石河子142團棉加廠防雷分析

（石河子氣象局，石河子市，832000） 蒲云錦

棉花加工生產、儲運堆放都是高危生產的場所，生產加工或儲存著的棉花都是屬于易燃物質，一旦發生雷擊事故，將給安全帶來嚴重威脅，造成嚴重的社會影響，并帶來重大的經濟損失。本文利用新疆石河子常規觀測資料、閃電定位儀監測資料，有針對性地對142團棉加廠進行雷電防護綜合分析。

1 石河子雷暴及地閃特征分析

1.1 石河子雷暴日月變化特征

圖1 1976-2017年石河子雷暴日月變化特征

將石河子1976～2017年每個月的雷暴日數進行統計（圖1），石河子墾區41年來的雷暴集中在每年4～10月，全地區夏季6～8月雷暴日年平均為18天，占全年雷暴日的78%左右，而春季3～5月雷暴日年平均為3.5d，占了全年雷暴日的17%左右，11～2月基本上沒有雷暴日。雷暴日的月變化表現為明顯的單峰值，最多出現在7月份，8月份雷暴日僅次于7月，其接下來依次為6月，5月、9月、4月和10月。

1.2 石河子地閃日變化特征

將2007～2017年石河子地閃數據進行統計（圖2），石河子地區地閃時間大致可以分為2個時段,第一個時段是從13～01時,這一時段是雷暴地閃最活躍的時間，第二個時段是02～12時,這個時段是地閃最少的時間。地閃的時間分布基本呈二峰一谷變化，午后開始地閃逐漸加強，地閃峰值出現在14～18時，這主要由于午后強烈的太陽輻射，能量逐漸累積，局地對流加強，雷電活動開始劇增，隨后逐漸減弱，在24時又達到一高峰，02～12時地閃很少或沒有。

圖2 石河子地閃日變化特征

1.3 石河子142團地閃變化特征

圖3 石河子142團地閃強度變化特征

以142團棉加廠為圓心，以15km為統計半徑，142團棉加廠所處區域15km范圍內地閃數據（見圖3），142團棉加廠地閃主要集中在5～50KA，10KA地閃數高達120個，對石河子142團棉加廠雷電監測定位網地閃數據進行統計（見表1），從表中可以看出：最大正閃雷電流強度為185.4KA，正閃雷電流平均強度為70.7KA，最大負閃雷電流強度為145.6KA，負閃雷電流平均強度為14.5KA，0～20KA雷電數量占全部雷電數量66%，20～50KA雷電數量占28%，50～100KA雷電數量占5%。

表1 142團雷電監測網數據統計

2 防雷設計綜合分析

2.1 防直擊雷保護

（1）本工程為易燃物大量集中的露天堆場，根據規范的要求選取滾球半徑100m，保護半徑為R=41m。（被保護物按5m考慮）。地面保護半徑R=71m利用高桿燈、高架滾筒、鋼構架廠房做為接閃器進行聯合保護。在棉花堆場，安裝30m高避雷針、高桿燈，然后用40×4熱鍍鋅扁鋼在避雷針兩邊做15m接地，獨立避雷針及高桿燈的接地與建（構）筑物及設備、電氣的接地應分開，地中的距離應大于5m，接地電阻不大于10Ω。通過石河子41年的雷暴路徑觀測，大部分雷暴都是從西北和西南兩個方向通過，避雷針主要裝設在西北和西南兩個方向首先對發生的雷電進行攔截。在不影響棉包及籽棉堆放的情況下，利用鋼構廠房、送花滾筒、外天鉸、高桿燈、通信鐵塔等組成防直擊雷的聯合保護。在不影響棉包及籽棉堆放的情況下也可用折線法演算保護半徑兩針之間最大距離不能超過120m。

（2）高架滾筒、軋花車間的鋼構架及設備、電氣應做聯合接地，構架應與基礎鋼筋相連，所有連接部分均采用焊接，焊接處涂防腐漆，接地電阻不大于4Ω，如達不到要求應做人工接地。堆場上的全部金屬設備均做等電位聯結。

（3）金屬屋面的建筑物應利用其金屬屋面作為接閃器，并應滿足下列要求：金屬板之間采用搭接時，其搭接長度不應小于100mm；金屬板下面無易燃物品時，其厚度不應小于0.5mm；金屬板下面有易燃物品時，其厚度、鐵板不應小于4mm，銅板不應小于5mm，鋁板不應小于7mm；金屬板無絕緣被覆層（薄的油漆保護層或0.5mm厚瀝青層或1mm厚聚氯乙烯層均不屬于絕緣被覆層）。

2.2 接地系統

電氣設備的接地裝置與防止直接雷擊的獨立避雷針的接地裝置應分開設置，與裝設在建筑物上防止直接雷擊的避雷針的接地裝置可合并設置；與防雷電感應的接地裝置亦可合并設置。接地電阻值應取其中最低值。

2.3 電氣線路的設計

在棉加廠火災危險環境內，可采用非鎧裝電纜或鋼管配線明敷設。在火災危險環境2l區或23區內，可采用硬塑料管配線。電動超重機可采用滑觸線供電，但在滑觸線下方不應堆置可燃物質。當遠離可燃物質時，可采用絕緣導線在針式或鼓形瓷絕緣子上敷設。電力、照明線路的絕緣導線和電纜的額定電壓，不應低于線路的額定電壓，且不低于500V。當采用鋁芯絕緣導線和電纜時，應有可靠的連接和封端，電氣設備的金屬外殼應可靠接地。在火災危險環境21區或22區內，電動起重機不應采用滑觸線供電；母線宜裝設保護罩，當采用金屬網保護罩時，應采用IP2X結構；母線應有IP5X結構的外罩；移動式和攜帶式電氣設備的線路，應采用移動電纜或橡套軟線，10kV及以下架空線路嚴禁跨越火災危險區域，電氣設備的金屬外殼均應可靠接地。

2.4 其他設計

根據地閃資料的分析，石河子地區整體雷電流強度較高，平均在70kA以上，最高可達到100kA甚至120kA。一旦發生雷擊地閃，造成損害的概率大。建（構）筑物及設備設施的防雷等級（用電線路安裝SPD按C級考慮）。通過演算E=0.99≥0.98h，按GB50343-2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》∶建筑物電子系統防雷技術規范規定為C級防護，宜在低壓系統安裝2級或以上的SPD進行防護。R0滿足條件,通過對R1計算，分配端應安裝（LPL2級）電涌保護器，用戶端安裝（LPL2級）電涌保護器其 PSPD，才能滿足 RT＜10-5的條件。按照GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》，142團棉加廠大部分建（構）筑物、露天生產裝置、其它輔助設施和建（構）筑物為第三類防雷建筑物，其它不重要的建（構）筑物可不做防雷。

3 防雷安全管理

（1）防雷裝置投入使用后，應建立管理制度。對防雷裝置的設計、安裝、隱蔽工程圖紙資料、年檢測試記錄等，應及時歸檔，妥善保管。

（2）依據142團棉加廠的一些特征有重點的開展雷電防護工作，5～8月應作為全年的主要雷電防護期，7月的防雷工作更是重中之重，特別是中午14時后強對流天氣易發時段。

（3）與當地防雷減災機構密切配合，加強相關員工的防雷安全知識培訓，提高員工防雷減災意識，并建立雷擊事故處理應急預案。

（4）防雷裝置周期性維護的周期為一年（易燃易爆場所的維護周期為半年），應在每年的雷雨季節前進行一次全面檢測，若發現安全隱患，及時進行整改和復驗。

4 結束語

棉加廠防雷至關重要，在進行防雷設計時，應對棉加廠容易遭受雷擊的設施進行了解，對其易受雷擊的原因和途徑進行分析，結合當地的雷電監測數據，進行全面細致的設計；在使用期間，防雷裝置要做好管理和維護工作，才能保證棉加廠的安全運行，將雷電對棉加廠的損失降到最低。