某螺旋鋼管廠綜合防雷改造

李文才

（河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校 061001）

滄州地處華北平原東端，渤海西岸，屬溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候，土壤呈堿性，電阻率較低，年平均雷暴日達(dá)28天，屬于雷暴多發(fā)區(qū)[1]。

2011年7月26日16時左右，滄州東部沿海地區(qū)遭遇強(qiáng)雷暴天氣，海興縣境內(nèi)的某螺旋鋼管廠廠房遭受雷電直擊，造成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和監(jiān)控室內(nèi)的UPS電源、監(jiān)控用硬盤錄像機(jī)、部分監(jiān)控探頭、自動焊接機(jī)和數(shù)控機(jī)床等設(shè)備損毀，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)30余萬元，間接損失達(dá)200多萬元。

1 雷電分布

1.1 雷電流幅值分布

運(yùn)用IEEE和CIGRE推薦的近似對數(shù)正態(tài)分布式的標(biāo)準(zhǔn)式電流幅值，b為曲線的方差）進(jìn)行曲線擬合，得到2005—2010年滄州地區(qū)雷電定位系統(tǒng)探測到的雷電流幅值[3-4]的累計概率分布曲線，如圖1所示。

經(jīng)擬合分析，滄州地區(qū) 6年 a的平均值約為38.2kA，b的平均值為2.9，正極性雷電流幅值累計概率分布曲線比負(fù)極性雷電流雷擊概率曲線平緩，正極性雷電流幅值分散性更大。

圖1 2005—2010年全部數(shù)據(jù)的雷電流幅值累計概率分布曲線

1.2 雷暴日統(tǒng)計分析

雷暴日是防雷工程設(shè)計和工程驗(yàn)算中使用頻率最高的參數(shù)，它集中反映一個地區(qū)雷電活動的頻度，對其統(tǒng)計采用網(wǎng)格法[4]。

根據(jù)2005—2010年的雷電數(shù)據(jù)分析：滄州地區(qū)雷暴日數(shù)的月變化呈單峰分布，季節(jié)性分布顯著，80%的地閃集中在7月、8月和9月，平均為8.6d，全天各時間段都有雷暴發(fā)生，其中16∶00—22∶00時為雷暴頻發(fā)時段，頻率為45%[1]。

2 雷擊事故分析

2.1 防雷意識淡薄

通過交流和座談，發(fā)現(xiàn)企業(yè)管理人員的雷電知識較匱乏，對雷電防護(hù)缺乏深入科學(xué)的理解和掌握，存在嚴(yán)重的僥幸心理，總認(rèn)為雷電距離自己太遙遠(yuǎn)了，不會發(fā)生雷擊事故。

2.2 自然條件較差

建廠前此地為水深1.0m的魚塘，后用各種建筑垃圾填埋整平，廠周圍地勢平坦，沒有其他建筑物或構(gòu)筑物，且?guī)缀鯖]有樹木生長，廠區(qū)內(nèi)存在大量綱管和各類電器設(shè)備。當(dāng)出現(xiàn)雷暴天氣時，此環(huán)境為雷云先導(dǎo)放電和雷電災(zāi)害發(fā)生創(chuàng)造有利條件。

2.3 接地電阻較高

廠房為長50m、寬25m、高15m的鋼結(jié)構(gòu)形式，鋼結(jié)構(gòu)通過混凝土樁（樁內(nèi)無鋼筋）內(nèi)預(yù)埋件與大地連接，沒有專用人工接地極，利用ZC-8接地電阻表實(shí)際測量，接地電阻達(dá)到 15.6Ω；行政綜合樓為長50m、寬10m、高10.5m的三層磚混結(jié)構(gòu)，樓頂女兒墻上沒有安裝避雷線，測得樓內(nèi)總等電位點(diǎn)的接地電阻達(dá)到 12.3 Ω。因接地電阻較高，無論雷電直接擊中廠房或行政綜合樓，強(qiáng)大的雷電流都不能迅速流入大地，在落雷點(diǎn)附近形成較大電勢差，造成反擊。

2.4 缺少防雷設(shè)備

廠區(qū)內(nèi)除配電變壓器低壓側(cè)安裝氧化鋅避雷器外，其它配電系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)均沒有安裝過電壓保護(hù)裝置，當(dāng)雷擊廠房后強(qiáng)大的雷電感應(yīng)過電壓沿著配電線路和信息傳輸線路侵入各種電器設(shè)備，造成設(shè)備損毀。

3 雷電災(zāi)害的綜合防護(hù)

3.1 提高防雷意識

建筑物（構(gòu)筑物）防雷包括防直擊雷、防雷電感應(yīng)和防雷電波侵入三部分[5]。對于防直擊雷企業(yè)管理人員都認(rèn)同，但對于防雷電感應(yīng)和雷電波侵入?yún)s存在不同的意見，很多人由于缺乏對雷電產(chǎn)生機(jī)理和雷電防護(hù)的科學(xué)認(rèn)識和理解，認(rèn)為無需進(jìn)行防護(hù)。針對這種情況，企業(yè)利用停產(chǎn)整改的機(jī)會對員工進(jìn)行兩個半天的雷電知識講座，通過大量的案例分析和本次雷擊的慘痛教訓(xùn)，增強(qiáng)了員工對雷電的理解和防護(hù)意識。

3.2 降低接地電阻

廠區(qū)是用建筑垃圾二次回填而成，且鋼結(jié)構(gòu)立柱只與混凝土樁內(nèi)預(yù)埋件連接，導(dǎo)致接地電阻較高。為降低接地電阻，提高安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本次改造中重新為廠房和行政綜合樓加裝如圖2所示的人工接地裝置。接地裝置設(shè)計成網(wǎng)格狀，廠房內(nèi)部方格大小為10m×10m，廠房外部方格大小為5m×5m；行政綜合樓接地裝置圍繞樓房設(shè)計成環(huán)狀，女兒墻上安裝φ12mm的鍍鋅圓鋼作為避雷線，避雷線通過φ12mm的鍍鋅圓鋼引線下與水平接地裝置在距地面1.8m處連接，引下線間距為10m。水平接地極采用50mm×5mm鍍鋅扁鋼，垂直接地極采用50mm×50mm×5mm鍍鋅角鋼（長度為2.5m），具體做法參照 03D501-4《接地裝置安裝》。廠房內(nèi)從不同位置引出6個預(yù)留接地極，作為低壓配電、自動焊接機(jī)和數(shù)控機(jī)床等電器設(shè)備的保護(hù)接地，行政綜合樓總等電位端子通過40mm×4mm鍍鋅扁鋼與水平接地極連接。水平接地極與垂直接地極的敷設(shè)方法如圖3所示。改造后測量圖2中6個點(diǎn)的接地電阻，阻值如表1所示。

表1 測量點(diǎn)的接地電阻

圖2 接地裝置示意圖

3.3 加裝SPD（浪涌保護(hù)器）防護(hù)

綜合樓和廠房的配電系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)中選擇安裝合適的 SPD防護(hù)。各種SPD的配合原則詳見 GB/T 21714.4—2008和 IEC 62305-4：2006。

圖3 接地裝置敷設(shè)截面圖

1）電源防護(hù)

電源系統(tǒng)采用如圖4所示的三級防護(hù)，在廠區(qū)配電室總開關(guān)處加裝B級高能量SPD，在行政綜合樓和廠房的總電源處加裝C級SPD，在行政綜合樓樓層總開關(guān)和廠房內(nèi)自動焊接機(jī)、數(shù)控機(jī)床等大型設(shè)備電源處加裝D級SPD。

圖4 電源三級雷電防護(hù)圖

2）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與外界通過無金屬光纖與公共互聯(lián)網(wǎng)連接，一般認(rèn)為光纖具有良好的防雷效果[6]，不需要采取雷電防護(hù)措施。其它終端計算機(jī)都在行政綜合樓內(nèi)，在保證供電電源做好防雷保護(hù)的前提下，所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不再加裝SPD。

3）監(jiān)控系統(tǒng)防護(hù)

監(jiān)控裝置既有電源線、視頻線，又有控制線。因此，對于帶有云臺的監(jiān)控攝像頭采用AD/TV-3型三合一防雷器，該防雷器采用電源、視頻、控制線一體化防浪涌設(shè)計，能有效防止感應(yīng)過電壓、操作過電壓和靜電放電等所造成的設(shè)備損壞。三合一防雷器性能指標(biāo)如表2所示。

表2 三合一防雷器性能指標(biāo)

4）等電位連接

所有 SPD的接地端子就近與接地極等電位連接，具體做法參照 02D501-2《等電位聯(lián)結(jié)安裝》，所用接地線符合文獻(xiàn)[5]相關(guān)條款要求。同時，對于網(wǎng)絡(luò)機(jī)房內(nèi)的服務(wù)器、交換機(jī)和UPS電源以及監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)控主機(jī)、硬盤錄像機(jī)、UPS電源等設(shè)備必須作等電位連接，并將公共接地端與圖2中的接地極就近連接。

4 防護(hù)效果評價

該公司認(rèn)真吸取“7.26”雷擊事故的教訓(xùn)，及時投入近10萬元對廠區(qū)進(jìn)行了綜合防雷改造，提高了公司配電系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控系統(tǒng)、自動焊接機(jī)和數(shù)控機(jī)床等電器設(shè)備的耐雷水平。經(jīng)過2011年8、9月份幾次強(qiáng)雷暴天氣的考驗(yàn)，運(yùn)行效果良好。2012年4月5日對該公司安裝的SPD和接地裝置進(jìn)行檢查和復(fù)測，其結(jié)果與2011年7月份改造后測得結(jié)果幾乎相同，完全符合文獻(xiàn)[5]和GB 50174—1993要求的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]劉金玉,彭潔文.滄州市雷電活動時間分布分析及防雷對策[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2011(2).

[2]陳家宏,童雪芳,谷山強(qiáng),等.雷電定位系統(tǒng)測量的雷電流幅值分布特征[J].高電壓技術(shù), 2008, 34(9): 1893-1897.

[3]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620/1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S], 1997.

[4]陳家宏,鄭家松,馮萬興,等.雷電日統(tǒng)計方法[J].高電壓技術(shù), 2006, 32(11): 115-118.

[5]GB 50057—94建筑物防雷設(shè)計規(guī)范（第二版）[S].北京：中國計劃出版社, 2001.

[6]何山,武尚德.信息設(shè)備及系統(tǒng)的供電、接地和防雷[J].電力自動化設(shè)備, 2001(8): 57-61, 72.