火工品存放區域防雷設計淺析

2016-01-15 07:01:20鄭海祥,枊德尚,邢蘇丹等

智能建筑電氣技術 2015年4期

火工品存放區域防雷設計淺析

鄭海祥1/ 枊德尚2/ 邢蘇丹1/ 林念萍1(1. 溫州市防雷中心，浙江溫州 325027；2. 蒼南縣氣象局，浙江溫州 325800)

摘要以溫州某炸藥雷管倉庫為例，介紹火工品存放區域的防雷設計，闡述炸藥、雷管庫雙針等高接閃桿保護范圍、安全距離的計算、防閃電感應、防靜電感應、防閃電電涌侵入、防接觸電壓和跨步電壓、等電位連接措施的設計要求，以期為炸藥、雷管庫及第一類防雷建筑物的防雷設計提供參考。

關鍵詞防雷接閃桿保護范圍安全距離

AbstractWith the example of a dynamite detonator warehouse in Wenzhou, lightning protection design of pyrotechnics storage area is introduced. In order to provide a reference for the lightning protection design of explosives, detonators library and the first class of mine buildings, the explosive, detonator library, such as double needle high flash rod the scope of protection, the calculation of safety distance, anti lightning induction, electrostatic induction, lightning surge anti invasion and anti contact voltage and the step voltage, potential connection measures in the design requirements are described.

Keywordslightning protection, lightning rod, protective range, safe distance

0引言

炸藥、雷管庫為易燃易爆場所，多位于空曠狹長相對平整的山區，同時由于易燃易爆物存儲倉庫大量使用彩鋼板，遭受雷擊后會引發大功率雷電放電從而形成電火花引起爆炸。但許多炸藥、雷管庫的雷電防護設施很不健全，存在較大的安全隱患，嚴重影響人民生命和財產安全，防雷設計是炸藥庫安全設計的重要環節。本文以溫州某炸藥雷管倉庫為例，介紹火工品存放區域的防雷設計，闡述炸藥、雷管庫雙針等高接閃桿保護范圍、安全距離的計算、防閃電感應、防靜電感應、防閃電電涌侵入、防接觸電壓和跨步電壓、等電位連接措施的設計要求，以期為炸藥、雷管庫及第一類防雷建筑物的防雷設計提供參考。

1項目概況、設計依據及防雷分類

1.1項目概況、設計依據

該火工品存放區域位于溫州龍灣區，建于山崖旁邊并采用圍墻隔離，占地面積226.9m2，建筑面積28.26m2；區域內有建筑物3棟，分別為儲存室一、儲存室二以及收發值班室，儲存室一、儲存室二及收發值班室均為活動板房，炸藥及雷管存放在儲存室的保險箱內。區域配電采用TN-C系統，電源總進線位于收發值班室。

火工品存放區域防雷設計的主要標準及依據有：《建筑物防雷設計規范》(GB 50057-2010)、《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB 50343-2012)、《雷電電磁脈沖的防護第1部分:通則》(GB/T 19271.1-2003)、《民用爆破器材工程設計安全規范》(GB 50089-2007)和《安全防范工程技術規范》(GB 50348-2004)。

1.2防雷分類

建筑物防雷類別應依據《建筑物防雷設計規范》(GB 50057-2010)(以下簡稱雷規)、《民用爆破器材工程設計安全規范》(GB 50089-2007)(以下簡稱爆規)的相關規定來確定。

根據《雷規》3.0.2條第1款“凡制造、使用或貯存火炸藥及其制品的危險建筑物，因電火花而引起爆炸、轟炸，會造成巨大破壞和人身傷亡者”應劃分為第一類防雷建筑物；根據《爆規》12.1.1條表12.1.1-2貯存炸藥、雷管的危險場類別為F0、F1，防雷類別應劃為第一類。

同時根據《雷規》第4.5.1條第1款“當第一類防雷建筑物部分的面積占建筑物總面積的30%及以上時，該建筑物宜確定為第一類防雷建筑物”和炸藥庫第一類防雷建筑物實際占用面積百分比確定該火工品存放區域按照第一類防雷建筑物進行設計施工。第一類防雷建筑物占用面積百分比計算方式：

已知：總建筑面積S總=28.26m2，第一類防雷建筑面積S一類=20.48m2。

計算：第一類防雷建筑物占用面積百分比A=S總/S一類=72.47%。

判斷：A=72.47%>30%，火工品存放區域視為第一類防雷建筑物。

2直擊雷防護措施

2.1接閃器保護范圍

根據現場的實際情況，選擇設置兩支獨立接閃桿作為接閃裝置，分別高11m、12m，獨立接閃桿安裝在炸藥庫圍墻外端對角附近，兩接閃桿與圍墻垂直距離為2.5m，垂直點離墻角距離為4m。

接閃桿的保護范圍依據《建筑物防雷設計規范》(GB 50057-2010)“附錄D 滾球法確定接閃器的保護范圍”來確定(如圖1所示)，計算判斷過程如下。

已知：滾球半徑hr=30m，被保護物高度hx=3m，接閃桿高度hA=12m，hB=11m，兩支接閃桿之間的距離D=24.88m。

計算：(1)單支接閃桿在地面的保護半徑

rA0=(hA(2hr-hA))0.5=24m

rB0=(hB(2hr-hB))0.5=23.22m

(2)單支接閃桿在XX′即3m高平面上的保護半徑

rA1=(hA(2hr-hA))0.5-(hx(2hr-hx))0.5

=10.92m

rB1=(hB(2hr-hB))0.5-(hx(2hr-hx))0.5

=10.14m

設立空間坐標系，以炸藥庫圍墻左下角為原點，橫縱向圍墻為XY軸，由此可得：炸藥庫上端圍墻所在直線可表示為Y=12.36，下端圍墻所在直線為Y=0；根據規范GB 50057附錄D的計算及作圖方法，炸藥庫處于兩接閃桿公共保護區域內，該區域的保護范圍邊界線在以兩接閃桿為圓心，r0為半徑的圓交點E或C，再以E、C作為圓心，r0-rx=13.08m為半徑的圓上。

E、C坐標計算公式：

得到E(5.77,26.05),C(12.8,-13.43)。

圖1　雙支不等高接閃桿的保護范圍

則等高雙支接閃桿上下端公共保護范圍邊界線所在圓的方程表示為：

上端：(X-5.77)2+(Y-26.05)2=13.082

下端：(X-12.8)2+(Y+13.43)2=13.082

當X=5.77時可得到上端圓最小Y值12.97，當X=12.8時可得到下端圓最大Y值-0.35。

判斷：上端圓恒位于直線Y=12.36上方，下端圓恒位于直線Y=0下方，所以炸藥庫位于3m高平面的公共保護范圍邊界線之內，該兩支等高接閃桿可以保護炸藥庫。

2.2接地裝置設置及安全距離計算

2.2.1接地裝置設置

根據現場情況，分別在獨立接閃桿附近安裝沖擊接地電阻為10Ω的獨立接閃桿接地裝置一組，在炸藥庫背面安裝工頻接地電阻為10Ω的防閃電感應接地裝置一組。

該獨立接地裝置供兩支接閃桿共同使用，采用以垂直接地體為主、水平接地體為輔的混合型接地體，接地體布置形式為直線型，具體布置見圖2。

接地體材質均選用熱鍍鋅鋼材，垂直接地體規格為2 500×5×5×50mm角鋼，水平接地體規格為40×4mm扁鋼，受區域限制垂直接地體之間的間距設計為4m。

接地體埋深設計為0.6m，距離圍墻2.5m，引下線就近選擇在接閃桿處，連接線與水平接地體采用相同材料。

2.2.2安全距離計算

根據《雷規》第4.2.1條第5款規定：獨立接閃桿和架空接閃線或網的支柱及其接地裝置與被保護建筑物及與其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的間隔距離應按下列公式計算，且不得小于3m。示意圖見圖3，圖中1為被保護建筑物，2為金屬管道。

1)地上部分

當hx<5Ri時，Sa1≥0.4(Ri+0.1hx)；當hx≥5Ri時，Sa1≥0.1(Ri+hx)。

2)地下部分

Se1≥0.4Ri

式中，Sa1為空氣中的間隔距離，m；Se1為地中的間隔距離，m；Ri為獨立接閃桿或架空接閃線(網)支柱處接地裝置的沖擊接地電阻，Ω；hx為被保護建筑物或計算點的高度，m。

獨立接閃桿距離儲存室的最短距離為4.4m，符合規范要求，計算方法如下。

1)地上部分

獨立接閃桿至被保護建筑物的最短距離L=4.4m，設計接地裝置接地電阻R≤10Ω，建筑高度hx=3m。

計算：理論地上安全距離Sa1≥0.4(R+0.1hx)=4.12m。

判斷：L≥Sa1=4.12m，接閃桿地上部分安全距離符合規范要求。

2)地下部分

(1)接地裝置距離儲存室最近距離L=4.4m。

已知：最短距離L=4.4m，設計接地裝置接地電阻R≤10Ω。

計算：理論地下安全距離Se1≥0.4Ri=4m。

判斷：L≥Se1=4m，接閃桿地下部分安全距離符合規范要求。

圖2　綜合防雷總平面布置圖

圖3　防雷裝置至被保護物的間隔距離

(2)防閃電感應接地裝置與獨立接閃桿接地裝置的最短距離L=6m。

已知：兩接地裝置最短距離L=6m，設計兩接地裝置的接地電阻R≤10Ω。

計算：理論地下安全距離Se2≥0.4Ri=4m。

判斷：L≥Se2=4m，感應雷接地裝置地下部分安全距離符合規范要求。

3防閃電感應、靜電感應及等電位連接措施

根據《雷規》4.2.2條、《爆規》12.7.3條、12.8.1條等相關規定，應采取以下防閃電、靜電感應及等電位連接措施。

3.1防閃電感應、靜電感應措施

炸藥庫內設置等電位連接端子板，端子板與防閃電感應的接地裝置連接，所有設備、管道、構架、鋼屋架、鋼窗等金屬物均連接到接地端子板上。

防靜電球就近接地至等電位連接端子板上，連接線采用16mm2的銅制接地線。

兩儲存室均為金屬建筑，每一儲存室在對角處遷出共2組接地線連接至房間內的等電位連接端子板上，連接采用25mm2的銅制接地線。

3.2等電位連接措施

在圍墻內側距離防閃電感應接地裝置最近的位置設置總等電位連接端子板，收發值班室、儲存室一、儲存室二房間內均設置分等電位連接端子板，等電位連接端子板材料規格為40×4mm銅排，總等電位連接端子板連接至防閃電感應接地裝置的接地板上，分等電位連端子板連接至總等電位連接端子板上，其他需要接地的金屬及設備就近連接至接地端子板上。

防閃電感應接地裝置引出兩支50mm2的銅制接地線與總等電位連接端子板連接，引出點設計在距離圍墻最近與最遠的位置；等電位連接端子板之間的連接采用25mm2的銅制接地線；其他設備及金屬部分與等電位連接端子板的連接采用16mm2的銅制接地線。

4防閃電電涌侵入及防減小接觸電壓與跨步電壓措施

4.1防閃電電涌侵入措施

炸藥庫所有線路穿金屬管敷設或采用屏蔽線材，屏蔽體要求始終電氣連貫，屏蔽體的兩端就近連接至等電位連接端子板上，連接線采用16mm2的銅制接地線。

炸藥庫總電源及收發值班室處安裝相適應的Iimp=20kA、10/350us波形的電涌保護器，電涌保護器的接地就近連接至等電位連接端子板上，接地線采用10mm2的銅制接地線，連接相線采用6mm2銅制導線，連接導線的長度不宜超過0.5m。

炸藥庫室外監控攝像頭裝設JM-12BNC信號電涌保護器，信號電涌保護器的接地就近連接至等電位連接端子板上。

該項措施的接地共用防閃電感應的接地裝置，工頻接地電阻不應大于10Ω。

4.2防減小接觸電壓與跨步電壓措施

在以獨立接閃裝置和防閃電感應接地板為中心的地表半徑為3m的圓內敷設15cm厚礫石層。

以獨立接閃桿為中心安裝1 000×1 000×1 000mm的木質護欄，并在護欄上設置“雷雨天氣請勿靠近”等字樣的警告牌。

5結束語

雷管和炸藥的合理儲存是安全生產中的頭等大事，隨之雷電防護在這一領域的重要程度也達到了一個新的高度，小型雷管炸藥庫點多面廣，分布在眾多行業，其防雷安全值得高度關注。只有在源頭上因地制宜地做好防雷設計，才能確?；鸸て反娣艆^域的防雷安全。