石林風景區(qū)防雷設(shè)計方案淺析

盧敏

摘要：利用石林風景區(qū)的雷擊和閃電氣候資料，對石林風景區(qū)可能存在的雷電安全隱患進行了詳細分析，通過雷電風險評估，指出石林風景區(qū)的雷暴較為頻繁，雷擊分布相對集中。結(jié)合石林風景區(qū)實際情況，提出了通過建立石林風景區(qū)雷電監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和綜合雷電災(zāi)害防護體系等技術(shù)路線，為景區(qū)雷電災(zāi)害的防御提供有效的參考。

關(guān)鍵詞：石林風景區(qū)雷擊風險評估防雷設(shè)計方案

中圖分類號：TD43 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0221-01

石林，地處滇東高原腹地，位于石林彝族自治縣境內(nèi)，距省會昆明市70余公里，其保護區(qū)為350km2。石林所在區(qū)域處于空曠的位置，景區(qū)內(nèi)各種形態(tài)各異、千姿百態(tài)的石峰密布成林，石峰本身尖銳、突兀的形態(tài)結(jié)構(gòu)使得該區(qū)域在強對流天氣的作用下，引起空中電場畸變、大氣環(huán)流突變，容易誘發(fā)雷電；同時，雷雨形成過程中，供游人行走的道路狹窄，若雷擊對周圍人員放電，石峰不存在自然的雷電流泄放渠道；發(fā)生雷擊時，巨大的能量會轉(zhuǎn)化為破壞力的方式擊中石峰或其附近區(qū)域，從而導(dǎo)致景區(qū)雷擊事故發(fā)生。因此，建立石林風景名勝區(qū)雷電災(zāi)害綜合防御體系是避免雷電災(zāi)害的關(guān)鍵所在。

1風景區(qū)雷電風險評估分析

1.1 雷電及雷暴分布

云南省地處西南邊陲，是典型的低緯度高原地區(qū)，地形地貌高山峽谷相間，地形波濤起伏，局地氣候背景復(fù)雜，局地強對流天氣受太陽輻射和地形抬升作用明顯。加上同時受到印度、東南亞兩支季風的共同作用，有著鮮明的強雷暴天氣特點，是全國的重雷區(qū)之一，年平均雷暴日數(shù)在22～138天之間，年平均雷暴初終日數(shù)267天。全省平均雷暴分布南多北少。

通過對2010年石林風景區(qū)的閃電數(shù)據(jù)進行分析，可以看出，風景區(qū)所在區(qū)域的雷電流幅值在-20kA～-40kA的范圍內(nèi)，局部區(qū)域的雷電流幅值在-60kA～-80kA的范圍，一些區(qū)域有少數(shù)的雷電流幅值超過了-100kA，說明石林風景區(qū)的雷暴較為頻繁，雷擊強度較大，雷擊分布相對集中，屬于容易遭受雷擊的地區(qū)，可能造成雷災(zāi)的隱患較大。

石林風景區(qū)所在區(qū)域?qū)俅箨懶詠啛釒夂?，具有明顯的季風氣候特征。5～10月為雨季，多雷暴。根據(jù)雷暴觀測資料顯示，石林縣年平均雷暴日為69.78天，最高年份可達109天，最少的年份也有33天。雷暴的主要集中在5～9月，6～8月為每年雷暴高發(fā)月，最高可達22天。

1.2 石林風景區(qū)雷擊風險分析

石林風景區(qū)地處雷災(zāi)高發(fā)區(qū)，雷暴日平均值為69.78天。景區(qū)范圍寬、面積大、遍布形態(tài)各異的奇柱異石、石峰石柱，有的如利劍刺空、有的如古塔群立、有的如靈芝菌集、有的如高墻壁立，區(qū)域內(nèi)巖石嶙峋，奇峰林立，極易產(chǎn)生尖端放電效應(yīng)，加之石峰、石牙形態(tài)尖銳、所處地勢較高，景區(qū)位置空曠開闊，在強對流天氣的作用下，易引起空中電場畸變、大氣環(huán)流突變，從而誘發(fā)雷電。

主要表現(xiàn)為以下幾點。

（1）處于此區(qū)域的游客遭受直擊雷的風險較大。

（2）由于石峰固有的物理屬性，其電阻率高達4000～5000Ω·m使得雷電能量泄放受阻，雷擊可能造成石體爆裂、石塊崩落飛濺而砸傷游客。

（3）雷擊易產(chǎn)生跨步電壓、接觸電壓，可能導(dǎo)致游客的生命安全和財產(chǎn)安全受到威脅。

2防雷系統(tǒng)設(shè)計方案

防雷是一項系統(tǒng)工程，必須依據(jù)綜合治理、整體防范、多重保護、層層設(shè)防的治理方針，針對雷電的入侵途徑，采取引、泄、堵、疏、防、避的防雷措施，任何一個環(huán)節(jié)的疏漏都有可能造成嚴重的安全隱患[1～3]。結(jié)合石林風景區(qū)實際情況，研究建立石林風景區(qū)雷電監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，為景區(qū)雷電災(zāi)害的防御決策提供預(yù)警信息、傳遞緊急避險指令。

2.1 雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

（1）室外探測器安裝在監(jiān)控室外平地或屋頂。屋面安裝可安裝在外墻，采用U型卡固定。支桿良好接地。

（2）主控制器安裝在探測器底部高屏蔽度的不銹鋼圓筒中，室外探測器和屏蔽圓筒安裝在立桿上。室內(nèi)交流電源穿過塑料穿管通向探測器總成。室內(nèi)部分根據(jù)室內(nèi)條件布線，走線架或單獨穿管走線。

（3）室內(nèi)與探測器通過計算機連接，配置安裝1臺專用計算機，以便存儲數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)等用途。

2.2 雷電預(yù)警系統(tǒng)接線

系統(tǒng)設(shè)計成由一個室外電場探頭+處理主機、1臺監(jiān)控PC組成、報警裝置組成。室外電場探頭直接探測戶外的大氣電場值，并將此電場值轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，記錄在數(shù)據(jù)卡上，三級報警信號、雷電防護控制開關(guān)信號（控制升降避雷針）、電場探測信號通過RS485總線送到控制室PC機進行監(jiān)控，PC上安裝專門的監(jiān)控軟件實現(xiàn)友好的人機界面。室外處理主機集成有電子開關(guān)，每組開關(guān)均有常開和常閉觸點，可外接警報裝置如警燈、警鈴，或控制開關(guān)如接觸器、斷路器等。

2.3 綜合雷電災(zāi)害防護體系

從石林風景名勝區(qū)的防雷保護現(xiàn)狀看，有必要綜合考慮石林景區(qū)的地理氣候條件、風景區(qū)的自然環(huán)境、地質(zhì)地貌、防護裝置與自然景觀的美觀協(xié)調(diào)性等因素，對景區(qū)內(nèi)的雷電防護關(guān)鍵技術(shù)進行深入的研究，才能切實、有效地搞好景區(qū)的雷電防護[4～6]。

對石林風景名勝區(qū)雷電災(zāi)害防護體系的建設(shè)包括直擊雷的防護、雷電感應(yīng)防護設(shè)施的建設(shè)，緊急避險設(shè)施和警示標識的設(shè)計，主要表現(xiàn)以下幾個方面。

（1）直擊雷防護措施。

主要是對建筑物和建筑物周圍空曠的場地安裝固定式獨立避雷針進行直擊雷保護。

（2）雷電感應(yīng)防護措施。

主要方法是采用等電位、均壓、屏蔽、接地、分流等方法將雷電過電壓、過電流及雷擊電磁脈消除在設(shè)備外圍，從而有效地保護各類設(shè)備。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)防雷措施。

監(jiān)控室所在建筑物應(yīng)有防直擊雷的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)。其防直擊雷措施應(yīng)符合GB50057-94中有關(guān)直擊雷保護的規(guī)定。進入監(jiān)控室的各種金屬管線應(yīng)接到防感應(yīng)雷的接地裝置上。

（4）接地措施。

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-94）要求，接地體的埋設(shè)深度其頂部不小于0.5m，接地體埋設(shè)位置距建筑物不宜小于1.5m。接地體的連接采用焊接，焊接處焊縫應(yīng)飽滿并有足夠的機械強度等。

3結(jié)語

文章對石林風景區(qū)可能存在的雷電安全隱患進行了詳細分析，并對雷電風險進行了評估，提出結(jié)合石林風景區(qū)實際情況，研究建立石林風景區(qū)雷電監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，為景區(qū)雷電災(zāi)害的防御決策提供預(yù)警信息、傳遞緊急避險指令。

參考文獻

[1] GB50057-1994（2000年版）建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB50343-2004建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 楊仲江.防雷工程檢測與驗收[M].北京：氣象出版社，2005.

[4] 中國氣象局.建筑物防雷檢測技術(shù)規(guī)范（GB/T21431-2008）[S].北京：中國標準出版社，2008.

[5] 《微波站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》（YD2011—93[S].

[6] 《電子設(shè)備雷擊保護導(dǎo)則（選）》（GB7450—87）[S].