山東四君子集團酒廠罐區防雷工程設計

王道朋　劉曉華　程萌

摘要 為了保護山東四君子集團酒廠罐區防雷安全，在分析其周圍地閃密度、雷電活動時間變化規律、雷電流幅值分布及土壤地質環境的基礎上，從安裝避雷針及敷設地網等方面對其進行防雷工程設計，并對防雷系統工程提出了合理化建議。

關鍵詞 罐區；地閃密度；避雷針；防雷設計；山東四君子集團酒廠

中圖分類號 TU895 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）15-0186-02

雷電是一種災害性天氣現象，其強大的雷電流和交變的電磁場嚴重威脅人們的生命和財產安全，雷電的電動力和熱能極易引起危險爆炸環境的雷電災害，造成巨大的損失。1989年8月12日9：55，中國石油總公司黃島油庫罐區發生特大雷擊事故，19人死亡，100多人受傷，直接經濟損失達3 540萬元。黃島油庫雷擊爆炸事故的慘痛教訓使人們對雷電的危害有了更深刻的認識。隨著經濟發展，電子設施及易燃易爆產品不斷涌現，使雷擊事故概率增加。為了保護人員、財產安全，做好易燃易爆設施的防雷工程尤為重要，防雷減災也逐漸成為專家學者的研究方向。李 密等[1]通過工程實例對淄博市雷電災害風險進行了區劃，王愛軍等[2]對防雷工程周圍的易損度進行了區劃，黃 灝等[3]通過對當地雷電災害的分析，提出了雷電災害管理的建議。本文主要研究酒廠罐區的直擊雷防護措施，以期保護罐區防雷安全，為類似區域的雷電防護提供參考。

1 保護對象的主要概況及防雷現狀

1.1 地理、地質情況

四君子酒廠位于山東省單縣，土壤多為黃土和黏土，土壤電阻率較低。需要保護的罐區長45 m、寬15 m、高10 m。整個區域上方有彩鋼板架設，厚度未達到4 mm，罐體位于彩鋼棚下。

1.2 雷電環境

1.2.1 地閃密度分布。地閃密度為每平方千米年平均落雷次數，是估算建筑物年預計雷擊次數時的重要參數。用Ng表示，單位為次/（km2·年）。由山東省雷電定位系統監測的閃電數據資料中提取出以罐區為中心方圓5 km范圍內地閃數據（2007—2016年），統計出地閃次數，利用Surfer繪制出地閃密度分布漸變圖（圖1），該地區的Ng=3.06次/（km2·年）。

1.2.2 雷電活動時間變化規律。對罐區周圍5 km的雷電數據進行統計和分析，該區域發生地閃1 067次（表1），其中負地閃占總地閃的98.0%，為1 047次；正地閃占總地閃的2.0%，為20次。

該區域地閃主要活動期為夏季，即6—8月，其中7—8月為地閃高發期，占總地閃的81.0%。其余月份基本沒有地閃發生。一天內地閃的發生規律呈單峰狀分布，主要分布在17：00左右。

1.2.3 雷電流幅值分布。雷電流強度在10～15 kA的地閃占地閃總數的比例最大，為28.0%；其次為15～20 kA的地閃，所占比例為21.0%。該區域內地閃平均電流強度約為13.65 kA，正地閃的平均強度約為20.93 kA，負地閃的平均強度值為13.51 kA。

1.3 防雷現狀

整個罐區被彩鋼板覆蓋，但是沒有安裝直擊雷接閃裝置，需要做直擊雷避雷針、地網等防護措施。

2 雷擊發生的可能性、危害性

根據現場情況分析，有2種雷害經常發生。

2.1 直擊雷

雷電的發生具有選擇性，極易擊中高聳的建筑，由于被保護的罐體周圍沒有高聳建筑，相對比較孤立，雷擊概率很大。如果罐體遭受雷擊，由于內部為易燃易爆原料，很容易發生爆炸。

2.2 反擊

接閃器的作用是靠其對雷云電場引起的畸變將雷閃吸引到自身，并安全導入地中，從而使位于其保護范圍內的設備和建筑物免遭直接雷擊。但所引下的是幅值極大、上升陡度很高的雷電流，此雷擊電流入地后會使地電位突然升高，與設備連接的地線將此高電位引入設備，對被保護設備形成危害[4-5]。

3 方案設計

選用3套提前放電避雷針，安裝在罐體北側，每支避雷針高度為18 m，安裝于設計圖紙所示的位置（圖2），通過三針聯合保護的方式對罐體進行防護；同時對彩鋼板頂部屋脊處敷設避雷帶，并做3處接地，且用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼進行連接，組成一個地網。

每支避雷針選用2塊石墨接地極作為垂直接地體，選用2支40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體做獨立的接地裝置，接地電阻達到10 Ω以下。

同時，對整個罐區做接地網，選用12塊石墨接地極作為垂直接地體，選用40 mm×4 mm的熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體做接地網，接地電阻達到10 Ω以下（圖2）。

避雷針的保護半徑根據GB 50057—2010中滾球半徑法確定：

rx=[H（2Hr-H）]1/2-[Hx（2Hr-Hx）]1/2

其中：H為避雷針高度，此處相對于彩鋼板頂的高度為8 m；Hr為滾球半徑，二類建筑取45 m；Hx為被保護物的高度。

由此可以計算出3支等高避雷針在10 m高度上的保護半徑為25.6 m；避雷針保護軸線的中心最低點為5.9 m；避雷針之間在10 m高度的最小保護寬度為25 m。其保護范圍可以滿足對各罐體進行有效的防護，各管體均在避雷針保護半徑內。

當雷雨云形成時，云與地面之間產生一個電場，此電場強度可達到3 kV/m，從而使地面凸起部分或金屬部件上開始出現電暈放電。當雷電云層內部形成一個下行先導時，閃電電擊便形成了。下行先導電荷以階梯形式向地面移動，下行先導攜帶著的電荷使地面建立起電場，從避雷針尖端產生了一個上行的先導，此上行先導向上傳播一直到與下行先導會合。此時，閃電電流便流過所形成的通道，地面上的其他建筑物可能會生成數個上行先導。與下行先導會合的第一個上行先導決定了閃電電擊的地點。

4 結語

雷電防護工程是一項系統工程，需要綜合考慮被保護物周圍雷電環境、土壤地質環境、被保護物的特征及雷電災害發生的后果等。對被保護物進行綜合評價后，應選取科學合理的防雷措施，將雷電災害危險程度降到最低。

5 參考文獻

[1] 李密，邱東鳳，石娟，等.淄博市雷電災害易損性風險評估及區劃[J].中國安全生產科學技術，2013，9（8）：177-182.

[2] 王愛軍，柴瑞.唐山市雷電災害易損性分析及易損度區劃[J].建筑電氣，2010，29（10）：28-32.

[3] 黃灝，王寶.煙臺市雷電災害易損性分析及區劃[J].山東氣象，2012，32（130）：35-38.

[4] 王鳴曉，林建民，馬光進，等.電氣設備防雷工程設計探討[J].氣象科技，2013（2）：417-421.

[5] 閆戰嶺.建筑物防雷工程設計分析[J].現代建筑電氣，2016（8）：62-65.endprint