朱曦嶸 李舟鑫 何依遙 唐浩鵬

摘 要：2020年6月6日，貞豐縣一個民爆物資倉庫中視頻監(jiān)控交換機、紅外線探頭、開關電源以及監(jiān)控電源模塊等電子設備遭受雷擊而損壞。經現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，利用雷達資料和閃電定位等相關資料分析事故原因，發(fā)現(xiàn)此次雷災事故由雷電感應引起，并針對實際情況提出相關的防御措施。

關鍵詞：雷電災害;雷電感應;防御措施

中圖分類號：P429 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0133-03

Abstract： On June 6， 2020， a civil explosive material warehouse in Zhenfeng County found that the video monitoring switch， infrared probe， switching power supply and monitoring power supply module were damaged by lightning. After collecting data on site， the cause of the accident is analyzed by using radar data， lightning location data and other relevant data. The lightning disaster was caused by lightning induction， and defense measures were put forward according to the actual situation.

Keywords： lightning disasters;lightning induction;defensive measures

雷電是自然界中一種常見的放電現(xiàn)象。雷電的放電電壓高達500 kV，峰值電流幅度在100～300 kA，電流變化快，放電過程時間短，一次放電時間約為40 μs。雷電產生的雷電流、電磁輻射、沖擊波、高溫以及高電壓使其具有巨大的破壞力，常常給人們帶來巨大的經濟損失和人員傷亡。雷電災害被認為是影響人類社會發(fā)展的十大自然災害之一[1-3]。以貴州省黔西南州貞豐縣某民爆物資倉庫的一次雷災事故為例，分析遠距離雷擊事故的發(fā)生原因，并結合該民爆物資倉庫實際情況，給出防護措施。

1 雷電災害調查情況

1.1 基本情況

2020年6月8日，貴州省黔西南州貞豐縣某民爆物資倉庫負責人向當?shù)貧庀缶謭蟾妫伤圃馐芾诪?，請求氣象局進行災情調查和防災指導。當天黔西南州雷電災害調查技術人員對現(xiàn)場進行了勘察，并向當日值班人員了解情況。

1.2 問詢情況

據(jù)值班員介紹，2020年6月6日晚，當?shù)爻霈F(xiàn)雷雨天氣。6月6日21：29分左右，開始打雷降雨。22：40左右，值班人員聽見浪涌保護器發(fā)出“呲呲”的聲音，并聞到焦臭味，隨后見配電箱起火。雷雨天氣結束后，值班員檢查發(fā)現(xiàn)視頻監(jiān)控交換機、紅外線探頭、開關電源以及監(jiān)控電源模塊等設備損壞。

1.3 現(xiàn)場環(huán)境情況

該倉庫位于貞豐縣珉谷街道辦事處河堡村敞洋組，主要有2個炸藥倉庫、1個雷管庫、1個導爆索庫和1個倉庫值班室（監(jiān)控室）等建筑。其中，民爆物資倉庫安裝有接閃針作為直擊雷防護裝置，值班室建筑物安裝有接閃帶。倉庫值班室有一個簡易總配電箱。10 kV高壓線路經過電力變壓器后，將380 V電源接入值班室配電箱分配給各監(jiān)控設備。電源入戶端安裝兩級浪涌保護器作為防雷電波侵入裝置。值班室位于庫區(qū)外一定距離處。

炸藥庫和雷管庫為鋼筋混凝土屋面，其鋼筋須綁扎或焊接成閉合回路。屋面四周設接地體，接地體間相互連接形成閉合回路，接地電阻不大于4 Ω。建筑物內的門窗等金屬構架均接到防雷電感應的接地裝置上。

防靜電裝置布置在建筑物門口，且防靜電接地與防雷電感應接地裝置共用。電源線架空引至值班室，用于庫區(qū)照明和監(jiān)控系統(tǒng)供電。視頻監(jiān)控系統(tǒng)部分設備布設在值班室，部分在庫區(qū)內，監(jiān)控信號線架空引入值班室。倉庫內部為農業(yè)用地，地形基本平坦，自南向北形成緩坡。此外，倉庫內部的土層主要由雜土、中風化石灰?guī)r等構成。

2 氣象資料查詢情況

貞豐縣年平均雷暴日為72.9 d，月平均雷暴日超過6.0 d。雷電活動主要發(fā)生在4—8月。貞豐縣最大正閃強度、最大負閃強度以及平均地閃強度分別為243.61 kA、248.31 kA以及33.89 kA。貞豐縣88.79%以上的地閃發(fā)生在5—8月，主要活躍在當日16：00—次日凌晨07：00這個時段，占比達到91.1%。

2.1 雷達資料分析

根據(jù)圖1中的黔西南州雷達回波記錄，2020年6月6日21：29分至22：52分，貞豐縣境內出現(xiàn)雷雨天氣過程。當日多普勒氣象雷達監(jiān)測到的雷雨回波強度在35～45 dBZ，民爆物資倉庫處于這次雷雨天氣范圍內。21：29分至22：40分為此次雷暴過程的最強回波階段，回波強度高達45 dBZ。22：52分，雷暴云已基本移出貞豐區(qū)域。

2.2 閃電資料分析

根據(jù)貴州省閃電定位系統(tǒng)雷電監(jiān)測記錄，2020年6月6日21：34至22：13，貞豐縣物資供應公司民爆物資倉庫區(qū)域3 km范圍內共有7次閃電記錄。其中，負極性閃電5次，正極性閃電2次，閃電強度在8.9～45.3 kA。

3 原因分析

根據(jù)雷達回波和閃電系統(tǒng)資料，結合現(xiàn)場勘查情況，將民爆物資倉庫所在地的經緯坐標與2020年6月6日21：34至22：13 3 km范圍內發(fā)生的7次閃電位置坐標相比較。閃電定位系統(tǒng)顯示，只有6月6日21：31分的閃電發(fā)生位置與該民爆物資倉庫所在地的經緯度相符合。

由于雷電感應或地電位抬升，各種金屬線纜感應較高雷擊過電壓。當線纜上連接的設備和設施沒有浪涌保護或接地不良時，設備和設施將受到感應雷擊而損壞[4]。接閃雷電時，雷擊點的電位最高，可用式（1）計算雷擊點處的電位。

式中：[U0]為雷擊點的電位，kV;[ρ]為土壤電阻率，Ω·m;[I]為雷電流幅值，kA;[E0]為土壤臨界擊穿場強，kV/m。

土壤臨界擊穿場強目前沒有標準值，南非學者給出的經驗公式為[E0=241ρ0.215]。由于民爆物資倉庫區(qū)域的土壤電阻率較大，取[ρ]=2 000 Ω·m，因此土壤臨界擊穿場強取李良福先生提出的[E0]=500 kV/m參與計算。

由式（1）可知，民爆物資倉庫接閃22.16 kA的雷電流時，雷擊點電位可達1 878.47 kV。當雷云對地放電時，將在供電線纜的線路上感應出過電壓。感應過電壓[Ur]的計算公式為式（2）。

式中：[I]為雷電流幅值，kA;[h]為線路高度，m;[S]為雷擊點距感應物間的距離，m。

從式（2）可知，線路的感應雷過電壓與雷電流幅值成正比，與線纜懸掛的平均高度也成正比。導線懸掛越高，它對地的電容越小，感應電荷產生的電壓就越高。此外，感應過電壓與雷擊點到線路的距離成反比，即距離越大，過電壓越小。

當雷云在距民爆物資倉庫低壓供電線路電桿3 km處放電時，雷電流為22.16 kA，將對相對高度9 m的配電線路產生感應過電壓。感應過電壓[Ur]=25×22.16×9÷3 000=1.62 kV，是使設備損壞的直接原因。結合現(xiàn)場勘察情況，接口耐沖擊過電壓水平小于1.5 kV的設備將受到威脅。設備的耐沖擊電壓額定值見表1。

結合起火時間和現(xiàn)場情況來看，本次民爆物資倉庫所遭受的雷擊應該是遠距離雷電波沿輸電線路侵入所致。從時間節(jié)點上分析，22：40分配電箱起火，此時該民爆物資倉庫3 km范圍內沒有雷擊發(fā)生。另外，本次損壞的設備均為電子設備，可以推測貞豐縣物資供應公司民爆物資倉庫發(fā)生的雷擊事故為雷電感應。在這次雷擊過程中，浪涌保護器導通后不能自動恢復到高阻態(tài)，而是處于齊納擊穿狀態(tài)。長時間放電工作使得配電箱內開關過流起火，是值班員聽到異常聲音并聞到焦臭味的原因。

4 防護措施

①防雷接地和電氣保護接地應共用接地裝置，應采取增加接地極或降阻措施使得接地電阻不大于4 Ω[5]。

②電涌保護安裝應考慮能量級間的配合問題。電涌保護器并非裝得越多越好，還應注意兩級保護器之間的距離要求。除了做好直擊雷防護措施外，在雷電活動相對密集的區(qū)域還應盡可能切斷線路與室內設備之間的聯(lián)系。根據(jù)現(xiàn)場情況勘察和分析，按規(guī)范要求，配電箱應裝設一級通流量不小于60 kA（8/20 μs）的限壓型智能配電系統(tǒng)。更換值班室浪涌保護器，建議選用Ⅰ類實驗產品。

③所有進出建筑物的金屬管道和設備均應在入戶處做好等電位聯(lián)結和接地措施。進入值班室的照明和監(jiān)控線路應采用鎧裝電纜或穿金屬管埋地引入，埋地長度不小于15 m，埋深不小于0.5 m。條件允許的情況下，采取空間屏蔽和線路屏蔽等措施為值班室增加一組接地母排，專供設備接地使用。為防止雷擊電磁脈沖及雷電感應危害，要求接地同一地網不共接地母線。

④防雷裝置的材料規(guī)格和敷設方式等應符合《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB 50057—2010）的要求。

⑤監(jiān)控系統(tǒng)線路和設備不能沿建筑物外墻架設，也不能直接綁扎在避雷帶或避雷針上。

參考文獻：

[1]李京校，宋平健，甘璐，等.故宮博物院“6·23”雷擊事件分析[J].南京信息工程大學學報（自然科學版），2014（4）：326-335.

[2]盧堉洵，陳永，邱克偉.饒平縣“7·22”雷災事故調查及防御措施[J].科技創(chuàng)新與應用，2020（15）：134-135.

[3]孫晨，周潔晨.江西省多年雷災統(tǒng)計分析與應用[J].江西科學，2020（4）：5.

[4]陳永，丁麗佳，張奇鋒.“9·5”雷擊事故調查及思考[J].廣東科技，2009（10）：128.

[5]中國氣象局.雷電災害調查技術規(guī)范：QX/T 103—2017[S].北京：中國氣象出版社，2017.

3590500338272