某螺旋鋼管廠綜合防雷改造

李文才

（河北工程技術高等?？茖W校 061001）

滄州地處華北平原東端，渤海西岸，屬溫帶半濕潤季風性氣候，土壤呈堿性，電阻率較低，年平均雷暴日達28天，屬于雷暴多發區[1]。

2011年7月26日16時左右，滄州東部沿海地區遭遇強雷暴天氣，海興縣境內的某螺旋鋼管廠廠房遭受雷電直擊，造成計算機網絡機房和監控室內的UPS電源、監控用硬盤錄像機、部分監控探頭、自動焊接機和數控機床等設備損毀，直接經濟損失達30余萬元，間接損失達200多萬元。

1 雷電分布

1.1 雷電流幅值分布

運用IEEE和CIGRE推薦的近似對數正態分布式的標準式電流幅值，b為曲線的方差）進行曲線擬合，得到2005—2010年滄州地區雷電定位系統探測到的雷電流幅值[3-4]的累計概率分布曲線，如圖1所示。

經擬合分析，滄州地區 6年 a的平均值約為38.2kA，b的平均值為2.9，正極性雷電流幅值累計概率分布曲線比負極性雷電流雷擊概率曲線平緩，正極性雷電流幅值分散性更大。

圖1 2005—2010年全部數據的雷電流幅值累計概率分布曲線

1.2 雷暴日統計分析

雷暴日是防雷工程設計和工程驗算中使用頻率最高的參數，它集中反映一個地區雷電活動的頻度，對其統計采用網格法[4]。

根據2005—2010年的雷電數據分析：滄州地區雷暴日數的月變化呈單峰分布，季節性分布顯著，80%的地閃集中在7月、8月和9月，平均為8.6d，全天各時間段都有雷暴發生，其中16∶00—22∶00時為雷暴頻發時段，頻率為45%[1]。

2 雷擊事故分析

2.1 防雷意識淡薄

通過交流和座談，發現企業管理人員的雷電知識較匱乏，對雷電防護缺乏深入科學的理解和掌握，存在嚴重的僥幸心理，總認為雷電距離自己太遙遠了，不會發生雷擊事故。

2.2 自然條件較差

建廠前此地為水深1.0m的魚塘，后用各種建筑垃圾填埋整平，廠周圍地勢平坦，沒有其他建筑物或構筑物，且幾乎沒有樹木生長，廠區內存在大量綱管和各類電器設備。當出現雷暴天氣時，此環境為雷云先導放電和雷電災害發生創造有利條件。

2.3 接地電阻較高

廠房為長50m、寬25m、高15m的鋼結構形式，鋼結構通過混凝土樁（樁內無鋼筋）內預埋件與大地連接，沒有專用人工接地極，利用ZC-8接地電阻表實際測量，接地電阻達到 15.6Ω；行政綜合樓為長50m、寬10m、高10.5m的三層磚混結構，樓頂女兒墻上沒有安裝避雷線，測得樓內總等電位點的接地電阻達到 12.3 Ω。因接地電阻較高，無論雷電直接擊中廠房或行政綜合樓，強大的雷電流都不能迅速流入大地，在落雷點附近形成較大電勢差，造成反擊。

2.4 缺少防雷設備

廠區內除配電變壓器低壓側安裝氧化鋅避雷器外，其它配電系統、計算機網絡系統和視頻監控系統均沒有安裝過電壓保護裝置，當雷擊廠房后強大的雷電感應過電壓沿著配電線路和信息傳輸線路侵入各種電器設備，造成設備損毀。

3 雷電災害的綜合防護

3.1 提高防雷意識

建筑物（構筑物）防雷包括防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入三部分[5]。對于防直擊雷企業管理人員都認同，但對于防雷電感應和雷電波侵入卻存在不同的意見，很多人由于缺乏對雷電產生機理和雷電防護的科學認識和理解，認為無需進行防護。針對這種情況，企業利用停產整改的機會對員工進行兩個半天的雷電知識講座，通過大量的案例分析和本次雷擊的慘痛教訓，增強了員工對雷電的理解和防護意識。

3.2 降低接地電阻

廠區是用建筑垃圾二次回填而成，且鋼結構立柱只與混凝土樁內預埋件連接，導致接地電阻較高。為降低接地電阻，提高安全技術標準，本次改造中重新為廠房和行政綜合樓加裝如圖2所示的人工接地裝置。接地裝置設計成網格狀，廠房內部方格大小為10m×10m，廠房外部方格大小為5m×5m；行政綜合樓接地裝置圍繞樓房設計成環狀，女兒墻上安裝φ12mm的鍍鋅圓鋼作為避雷線，避雷線通過φ12mm的鍍鋅圓鋼引線下與水平接地裝置在距地面1.8m處連接，引下線間距為10m。水平接地極采用50mm×5mm鍍鋅扁鋼，垂直接地極采用50mm×50mm×5mm鍍鋅角鋼（長度為2.5m），具體做法參照 03D501-4《接地裝置安裝》。廠房內從不同位置引出6個預留接地極，作為低壓配電、自動焊接機和數控機床等電器設備的保護接地，行政綜合樓總等電位端子通過40mm×4mm鍍鋅扁鋼與水平接地極連接。水平接地極與垂直接地極的敷設方法如圖3所示。改造后測量圖2中6個點的接地電阻，阻值如表1所示。

表1 測量點的接地電阻

圖2 接地裝置示意圖

3.3 加裝SPD（浪涌保護器）防護

綜合樓和廠房的配電系統、計算機網絡系統和視頻監控系統中選擇安裝合適的 SPD防護。各種SPD的配合原則詳見 GB/T 21714.4—2008和 IEC 62305-4：2006。

圖3 接地裝置敷設截面圖

1）電源防護

電源系統采用如圖4所示的三級防護，在廠區配電室總開關處加裝B級高能量SPD，在行政綜合樓和廠房的總電源處加裝C級SPD，在行政綜合樓樓層總開關和廠房內自動焊接機、數控機床等大型設備電源處加裝D級SPD。

圖4 電源三級雷電防護圖

2）計算機網絡系統

計算機網絡系統與外界通過無金屬光纖與公共互聯網連接，一般認為光纖具有良好的防雷效果[6]，不需要采取雷電防護措施。其它終端計算機都在行政綜合樓內，在保證供電電源做好防雷保護的前提下，所有網絡設備不再加裝SPD。

3）監控系統防護

監控裝置既有電源線、視頻線，又有控制線。因此，對于帶有云臺的監控攝像頭采用AD/TV-3型三合一防雷器，該防雷器采用電源、視頻、控制線一體化防浪涌設計，能有效防止感應過電壓、操作過電壓和靜電放電等所造成的設備損壞。三合一防雷器性能指標如表2所示。

表2 三合一防雷器性能指標

4）等電位連接

所有 SPD的接地端子就近與接地極等電位連接，具體做法參照 02D501-2《等電位聯結安裝》，所用接地線符合文獻[5]相關條款要求。同時，對于網絡機房內的服務器、交換機和UPS電源以及監控室內監控主機、硬盤錄像機、UPS電源等設備必須作等電位連接，并將公共接地端與圖2中的接地極就近連接。

4 防護效果評價

該公司認真吸取“7.26”雷擊事故的教訓，及時投入近10萬元對廠區進行了綜合防雷改造，提高了公司配電系統、計算機網絡和監控系統、自動焊接機和數控機床等電器設備的耐雷水平。經過2011年8、9月份幾次強雷暴天氣的考驗，運行效果良好。2012年4月5日對該公司安裝的SPD和接地裝置進行檢查和復測，其結果與2011年7月份改造后測得結果幾乎相同，完全符合文獻[5]和GB 50174—1993要求的技術標準。

[1]劉金玉,彭潔文.滄州市雷電活動時間分布分析及防雷對策[J].科技創新導報, 2011(2).

[2]陳家宏,童雪芳,谷山強,等.雷電定位系統測量的雷電流幅值分布特征[J].高電壓技術, 2008, 34(9): 1893-1897.

[3]中華人民共和國電力行業標準DL/T620/1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S], 1997.

[4]陳家宏,鄭家松,馮萬興,等.雷電日統計方法[J].高電壓技術, 2006, 32(11): 115-118.

[5]GB 50057—94建筑物防雷設計規范（第二版）[S].北京：中國計劃出版社, 2001.

[6]何山,武尚德.信息設備及系統的供電、接地和防雷[J].電力自動化設備, 2001(8): 57-61, 72.