李 軍，趙 波，鄭 川，易 丁

(1.貴州省防雷減災(zāi)中心，貴州 貴陽 550002;2.貴州省修文縣氣象局，貴州 修文 550200;3.貴州省氣象局職工教育培訓(xùn)中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

我國現(xiàn)有一系列建筑防雷技術(shù)規(guī)范，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定［1］，在城市所有三類以上的防雷建筑物都必須安裝防雷設(shè)施。防雷設(shè)施包括針、網(wǎng)、帶、接地體、引下線、屏蔽、等電位和SPD(避雷器)8個(gè)組成部分，所有的建筑在設(shè)計(jì)階段、施工階段、驗(yàn)收階段都必須經(jīng)過有關(guān)部門審查、驗(yàn)收，確保防雷技術(shù)措施落實(shí)到每一座建筑物，可以說城市里的防雷措施是比較完善的。而貴州省是一個(gè)雷電災(zāi)害頻繁的省份，年平均雷暴日數(shù)在40～80 d/a之間，年平均地閃密度10.4次屬于典型強(qiáng)雷暴地區(qū)。由于貴州典型的高原喀斯特地貌及山地氣候特點(diǎn)，造成貴州各地雷雨天氣云層低、云地閃電多于平原地區(qū)，發(fā)生雷擊災(zāi)害事故機(jī)率高于平原地區(qū)。據(jù)貴州省防雷辦不完全統(tǒng)計(jì)，自2000年以來因雷擊傷亡達(dá)527人，直接經(jīng)濟(jì)損失總計(jì)達(dá)3億多元人民幣。盡管我省開展防雷減災(zāi)工作十多年，但在一些偏遠(yuǎn)的郊區(qū)，人們的防雷意識(shí)仍還欠缺，對(duì)防雷減災(zāi)的重要性仍認(rèn)識(shí)不足，本文介紹的即是兩例典型案例分析及防護(hù)措施。

2 雷擊事故回放

2.1 雷擊事故1

2011年5月1日18時(shí)16分—21時(shí)57分，修文縣六廣鎮(zhèn)龍窩煤礦遭受雷擊，造成1臺(tái)傳真機(jī)、3臺(tái)電腦顯卡、1臺(tái)瓦斯監(jiān)控主機(jī)、3個(gè)路由器、3臺(tái)電視機(jī)和瓦絲監(jiān)控?cái)z像頭損壞。

2.2 雷擊事故2

2011年5月10日晚上00:00時(shí)左右，武警馬家橋部隊(duì)辦公樓遭受雷擊，造成辦公樓4根柱子被擊壞，辦公樓內(nèi)的所有電源線路包括開關(guān)、燈頭被擊壞。

3 事故分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)基本情況

修文縣六廣鎮(zhèn)龍窩煤礦建于六廣鎮(zhèn)山區(qū)里，2009年以來每年均有雷擊事故發(fā)生，煤礦區(qū)內(nèi)有一棟辦公樓、三棟宿舍樓、舊配電室兩間、新建配電房一棟、小型炸藥庫一個(gè)(圖1)。這些建筑物均有直擊雷防護(hù)措施，但無防雷電感應(yīng)及防雷電波入侵裝置，磅房和卷揚(yáng)機(jī)房沒有任何防雷裝置保護(hù)，各種線路雜亂交錯(cuò)。該煤礦四面環(huán)山，其中山上均為灌木林，礦井處于低洼處，地面較為潮濕，北面山上有高壓線環(huán)繞;煤礦的朝向是南北方向，所在區(qū)域?qū)儆诘V物質(zhì)豐富的酸性土壤，煤礦的電源線路是架空進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)的，只采取一級(jí)保護(hù)。

武警馬家橋部隊(duì)辦公樓長45 m，寬15 m，高9 m，四面均為灌木林，其中離辦公樓4 m處有一棵高于屋頂且樹徑為70 cm的梧桐樹，辦公樓柱內(nèi)結(jié)構(gòu)均為直徑φ18 mm鋼筋，但鋼筋未接地。辦公樓所在地里位置很潮濕，總電源線路離辦公樓約為20 m處，并且是架空引入辦公樓內(nèi)。該辦公樓建于解放前，國民黨統(tǒng)治時(shí)期，就曾有一位站在辦公樓旁的哨兵被雷擊身亡?，F(xiàn)辦公樓前面有1棵大梧桐樹，正在改造裝修階段，剛剛鋪設(shè)好電源線路，未安裝任何電涌保護(hù)器。

3.2 資料分析

3.2.1 雷達(dá)資料分析 分析TWR01B天氣雷達(dá)2011年5月1日17時(shí)47分49秒的回波圖以及2011年5月10日23時(shí)24分40秒的回波情況(圖略)?？芍讚羰鹿拾l(fā)生地當(dāng)時(shí)的雷達(dá)回波都較強(qiáng)，均在40～50 dBz之間，有利于雷暴過程的發(fā)生發(fā)展。

3.2.2 閃電定位資料 貴州省閃電定位網(wǎng)監(jiān)測(cè)資料顯示，2011年5月1日18時(shí)16分修文縣開始出現(xiàn)地閃，至21時(shí)57分結(jié)束，共監(jiān)測(cè)到事故發(fā)生地半徑2 km范圍內(nèi)共發(fā)生云地閃電24次，均為負(fù)地閃。最大雷電流強(qiáng)度:－46.21 kA，平均閃電強(qiáng)度:－24.95 kA。

2011年5月10日23時(shí)34分修文縣出現(xiàn)云地閃電至次日0時(shí)14分結(jié)束。共監(jiān)測(cè)到事故發(fā)生地半徑2 km范圍內(nèi)發(fā)生地閃26次，均為負(fù)地閃回?fù)簟Ｗ畲箝W電強(qiáng)度:－47.23 kA，平均閃電強(qiáng)度:－25.05 kA。

通過上述閃電定位資料可以看出，兩起雷擊事故發(fā)生時(shí)，事發(fā)地點(diǎn)閃電活動(dòng)較為頻繁。雖然雷電流強(qiáng)度都不是很高，均沒有超過50 kA，但由于直擊雷擊和線路雷電感應(yīng)耦合原因，使雷電過電壓進(jìn)入系統(tǒng)中，進(jìn)而造成設(shè)備的損壞。

3.2.3 歷史雷災(zāi)情況 修文縣位于26°51'N、106°29'E，地形特點(diǎn)是東高西低，四周群山綿延起伏，屬于亞熱帶區(qū)，雷電活動(dòng)比較頻繁。在這4個(gè)區(qū)域39 a就有18 a發(fā)生雷電災(zāi)害。

4 事故原因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，兩起事故的共同點(diǎn)就是沒有完善的防雷措施。龍窩煤礦，雖有直擊雷防護(hù)裝置，但無防雷電感應(yīng)及防雷電波入侵措施，這是該事故的主要原因;馬家橋部隊(duì)辦公樓建筑物無防直擊雷裝置，造成建筑物基礎(chǔ)部分損壞，加之未采取防雷電感應(yīng)及防雷電波入侵措施、地網(wǎng)接地電阻亦不合格，出現(xiàn)雷擊事故在所難免。

①雖然受損單位龍窩煤礦和馬家橋部隊(duì)辦公樓的技術(shù)人員聲稱配電是從變壓器引入，變壓器對(duì)高電位引入具有一定的抑制作用，但在這次事故中變壓器的低壓側(cè)到室內(nèi)的線路長達(dá)60 m，并以架空的方式引入。高聳的發(fā)射鐵塔使低壓側(cè)線路上因靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)原因而對(duì)后續(xù)設(shè)備端造成損壞的概率大大增加。而該單位在電源系統(tǒng)上并沒有安裝合適的電涌保護(hù)裝置。

②經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，龍窩煤礦的防直擊雷接地工頻接地電阻值4.2Ω，該值臨介于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)單位所有用電設(shè)備的零地電壓為9 V(一般情況之下，零地電壓值不能超過2 V)，交流工作地接地電阻值為8Ω，其值偏大，所以要建立良好的接地系統(tǒng)，盡量降低接地電阻。接地電阻一高，很小的電流就會(huì)產(chǎn)生比較高的零地電壓，所以一定要降低接地電阻值。

③架空線進(jìn)入室內(nèi)時(shí)未按GB50057－2010第4.3.6條的要求采取相應(yīng)的防雷電波侵入的措施，也未按照SDJ4－79《架空配電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》第58條規(guī)定(為防止雷電波沿低壓配電線路侵入建筑物，接護(hù)線上的絕緣子鐵腳直接接地，其接地電阻不宜＞30Ω)的要求將固定瓷瓶的鐵橫擔(dān)進(jìn)行有效接地，零線也未進(jìn)行重復(fù)接地。

5 雷電防護(hù)的主要措施

雷電防護(hù)的主要措施分為外部防雷和內(nèi)部防雷兩部分，其中外部防雷主要是防直擊雷，其措施有接閃器、引下線、接地裝置和外部屏蔽。內(nèi)部防雷主要是等電位連接、SPD設(shè)置、屏蔽和綜合布線(見圖3)。

圖3 雷電防護(hù)系統(tǒng)

5.1 外部防雷

每一類防雷建筑的接閃器、引下線和接地裝置都有不同的要求。通過對(duì)兩個(gè)案例的分析，龍窩煤礦直擊雷防護(hù)裝置不完善，馬家橋部隊(duì)辦公樓無防直擊雷裝置，尤其注意盡可能利用建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋和金屬構(gòu)件作為大網(wǎng)格屏蔽。而在設(shè)計(jì)接閃器保護(hù)范圍的計(jì)算時(shí)主要采用滾球法來算，注意計(jì)算方法，特別是對(duì)屋頂避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行。接地裝置的設(shè)置要考慮土壤電阻率，對(duì)高土壤電阻率環(huán)境，可采取降低土壤電阻率的方法或者采用環(huán)形地網(wǎng)，此時(shí)包圍面積達(dá)到要求即可不考慮接地電阻值。

5.2 內(nèi)部防雷

SPD的設(shè)置:內(nèi)部防雷措施主要是等電位連接、SPD設(shè)置、屏蔽和綜合布線，重點(diǎn)是SPD的設(shè)置。電源SPD的作用是當(dāng)電網(wǎng)由于雷擊出現(xiàn)瞬時(shí)脈沖電壓時(shí)，SPD在納秒內(nèi)導(dǎo)通，將脈沖電壓短路于地泄放，后又恢復(fù)為高阻狀態(tài)，從而不影響用戶設(shè)備的供電。電源SPD參數(shù)的選擇最好通過計(jì)算取得，參數(shù)選擇可參考各類標(biāo)準(zhǔn)。龍窩煤礦的電源線路SPD必須安裝在各個(gè)位置，最好分為三級(jí)以上保護(hù);馬家橋部隊(duì)辦公樓的電源系統(tǒng)應(yīng)采用兩級(jí)以上分級(jí)保護(hù)。SPD的連接導(dǎo)線應(yīng)短直，其總長度不宜＞0.5 m，連接導(dǎo)線的線直徑要根據(jù)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)要求選擇。有效保護(hù)水平UP/f(連接導(dǎo)線的感應(yīng)電壓降△U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SPD至限壓型SPD之間的電源線路長度＜10 m、限壓型SPD之間的線路長度＜5 m時(shí)，在兩級(jí)浪涌保護(hù)器之間加裝退耦裝置或者選擇復(fù)合型SPD。也就是說電源SPD應(yīng)有過電壓保護(hù)裝置和劣化顯示功能。

龍窩煤礦應(yīng)安裝信號(hào)SPD保護(hù)，信號(hào)SPD的設(shè)置:信號(hào)線路SPD應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式和特性阻抗等參數(shù)選擇插入損耗小，分布電容小和縱向平衡、近端串?dāng)_指標(biāo)適配的浪涌保護(hù)器。Uc應(yīng)大于線路上的最大工作電壓1.2倍。Up應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備的耐沖擊電壓額定值UW。

6 結(jié)論

現(xiàn)代防雷是個(gè)綜合性的技術(shù)，綜合布線是最容易被忽略的一點(diǎn)。很多工程人員在進(jìn)行施工時(shí)，往往不注意線路的敷設(shè)。各種線路的雜亂無序布設(shè)容易感應(yīng)和傳導(dǎo)雷電過電壓，也是造成弱電設(shè)備容易遭受雷擊的事故原因之一。由于雷電的巨大破壞力，從這兩次雷擊事故的調(diào)查和原因分析可知，當(dāng)今時(shí)代的防雷工作的重要性、迫切性，雷電的防御已從直擊雷防護(hù)到整個(gè)系統(tǒng)防護(hù)，必須站到歷史時(shí)代的新高度來認(rèn)識(shí)和研究現(xiàn)代防雷技術(shù)，科學(xué)的安裝防雷裝置，普及宣傳防雷知識(shí)，不斷加深對(duì)自然界的認(rèn)知，有所發(fā)現(xiàn)，有所發(fā)明，有所前進(jìn)，使人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)更高的水平，提高人類對(duì)雷電災(zāi)害防御的綜合能力，把雷電災(zāi)害的損失降低到最低限度，期望有一天化雷電災(zāi)害為雷利，造福全人類。

［1］GB50057—2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2010.

［2］郭建興，史泉，王楊.長河化工廠雷擊事故調(diào)查及原因分析［J］.科協(xié)論壇，2011(03).

［3］黃仁升.欽州市某次雷擊事故成因分析及防御措施［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008(S1).

［4］李家寧.加油站雷擊事故調(diào)查分析［J］.科技資訊，2007(19).