農(nóng)場(chǎng)防雷設(shè)施存在問(wèn)題分析及改進(jìn)措施探討

陳秋壯，吉文應(yīng)，陳運(yùn)馳

(1.海南省樂(lè)東縣氣象局，海南 樂(lè)東 572500;2.海南省瓊中縣氣象局，海南 瓊中 572900)

農(nóng)場(chǎng)防雷設(shè)施存在問(wèn)題分析及改進(jìn)措施探討

陳秋壯1，吉文應(yīng)2，陳運(yùn)馳1

(1.海南省樂(lè)東縣氣象局，海南 樂(lè)東 572500;2.海南省瓊中縣氣象局，海南 瓊中 572900)

該文對(duì)樂(lè)東縣域內(nèi)的海南農(nóng)墾總局所屬的國(guó)營(yíng)山榮、保國(guó)、樂(lè)光農(nóng)場(chǎng)的建筑物防雷裝置存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了針對(duì)性的解決措施。

農(nóng)場(chǎng);防雷裝置;分析

1 引言

海南省是全國(guó)雷暴高發(fā)地區(qū)之一，年平均雷暴日在60.5～123.2 d之間，屬于強(qiáng)雷暴區(qū)域。海南農(nóng)墾總局所屬的各個(gè)農(nóng)場(chǎng)位于海南島的雷暴易發(fā)地區(qū)，其中海南省樂(lè)東縣域內(nèi)的國(guó)營(yíng)山榮、保國(guó)、樂(lè)光農(nóng)場(chǎng)每年都有不同程度的雷災(zāi)發(fā)生，造成電氣、電子設(shè)備損壞，給農(nóng)場(chǎng)的安全生產(chǎn)生活帶來(lái)了嚴(yán)重的危害，做好農(nóng)場(chǎng)防雷減災(zāi)工作，保護(hù)人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全，至關(guān)重要。本文通過(guò)對(duì)農(nóng)場(chǎng)建筑物防雷裝置存在問(wèn)題進(jìn)行分析，提出適合農(nóng)場(chǎng)的防雷改進(jìn)措施。

2 農(nóng)場(chǎng)概況

2.1 基本情況

海南省樂(lè)東縣位于海南島西南部，三面環(huán)山，西南面為濱海平原向南海和北部灣敞開(kāi)，其它地區(qū)是丘陵、盆地和高嶺山地為內(nèi)陸山區(qū)。地形呈階梯狀下降，因此對(duì)于偏南或西南暖濕氣流為迎風(fēng)坡，同時(shí)山地下墊面水熱條件差異較大，造成樂(lè)東縣內(nèi)陸山區(qū)為全縣的雷暴高發(fā)區(qū)，年平均雷暴日數(shù)為90.9 d，最高達(dá)110.0 d，屬于強(qiáng)雷區(qū)。

樂(lè)東縣域內(nèi)的國(guó)營(yíng)山榮、保國(guó)、樂(lè)光農(nóng)場(chǎng)位于樂(lè)東縣的內(nèi)陸山區(qū)，建筑物比較分散，主要分布在山坡下或山地中土壤電阻率較小之處，為雷暴易發(fā)地區(qū)。農(nóng)場(chǎng)主要建筑物有辦公樓、醫(yī)院門(mén)診樓、住院樓等。大部分建筑物建于20世紀(jì)80年代，均為6層以下的建筑物，其防雷裝置因年久失修，安全性能已不符合現(xiàn)行防雷規(guī)范的要求，一旦發(fā)生雷擊事故，易造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

2.2 防雷裝置概況

樂(lè)東縣域內(nèi)海南農(nóng)墾總局所屬國(guó)營(yíng)山榮、保國(guó)、樂(lè)光農(nóng)場(chǎng)的3家農(nóng)場(chǎng)場(chǎng)部共計(jì)建筑物226幢，有24幢建筑物沒(méi)有安裝防雷裝置，連隊(duì)建筑物幾乎無(wú)防雷裝置。安裝防雷裝置的建筑物中，只有62幢直擊雷防雷裝置全部性能指標(biāo)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，平均合格率僅為27.4%，沒(méi)有任何防感應(yīng)雷和雷電波入侵措施。存在的問(wèn)題主要有:

①大部分建筑物采用接閃桿保護(hù)方式，部分建筑物接閃網(wǎng)格過(guò)大，不符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057－2010規(guī)定，不能對(duì)建筑物進(jìn)行有效的直擊雷保護(hù)。②防雷裝置安裝工藝不符合防雷技術(shù)規(guī)范要求。③防雷引下線間距過(guò)大，數(shù)量偏少。④部分防雷裝置所用材料偏細(xì)。⑤部分外部防雷裝置損壞或銹蝕嚴(yán)重。⑥部分防雷裝置接地電阻過(guò)大。⑦建筑物天面的接收天線、太陽(yáng)能熱水器、不銹鋼水罐均未設(shè)接閃器保護(hù)，金屬部件也未與防雷裝置等電位連接。⑧建筑物天面廣播喇叭、電源、電話等線路捆綁于接閃帶上。⑨所有建筑物均未設(shè)防雷電感應(yīng)及防雷電波入侵措施。

3 農(nóng)場(chǎng)雷電危害途徑

①雷云對(duì)地放電時(shí)，閃電直接擊中地面物體，強(qiáng)大的雷電流注入被擊物產(chǎn)生熱效應(yīng)、電效應(yīng)、內(nèi)壓力和沖擊波造成人員傷亡及建筑物損壞。

②雷電電磁感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓、過(guò)電流通過(guò)供電線路、通信線路、金屬管道等進(jìn)入室內(nèi)造成人員傷亡及損壞設(shè)備。

③雷擊建筑物及附近雷電閃擊引起的電磁輻射，導(dǎo)致建筑物內(nèi)的弱電設(shè)備的損壞。

④雷電產(chǎn)生的暫態(tài)高電位和雷電反擊導(dǎo)致人員傷亡和建筑物內(nèi)弱電設(shè)備損壞。

4 農(nóng)場(chǎng)防雷裝置存在問(wèn)題

4.1 直擊雷防護(hù)存在問(wèn)題

4.1.1 接閃器 由攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃線、接閃網(wǎng)以及金屬屋面金屬構(gòu)件等組成［1］。農(nóng)場(chǎng)90%以上建筑物是第三類防雷建筑物，其接閃方式都是采用2～3支等高接閃桿保護(hù)。按滾球半徑60 m計(jì)算，達(dá)不到完全保護(hù)建筑物的要求，建筑物易受雷擊的邊、角保護(hù)不到，存在較大的雷擊隱患。如2007年7月10日保國(guó)農(nóng)場(chǎng)場(chǎng)部宿舍區(qū)某宿舍樓(只有接閃桿保護(hù))的屋角遭受直擊雷擊，造成屋角損壞。

另外，接閃桿雖具有針尖部位電場(chǎng)強(qiáng)度大易于接閃的保護(hù)優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于一些雷電流強(qiáng)度小的雷擊，往往接閃不到而發(fā)生繞擊。2008年8月6日樂(lè)光農(nóng)場(chǎng)某宿舍樓(只有接閃桿保護(hù))的外墻遭受雷擊，外墻批擋層脫落屬于這種現(xiàn)象。少部分住宅樓雖采用桿帶結(jié)合接閃保護(hù)，但接閃帶的敷設(shè)不規(guī)范，焊口短、高度偏矮、敷設(shè)偏向內(nèi)側(cè)，達(dá)不到預(yù)期的防雷效果。辦公樓、醫(yī)院門(mén)診樓、住院樓采用接閃帶保護(hù)方式，但網(wǎng)格過(guò)大，達(dá)不到第二類(小于10 m×10m或12 m×8 m)防雷接閃網(wǎng)格要求。

4.1.2 引下線 引下線是用于將雷電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置的導(dǎo)體，是強(qiáng)大雷電流的入地散流的輸送渠道，對(duì)防雷效果有著至關(guān)重要作用。農(nóng)場(chǎng)宿舍樓引下線幾乎只有2條，間距＞25 m數(shù)量偏少，部分引下線所用圓鋼直徑為ф6 mm，部分銹蝕嚴(yán)重造成直徑＜ф8 mm，不符合《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057－2010的最低要求，不利于雷電流的泄放，甚至在雷電流通過(guò)時(shí)會(huì)燒斷。同時(shí)，由于引下線數(shù)量偏少，使得通過(guò)引下線的雷電流過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的雷電電磁輻射及高電位反擊，對(duì)人員和設(shè)備造成危害。

4.1.3 接地裝置 用于傳導(dǎo)雷電流并將其流散入大地，反映接地裝置主要性能指標(biāo)是接地電阻值。農(nóng)場(chǎng)大部分建筑物為磚混結(jié)構(gòu)，其接地體為埋入土壤中的人工接地體，由于年久老化，有部分接地電阻值偏大，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。由于接地電阻偏大，不利于雷電流散流入地，造成跨步電壓過(guò)大，對(duì)行人存在較大的安全隱患。

4.2 感應(yīng)雷防護(hù)措施存在問(wèn)題

4.2.1 防雷電感應(yīng)措施 農(nóng)場(chǎng)很多住宅樓天面裝有接收天線、太陽(yáng)能熱水器、不銹鋼水罐，這些暴露在外的家用設(shè)施均未設(shè)接閃器保護(hù)，且金屬構(gòu)件又未接地，存在較大的安全隱患。如果雷電擊中上述設(shè)施，雷電流將通過(guò)天饋線侵入設(shè)備或沿水流進(jìn)入建筑物;另一方面，雷電在上述設(shè)施的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)造成的過(guò)電壓脈沖，也會(huì)通過(guò)上述途徑進(jìn)入建筑物損壞家電設(shè)備，甚至危及室內(nèi)人員安全。4.2.2 防雷電波侵入措施 農(nóng)場(chǎng)供電和通信線路均為無(wú)金屬屏蔽層的架空線路，且未安裝電涌保護(hù)器(SPD)過(guò)電壓保護(hù)措施，甚至部分建筑物天面還有廣播喇叭、各類電源、電話等線路捆綁于防雷裝置接閃帶上。研究表明，無(wú)屏蔽架空線路的感應(yīng)電壓可達(dá)到10～20kV以上。在3 km以外發(fā)生雷擊時(shí)，對(duì)于一般的信號(hào)線路可能會(huì)產(chǎn)生1kV的感應(yīng)過(guò)電壓。如果雷擊中架空線路和建筑物或者雷擊架空線路和建筑物附近，將會(huì)產(chǎn)生幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)安培的沖擊電流或造成幾萬(wàn)伏感應(yīng)電壓通過(guò)線路侵入建筑物，造成建筑物內(nèi)人員和設(shè)備危害。

5 農(nóng)場(chǎng)防雷裝置改進(jìn)措施

5.1 直擊雷防護(hù)措施

①農(nóng)場(chǎng)連隊(duì)建筑物大部分是磚混結(jié)構(gòu)的平頂房，分布在山谷中，相對(duì)較集中，強(qiáng)雷暴活動(dòng)概率較大。應(yīng)采用接閃效果較好的塔式獨(dú)立接閃桿保護(hù)，接閃桿的安裝高度和安裝數(shù)量按60 m滾球半徑計(jì)算確定，并應(yīng)達(dá)到全保護(hù)建筑物的要求。

②場(chǎng)部宿舍樓的改進(jìn)，對(duì)于只有接閃桿保護(hù)的建筑物，在建筑物天面四周或女兒墻易受雷擊的部位用直徑不小于ф10 mm熱鍍鋅圓鋼敷設(shè)接閃帶;接閃帶和原有的接閃桿組成桿帶結(jié)合的保護(hù)形式，提高攔截效果，達(dá)到全保建筑物的要求。

天面裝有接收天線、太陽(yáng)能熱水器、不銹鋼水罐的建筑物，應(yīng)裝設(shè)達(dá)到全保設(shè)施要求的接閃桿保護(hù)。少部分雖采用桿帶結(jié)合接閃保護(hù)，但接閃帶的敷設(shè)不規(guī)范，達(dá)不到理想防護(hù)效果的建筑物，應(yīng)用直徑不小于ф10 mm熱鍍鋅圓鋼重新敷設(shè)接閃帶。

對(duì)于引下線偏少的建筑物應(yīng)用直徑不小于ф10 mm熱鍍鋅圓鋼沿建筑物外墻易受雷擊的部位增設(shè)引下線，使引下線平均間距不大于25 m，同時(shí)增加相應(yīng)的接地體并和原有接地體焊接。所用圓鋼直徑為ф6 mm或嚴(yán)重銹蝕的引下線應(yīng)用直徑不小于ф10 mm熱鍍鋅圓鋼替換，同時(shí)增加相應(yīng)的接地體并和原有接地體焊接。

引下線拐彎處夾角小于90°的，應(yīng)重新補(bǔ)焊使其拐彎處夾角大于90°，減少雷電通過(guò)時(shí)電動(dòng)力的作用。對(duì)于接地電阻過(guò)大的建筑物應(yīng)重新敷設(shè)接地裝置，使接地電阻達(dá)到≤10Ω的要求。接地裝置采用40×4 mm的熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體，采用50×50×5×2 000 mm的熱鍍鋅角鋼作為垂直接地體，為了減少相鄰垂直接地體間的屏蔽效應(yīng)保持最佳散流效果，相鄰垂直接地體間的距離應(yīng)為4 m。為減少跨步電壓，接地體的埋設(shè)深度應(yīng)不小于1 m。

③辦公樓、醫(yī)院門(mén)診樓、住院樓主要是框架結(jié)構(gòu)的建筑物，對(duì)于接閃網(wǎng)格過(guò)大的建筑物，用直徑不小于ф10 mm熱鍍鋅圓鋼和原有接閃帶焊接增設(shè)接閃網(wǎng)格，使其達(dá)到第二類防雷接閃網(wǎng)格要求。對(duì)于引下線偏少的建筑物，可以鑿取建筑物結(jié)構(gòu)柱主鋼筋作為引下線，使引下線平均間距不大于18 m，接地電阻要求≤4Ω。

④所有的焊口應(yīng)做防腐處理。

5.2 感應(yīng)雷防護(hù)措施

5.2.1 雷電波入侵防護(hù)措施

①在農(nóng)場(chǎng)供電變壓器的低壓輸出端供電線路采用帶金屬屏蔽層的鎧裝電纜，電纜埋地敷設(shè)，埋地長(zhǎng)度不應(yīng)小于15 m，金屬屏蔽層的兩端接地，一端和變壓器的接地連接，另一端和配電箱的接地連接，埋地長(zhǎng)度超過(guò)30 m時(shí)，中間應(yīng)增加接地點(diǎn)。進(jìn)入建筑物的通信線應(yīng)盡量埋地敷設(shè)，埋地長(zhǎng)度不應(yīng)小于15 m。

②場(chǎng)部宿舍區(qū)的供電系統(tǒng)采取一至二級(jí)的保護(hù)措施。在宿舍區(qū)的配電箱處安裝一組三相型號(hào): REP－D380B7C，8/20us，In:60KA，Up＜2.5KV的電涌保護(hù)器(SPD)。在用戶的電表箱處盡可能安裝單相型號(hào):REP－D220B5B，8/20us，In為40KA，Up＜1.8KV的SPD。盡可能在用戶室內(nèi)PSTN撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)通信線MODEN前和電話通訊系統(tǒng)進(jìn)線端分別安裝信號(hào)SPD，用于線路的防雷保護(hù)。

③連隊(duì)建筑物雷電波入侵防護(hù)采取上述的防護(hù)方法。

④場(chǎng)部辦公樓、醫(yī)院門(mén)診樓、住院樓的供電系統(tǒng)采取安裝二至三級(jí)浪涌保護(hù)器(SPD)防護(hù)。總配電箱處安裝第一級(jí)，型號(hào):KBT－380AJ/60，8/20us，In:60KA，Up＜2.5KV的SPD;樓層開(kāi)關(guān)處安裝第二級(jí)，型號(hào):KBT－220AJ/40，8/20us，In:40KA，Up＜1.8KV的SPD;機(jī)房開(kāi)關(guān)處或設(shè)備前端安裝第三級(jí)，型號(hào):KBT－220AJ/20，8/20us，In:20KA，Up＜1.5KV的SPD。在設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)分線柜或分線盒處的交換機(jī)安裝24口網(wǎng)絡(luò)浪涌保護(hù)器(SPD)防護(hù)，截?cái)嗑W(wǎng)絡(luò)線路雷電波的入侵途徑。

⑤為防止或減少雷擊電磁脈沖的影響，弱電設(shè)備應(yīng)盡量擺放在底一、二層的建筑物內(nèi)，離結(jié)構(gòu)柱或引下線的距離不小于1 m。線路的布設(shè)應(yīng)離建筑物結(jié)構(gòu)柱或引下線的距離不小于1 m，并盡量避免構(gòu)成環(huán)狀，減弱感應(yīng)雷電流環(huán)路，同時(shí)拆除捆綁在建筑物防雷裝置上的各種線路。

5.2.2 等電位連接 建筑物天面的接收天線、太陽(yáng)能熱水器、不銹鋼水罐等金屬物，應(yīng)做好等電位連接并用專設(shè)接地線和建筑物接地裝置相連接，即共地不共線的連接。辦公樓、醫(yī)院門(mén)診樓里的重要設(shè)備應(yīng)專設(shè)接地網(wǎng)，并在設(shè)備接地線的入口處用一個(gè)放電間隙與建筑物接地裝置相連接，即暫態(tài)共地。應(yīng)盡量做好室內(nèi)電器電子設(shè)備和住宅樓洗澡間金屬物的等電位連接和接地。

6 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)場(chǎng)建筑物防雷裝置還不完善。為了防止或減少雷電災(zāi)害的發(fā)生，保護(hù)人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全，應(yīng)針對(duì)各建筑物防雷裝置存在問(wèn)題進(jìn)行整改，沒(méi)有防雷裝置的建筑物要盡快安裝防雷裝置，新建、改建、擴(kuò)建工程的防雷裝置必須與主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入使用。防雷裝置的設(shè)計(jì)和施工，必須由取得防雷工程專業(yè)設(shè)計(jì)和施工資質(zhì)、資格證的單位和人員承擔(dān)。防雷裝置設(shè)計(jì)必須經(jīng)審核同意才得交付施工，防雷裝置竣工必須經(jīng)驗(yàn)收合格方可投入使用。同時(shí)防雷裝置施工過(guò)程應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)監(jiān)督管理和跟蹤檢測(cè)才能保證防雷裝置的質(zhì)量符合要求，使防雷裝置達(dá)到理想的防雷效果。

［1］ GB50057—2010.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

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TM862

B

2012－04－05

陳秋壯(1965—)，男，工程師，主要從事防雷工作和天氣氣候工作。

1003－6598(2012)03－0043－03