工作人員躲到了辦公室內(nèi),在雷聲最大的一剎那,工作人員聽到通訊控制器和稅控加油站總臺有“喀咔”幾聲。次日經(jīng)現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn),又是辦公室內(nèi)的M odem、通訊控制器、稅控加油站總臺、電話機(jī)和1臺加油機(jī)分別被雷擊損壞;2011年5月1日晚8時(shí)50分左右,雷聲最強(qiáng)的時(shí)候,突然看到一道白光在加油區(qū)內(nèi),之后就不能加油了,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)通訊控制器、稅控加油站總臺、電話機(jī)、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、電腦鼠標(biāo)、集成器、加油機(jī)編碼器、短控設(shè)備和3臺加油機(jī)損壞。

羅城永安加油站位于市區(qū)的東北部,屬于郊區(qū)地帶,東面距離較遠(yuǎn)的多為2～3層的民用建筑和西南部為羅城縣職業(yè)高中,加油站為1層樓,面積不大,加油區(qū)建筑物長9m、寬7m、高6.5m,辦公區(qū)建筑物長15m、寬5m、高4.5m,建筑物為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu);加油站防雷接地體為人工接地體,地網(wǎng)埋深80cm,水平接地體采用40mm×4mm熱鍍扁鋼,垂直接地體采用∠50mm×50mm×5mm熱鍍角鋼,每支長2m,每隔4m打一支,防雷接地電阻3.5Ω。辦公室內(nèi)有服務(wù)器、電話機(jī)、UPS電源、計(jì)算機(jī),高速打印機(jī)、M odem、通訊控制器、稅控加油站總臺等電子設(shè)備,加油區(qū)內(nèi)安裝有3臺加油機(jī)。供電系統(tǒng)為380V,總配電房單獨(dú)設(shè)在辦公室的東邊,并配備了專門的配電柜,由于加油站改建多次,破壞了安全保護(hù)地,改建時(shí)機(jī)房增設(shè)了設(shè)備接地,配電柜未作重復(fù)接地。加油站的電源線和信號線均為架空進(jìn)入室內(nèi),2007年7月遭受雷擊后,該加油站增設(shè)了2組SPD,但是進(jìn)入機(jī)房的電話線還是沒有安裝信號避雷器,同時(shí)也沒有采取屏蔽措施。

3 羅城縣雷擊事故原因分析

3.1 線路敷設(shè)不規(guī)范

3.1.1 電源線路

加油站在改建時(shí)沒有在配電房作重復(fù)接地,違反了信息系統(tǒng)防雷規(guī)范中應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)的接地方式的規(guī)定,機(jī)房內(nèi)線路的安裝敷設(shè)方式比較亂,進(jìn)入配電柜的電源線、信號線混亂絞在一起。雖然遭受第1次雷擊后電源線上按規(guī)定安裝了2組避雷器,但是電源線過了2級SPD后,也沒有按規(guī)定穿金屬管埋地敷設(shè)到加油區(qū),只是穿PVC管沿外墻敷設(shè)進(jìn)入,在布置時(shí)沒注意避開屋頂防直擊雷的引下線,而是直接貼過防雷引下線敷設(shè)進(jìn)入辦公室,進(jìn)入到加油區(qū)。有雷擊時(shí),引下線會將雷電流泄放入地前,因感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓會通過線路進(jìn)入到加油站的信息系統(tǒng),造成電子設(shè)備損壞。輸入辦公室的電源線架空,未按規(guī)定套金屬管進(jìn)入配電箱,這是嚴(yán)重隱患,假如附近有雷電閃擊時(shí),架空電源線會因此感應(yīng)產(chǎn)生的雷電過電壓會有一部分電流通過電源線路入侵加油站信息系統(tǒng),同樣會導(dǎo)致電子設(shè)備和信息系統(tǒng)損壞,幸運(yùn)的是本次雷擊沒有雷電流從電源線進(jìn)入加油站。

3.1.2 信號線路

加油站電話線為架空引入,在加油站一端的電話線是綁在避雷帶上。架空電話線也會因雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓入侵加油站信息系統(tǒng),導(dǎo)致通信設(shè)備損壞。根據(jù)3次雷擊的事故進(jìn)行分析,雷電流是通過電話線進(jìn)入到M odem后,再進(jìn)到通訊控制器——稅控加油站總臺——加油機(jī)電腦主板——入地,這是3次遭受雷擊的主要原因。使得加油站的Modem、通訊控制器、稅控加油站總臺、電話機(jī)和兩臺加油機(jī)被雷擊損壞。

3.2 SPD安裝和選擇不規(guī)范

3.2.1 電源線路

由于加油站的防雷為被動防雷,而雷擊具有極大的偶然性,未做任何防雷措施的加油站可能數(shù)10年未遭雷擊,這使得加油站的防雷沒有得到相當(dāng)?shù)闹匾?所以加油站的供電系統(tǒng)在第一次遭受雷擊后才在入配電房和辦公室前安裝了2組的三相限壓型SPD,因電源進(jìn)線為架空敷設(shè)[4],該處實(shí)際上是LPZ0B與LPZ1交界,按規(guī)范應(yīng)該安裝開關(guān)型SPD或通流量大于80kA(8/20μs)的限壓型SPD,并在進(jìn)入辦公室安裝第二級SPD,該處實(shí)際上是LPZ1與LPZ2交界,以防范雷電波入侵。經(jīng)現(xiàn)場勘察,配電箱SPD安裝規(guī)范,第一級為限壓型,通流量為40kA;第二級為限壓型,通流量為20kA,目前工作狀態(tài)正常,據(jù)加油站各參數(shù)開展分析,安裝的2組SPD通流量太小,不足于防范架空線路所產(chǎn)生的雷電感應(yīng)過電壓、過電流,還可能會造成自身損壞。

3.2.2 信號線路

信號線進(jìn)入前沒有嚴(yán)格按照規(guī)定穿金屬管埋地進(jìn)入,信號線路也未按規(guī)定安裝信號SPD,應(yīng)在信號線路入口處安裝參數(shù)與通信線路相匹配的信號SPD。

3.3 等電位連接不規(guī)范

由于加油站的中心機(jī)房內(nèi)沒有設(shè)置等電位連接網(wǎng)絡(luò),一些設(shè)備接地串聯(lián)連接,一些設(shè)備干脆不接地,一旦本建筑遭受雷擊,易產(chǎn)生地電位反擊,造成一連串的電子設(shè)備損壞。金屬門窗沒采取等電位連接,據(jù)加油站工作人員還反映,每次附近有雷擊時(shí),防盜網(wǎng)上經(jīng)常看到火花。機(jī)房內(nèi)通訊控制器和稅控加油站總臺的機(jī)殼沒按規(guī)定進(jìn)行接地處理,據(jù)現(xiàn)場勘查還發(fā)現(xiàn),因設(shè)備外殼沒有安全接地措施,對地感應(yīng)電壓高達(dá)78V,一旦有雷電流入,這些設(shè)備必然遭受雷擊,同時(shí)也可能威脅到工作人員的人身安全。由于加油站辦公室內(nèi)的通訊控制器、稅控加油站總臺、UPS、電腦等設(shè)備的接地都是通過加油機(jī)電腦主板才入地,遭受3次雷擊時(shí),都是雷電流是通過電話線進(jìn)入到Modem,造成加油站的Modem、通訊控制器、稅控加油站總臺、電話機(jī)和兩臺加油機(jī)等一連竄的電子設(shè)備被雷擊損壞,這就是3次遭受雷擊的主要原因。

4 防雷整改分析

4.1 線路整改

4.1.1 電源線路

加油站應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)的接地方式是我國目前最理想的方式[5]。加油站是易燃易爆場所,在LPZ0A與LPZ0B交界,有條件有能力的最好做好線路的屏蔽措施,避免線路架空產(chǎn)生雷電干擾,在機(jī)房內(nèi)主配電柜應(yīng)作重復(fù)接地,嚴(yán)格按照規(guī)定采取等電位連接措施,將電源防護(hù)措施的接地與防雷接地共用接地裝置,目的是提高加油站總體的供電質(zhì)量,從而達(dá)到消除地電位反擊隱患。

目前羅城永安加油站的供電系統(tǒng)采用TN-C系統(tǒng),是不科學(xué)的,規(guī)范也是嚴(yán)格禁止的,應(yīng)該立即整改[6];應(yīng)把加油站的供電TN-C系統(tǒng)改為TNS系統(tǒng)。TN-S系統(tǒng)的N線重復(fù)接地后,產(chǎn)生了PE線。

架空的電源線,經(jīng)過機(jī)房后沿外墻敷設(shè)給加油區(qū)進(jìn)行供電,這部分電源線路應(yīng)該改在樓內(nèi)布置,如難以做到,要將外露電源線穿金屬管,并將金屬管可靠接地,才引入到加油區(qū),防止出現(xiàn)2次雷擊造成電子設(shè)備的損壞。

4.1.2 信號線路

加油站信號線為架空引入,是和電源線路平行敷設(shè),在加油站一端的信號線還綁在避雷帶上,然后才拉下引入到機(jī)房內(nèi),這是不允許的。加油站附近雷電活動比較頻繁,架空信號線會感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓存在安全隱患。如今是電子時(shí)代,以半導(dǎo)體等弱電元件為主的電子設(shè)備巳應(yīng)用到社會各個(gè)領(lǐng)域。由于弱電元件抗過電壓能力特差,近年來感應(yīng)雷災(zāi)害大量發(fā)生,造成損失越來越大,必須引起足夠重視。應(yīng)將外露信號線穿金屬管再引入,并將金屬管可靠接地。

4.2 SPD選擇和安裝

4.2.1 電源線路

根據(jù)雷電風(fēng)險(xiǎn)評估[7],機(jī)房電源應(yīng)當(dāng)至少采用兩級保護(hù),一般采用三級保護(hù),如果可能采用四級。本加油站有條件的應(yīng)安裝SPD應(yīng)按三級來保護(hù),在總開關(guān)處安裝三相電壓開關(guān)型SPD(選擇8/20μs,的80kA),作為一級防護(hù);在機(jī)房配電箱輸入端,安裝限壓型SPD(選擇 8/20μs,60kA),作為二級防護(hù);在機(jī)房設(shè)備前安裝限壓型SPD(選擇8/20μs,20kA),作為三級防護(hù)。如有困難最少應(yīng)考慮前二級防護(hù)措施。電源線路浪涌保護(hù)器在各個(gè)位置安裝時(shí),浪涌保護(hù)器的連接導(dǎo)線應(yīng)短直,其總長度不宜大于0.5m。有效保護(hù)水平UP/f(連接導(dǎo)線的感應(yīng)電壓降ΔU與SPD的UP之和)應(yīng)小于或等于設(shè)備耐沖擊電壓額定值Uw。當(dāng)電壓開關(guān)型浪涌保護(hù)器至限壓型浪涌保護(hù)器之間的線路長度小于10m、限壓型浪涌保護(hù)器之間的線路長度小于5m時(shí),在兩級浪涌保護(hù)器之間應(yīng)加裝退耦裝置。當(dāng)浪涌保護(hù)器具有能量自動配合功能時(shí),浪涌保護(hù)器之間的線路長度不受限制。浪涌保護(hù)器應(yīng)有過電流保護(hù)裝置和劣化顯示功能。

4.2.2 信號線路

在信號線的入口處[8],加油站服務(wù)主系統(tǒng)前,增裝一組SPD。如果信號線路改用光纜引入,信號線路就不需安裝信號SPD。信號線路入口處安裝的信號SPD參數(shù)應(yīng)與通信線路相匹配,同時(shí)將光纜的屏蔽層接地。

4.3 等電位連接處理

等電位連接,將所有的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬屏蔽層、SPD接地、直流工作地、安全保護(hù)地等共用接地裝置[9],從物理學(xué)講,就是把各種金屬物用粗的導(dǎo)線焊接起來,或把它們直接焊接起來,以保證等點(diǎn)位。加油站的中心機(jī)房應(yīng)增設(shè)等電位連接網(wǎng)[10],電氣和電子信息設(shè)備的金屬外殼和機(jī)柜、機(jī)架、金屬屏蔽線纜外層、直流工作地、安全保護(hù)地及各種SPD接地端,均應(yīng)以最短的距離與等電位連接網(wǎng)絡(luò)直接連接。羅城永安加油站的機(jī)房面積并不大,在機(jī)房內(nèi)應(yīng)增設(shè)這樣的等電位連接網(wǎng)[11],各設(shè)備采用S型結(jié)構(gòu)與等電位連接網(wǎng)直接連接。金屬門窗應(yīng)采用10mm2的銅芯線作等電位連接,機(jī)房內(nèi)通訊控制器和稅控加油站總臺等所有的金屬機(jī)殼也按規(guī)定采用6mm2的銅芯線作接地處理,保證與等電位接地網(wǎng)可靠連接。加油站內(nèi)的電氣設(shè)備除外殼及管線應(yīng)做好接地外,其工作接地、保護(hù)接地和系統(tǒng)接地應(yīng)與防雷接地共用接地裝置。以保證雷擊發(fā)生時(shí),電氣設(shè)備各工作點(diǎn)電位相同,從而減少過電壓對設(shè)備的損害。

5 結(jié)語

一個(gè)加油站在雷雨季節(jié)連續(xù)3次遭受雷擊的嚴(yán)重事故,有一定的偶然性,但也有一定的必然性,即加油站信息系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患。由于改擴(kuò)建工程普遍存在建設(shè)單位不夠重視,施工單位技術(shù)服務(wù)差,有關(guān)部門監(jiān)督管理也不到位等原因,布線不規(guī)范、等電位連接、SPD的選型及安裝不當(dāng)已成為改(擴(kuò))建加油站中雷電防護(hù)的通病。通過對永安加油站遭受3次雷擊事故這一典型例子加以分析,也足以證明防雷工程是一個(gè)系統(tǒng)工程,在進(jìn)行防雷工程設(shè)計(jì)與施工中不能簡單的停留在建(構(gòu))筑的屋頂安裝避雷帶、避雷針的防直擊雷、室內(nèi)做設(shè)備接地防感應(yīng)、電源和信號安裝SPD防雷電波侵入上,應(yīng)全方面考慮防雷的分類、設(shè)計(jì)時(shí)保護(hù)對象的要求、保護(hù)范圍、分流作用。同時(shí)采取直擊雷防護(hù)技術(shù)、等電位連接技術(shù)、屏蔽技術(shù)、綜合布線技術(shù)、共用接地技術(shù)及安裝適配的SPD等六項(xiàng)防雷技術(shù)措施的綜合防雷,才能建立全面完整的防雷系統(tǒng),才能有效地防范雷電災(zāi)害,確保各類加油站信息系統(tǒng)安全運(yùn)行,從而提高整體的雷電防護(hù)能力。

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