盧志紅， 郭小明， 侯學(xué)源

(河源市氣象局，廣東河源　517000)

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紫金縣蘇區(qū)鎮(zhèn)“4·29”雷擊事故分析及防御對策

盧志紅， 郭小明， 侯學(xué)源

(河源市氣象局，廣東河源517000)

摘要：根據(jù)2015年4月29日21：00發(fā)生在河源市紫金縣蘇區(qū)鎮(zhèn)的一次雷擊事故，運用天氣雷達(dá)資料、閃電監(jiān)測定位記錄統(tǒng)計資料，結(jié)合雷擊事故現(xiàn)場的破壞狀況、地理環(huán)境、設(shè)施狀況，逐一進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該次雷擊事故是建筑物沒有安裝必要的防雷設(shè)施，而建筑物天面的雷電導(dǎo)體——金屬水箱直接遭受雷擊引起的雷電破壞；同時，本著“科學(xué)指導(dǎo)，防重于治”的原則，對該建筑物乃至農(nóng)村樓房就直擊雷防護(hù)和雷電電磁脈沖(LEMP)防護(hù)等方面提出整改意見。

關(guān)鍵詞：雷電防御； 雷擊事故； 紫金縣蘇區(qū)鎮(zhèn)

雷災(zāi)是我國南方地區(qū)夏季頻繁發(fā)生的自然災(zāi)害之一。改革開放以來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子設(shè)備在生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用，相應(yīng)引發(fā)雷電災(zāi)害的可能性也在不斷增大，所造成的經(jīng)濟(jì)損失和人畜傷亡也相應(yīng)遞增。以河源市為例，根據(jù)市防雷中心不完全統(tǒng)計，2009—2014年5年間，全市共發(fā)生雷災(zāi)202宗，造成人員傷亡9人，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)656萬元，間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 800萬元。由于地域不同，形成雷暴的氣侯特征存在差異[1]，很有必要對不同環(huán)境下出現(xiàn)的雷災(zāi)事故在個例上進(jìn)行雷擊的特征分析，并為地方政府在防雷減災(zāi)方面提供參考。

2015年4—5月，河源市多次出現(xiàn)大范圍的雷暴天氣，且持續(xù)時間較長。2015年4月29日晚，河源紫金縣蘇區(qū)鎮(zhèn)出現(xiàn)雷雨天氣，一棟居民樓房受到雷擊。據(jù)樓房主人描述，約21：15(北京時，下同)，只聽到一聲雷響，整棟建筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈振動。雷電過后，樓房墻體、樓板出現(xiàn)裂洞，多處電線線路被燒斷，留下黑色燒焦痕跡，室外三相四線低壓線路斷裂掉落，室內(nèi)家用電器線路及全部電器均因雷擊造成損壞，幸好無人員傷亡。針對這次雷災(zāi)事故，本研究結(jié)合天氣雷達(dá)資料和閃電監(jiān)測定位系統(tǒng)資料，利用雷電學(xué)原理對事故進(jìn)行系統(tǒng)分析[2]。

1雷災(zāi)現(xiàn)場概況

根據(jù)河源市氣象局雷災(zāi)現(xiàn)場調(diào)查資料，遭受雷擊的建筑物為一棟2層半高約8.5 m的鋼筋水泥居民樓，未安裝防雷設(shè)備，樓房北側(cè)為一棟相同高度的居民樓，東、南側(cè)為農(nóng)田，西側(cè)為空地，建筑物天面裝設(shè)了一個3 m高的金屬水箱。三相四線低壓線路裝設(shè)在建筑物墻角，并由此引出入戶電源線。事故發(fā)生后，原先引入室內(nèi)的電源線已掉落，固定三相四線的金屬支架有燒焦變形痕跡，引入另外一棟建筑物的電源線也被燒斷，同時電表已燒壞。建筑物1樓樓頂一處石膏塊開裂，2、3樓樓頂各出現(xiàn)一個裂洞，直徑最大為20 cm。建筑物窗戶玻璃大部分爆裂，室內(nèi)電器全部損壞，墻面、電源線路有燒焦痕跡。樓頂金屬水箱頂部有兩個被高溫?zé)┑男《?，直徑最大約1 cm，水箱控制線已斷開，線路經(jīng)過處有明顯燒焦痕跡。

2氣象資料分析

根據(jù)河源雷達(dá)站天氣雷達(dá)圖(圖1)分析發(fā)現(xiàn)，2015年4月29日晚，雷災(zāi)發(fā)生期間，在1.5°仰角的高度上有一個強(qiáng)回波云團(tuán)移經(jīng)雷擊事故發(fā)生地點附近，移動速度較快。在基本反射率圖中，21：18—21：36(圖1a、1b)有回波云團(tuán)在移動中不斷合并加強(qiáng)為一個強(qiáng)雷暴單體，并趨向事故發(fā)生地附近；21：36左右，雷暴云團(tuán)的最大回波強(qiáng)度達(dá)到50 dBz，21：42—21：48(圖1c)進(jìn)一步加強(qiáng)到60 dBz。在這種雷暴環(huán)境下，很容易形成閃電，產(chǎn)生雷擊[3-4]。

圖1　13：18(a)、13：36(b)和13：42(c)河源雷達(dá)基本反射率(單位：dBz)

3閃電監(jiān)測定位記錄統(tǒng)計分析

根據(jù)閃電監(jiān)測記錄，當(dāng)?shù)赜虚W電發(fā)生記錄資料，當(dāng)日閃電統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。雷暴是強(qiáng)對流生成的，帶來光、雷(次聲)、強(qiáng)電場和強(qiáng)電流，并以強(qiáng)電流、強(qiáng)電場的方式造成各種損失。它的水平尺度變化范圍從幾千米到幾百千米，垂直厚度大多在10 km以上，閃電率每分鐘可達(dá)十多次，生成的雷電流可達(dá)幾十千安，具有較強(qiáng)的脈沖性。由表1閃電監(jiān)測記錄可以看到，紫金縣當(dāng)天發(fā)生的閃電次數(shù)達(dá)到129次，極易在雷雨云通過的地方對地面上的突出金屬物產(chǎn)生雷擊，造成巨大的破壞[6-7]。

表1　2015年4月29日河源地區(qū)地閃統(tǒng)計數(shù)據(jù)

4雷電破壞通道分析

由上述現(xiàn)場調(diào)查資料、氣象雷達(dá)圖、閃電定位記錄統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可以確定這是一次因雷擊造成的災(zāi)害事故。在分析雷災(zāi)成因時，正確找出雷電破壞通道是主要技術(shù)工作。由圖2a看到，金屬水箱頂上向下凹陷，并有兩個洞，水箱底部沒有穿洞，這說明其受到由上往下的強(qiáng)雷電流沖擊，而不是由室內(nèi)控制線傳來由下往上的強(qiáng)電流擊穿破壞的。由圖2b可以看出，金屬支架由墻內(nèi)向外燒焦變形凸起，墻體有一個深洞，據(jù)此分析是由屋內(nèi)向外的強(qiáng)電流沖擊，而不是由三相四線從外往里的強(qiáng)電流沖擊而造成的。通過對上述受擊部位雷擊痕跡形成的分析，可知這次雷擊破壞是由天面金屬水箱受直接雷擊而造成的。

圖2　雷擊案例

5成因分析

5.1雷擊地形

受擊建筑物四周為空地和農(nóng)田，地勢周邊相對較高，樓頂水箱成為突出金屬物體。當(dāng)雷雨云與大地之間的電場達(dá)到一定的強(qiáng)度后，地面上的突出金屬物極容易與雷雨云之間形成放電通道，造成對金屬物的一次或多次放電。在雷擊過程中，建筑物天面3 m高的金屬水箱充當(dāng)了引雷的介質(zhì)。

5.2建筑物雷電防護(hù)

現(xiàn)場看到，建筑物沒有任何防雷設(shè)施，無法從天面到地基形成良好的電氣貫通。天面金屬水箱沒有防直擊雷措施和等電位連接措施。當(dāng)雷電直接擊中建筑物天面金屬水箱時，強(qiáng)雷電流因沒有阻抗小的電氣通道來泄流，從而導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生。強(qiáng)雷電流直接擊中金屬水箱以致穿洞并凹陷，產(chǎn)生的熱效應(yīng)使水箱低座支架融化變形，短時間內(nèi)樓面板筋間形成多次高壓反擊，擊穿樓板成洞。同時，一部分雷電流通過水箱控制線路燒壞電器設(shè)備，一部分通過金屬板筋流向屋外造成金屬架融化變形和燒壞兩棟房子的入戶電源線、電表。同時，在雷擊發(fā)生的瞬間，空氣急劇膨脹，沖擊波震碎了樓房的玻璃窗戶。很明顯，這次蘇區(qū)鎮(zhèn)雷擊損失嚴(yán)重，是由于建筑物沒有安裝防雷設(shè)備，天面金屬水箱引來雷擊后，強(qiáng)雷電流不能迅速泄流而造成嚴(yán)重破壞。

6事故的反思

6.1雷電防護(hù)整改對策

根據(jù)被雷擊樓房所處的地理環(huán)境和設(shè)施配置狀況，樓房應(yīng)按第3類防雷建筑物的要求安裝雷電防護(hù)設(shè)備。

1)直擊雷防護(hù)：(1)防直擊雷措施。在建筑物2、3樓天面加建女兒墻，在女兒墻上敷設(shè)接閃帶，接閃帶的材料規(guī)格、支持架的間距、拐角的處理應(yīng)符合國家規(guī)范的要求；3樓天面接閃帶應(yīng)在靠建筑物后側(cè)兩邊設(shè)兩根引下線與二樓天面接閃帶連接形成電氣通路；3樓天面增設(shè)一支接閃桿保護(hù)金屬水箱，接閃桿的高度應(yīng)能滿足金屬水箱處于LPZ0B區(qū)的要求，接閃桿、金屬水箱與接閃帶做好等電位連接；從2樓天面接閃帶處引下4根引下線，建筑物左右側(cè)各設(shè)一根，后側(cè)設(shè)兩根，引下線在距地面2.7 m以下部位做好接觸保護(hù)措施；人工接地裝置沿建筑物3面距離墻體1 m處敷設(shè)，并與引下線牢固連接；引下線、接地體的材料規(guī)格應(yīng)符合規(guī)范的要求。整個直擊雷防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)做好防銹蝕措施。(2)戶外強(qiáng)電、弱電線路應(yīng)有防直擊雷設(shè)施進(jìn)行保護(hù)。

2)雷電電磁脈沖(LEMP)防護(hù)：(1)電源入戶處安裝1級規(guī)格為Ⅰ級試驗產(chǎn)品的電源電涌保護(hù)器(SPD)，并于用電設(shè)備前安裝II級試驗電源SPD。SPD的參數(shù)選擇和安裝工藝應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-2010的相關(guān)規(guī)定。(2)電源線、電話線、有線電視線、網(wǎng)絡(luò)線等應(yīng)按國家規(guī)范做好屏蔽和接地。(3)建筑物內(nèi)電源線、電話線、有線電視線、網(wǎng)絡(luò)線等要合理布線，電器設(shè)備應(yīng)進(jìn)行接地，并盡量遠(yuǎn)離引下線部位擺放。(4)室內(nèi)電氣設(shè)備和各種金屬物應(yīng)按國家規(guī)范要求做好等電位連接。

6.2防御建議

由于村民對雷電危害認(rèn)識不足，防雷意識淡薄，缺乏科學(xué)防雷知識，同時，大多數(shù)農(nóng)村民居都沒有采取防雷設(shè)施，或其防雷設(shè)施先天不足，達(dá)不到國家規(guī)范的要求，故建議相關(guān)單位采取措施，切實提高農(nóng)村雷電防御水平。

1)加大宣傳工作力度。一方面，組織專業(yè)人員下鄉(xiāng)對村民進(jìn)行防雷安全教育和防雷科普知識宣傳，提高村民的防雷意識。另一方面，在雷擊危險區(qū)域旁安裝明顯的警示牌，提醒村民做好雷電避險工作。

2)加大政府職能部門管理的力度。一是加強(qiáng)村鎮(zhèn)防雷安全的監(jiān)督和檢查[8-10]；二是強(qiáng)化農(nóng)村電網(wǎng)布線的管理，電力、通訊等部門在布線時應(yīng)采取符合國家規(guī)范要求的防雷措施；三是按國家規(guī)范要求做好農(nóng)村民居的防雷設(shè)施安裝管理工作。

3)加強(qiáng)防雷技術(shù)服務(wù)。相關(guān)技術(shù)部門要主動協(xié)助村民做好建筑物的防雷裝置設(shè)計和施工工作，給予技術(shù)上的指導(dǎo)，并做好防雷裝置定期檢測維護(hù)工作。

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收稿日期：2015-09-01

作者簡介：盧志紅(1980年生)，女，本科，主要從事防雷減災(zāi)工作。E-mail：79560973@qq.com

中圖分類號：P49

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1007-6190.2016.02.015

盧志紅， 郭小明， 侯學(xué)源.紫金縣蘇區(qū)鎮(zhèn)“4·29”雷擊事故分析及防御對策[J].廣東氣象，2016,38(2)：63-65.