采石場(chǎng)地面炸藥倉(cāng)庫(kù)的防雷設(shè)計(jì)

李國(guó)龍　張康超　邱世善

[摘 要]國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源及資源的需求量不斷增長(zhǎng)，礦山數(shù)量也隨之迅速增加，炸藥倉(cāng)庫(kù)作為采石場(chǎng)危險(xiǎn)品存放的重級(jí)防護(hù)倉(cāng)庫(kù)，防雷設(shè)計(jì)要進(jìn)行多方面考量，采石場(chǎng)地面炸藥倉(cāng)庫(kù)的安全關(guān)系到全廠區(qū)的安全，是采石場(chǎng)生產(chǎn)、生存的重中之重。炸藥倉(cāng)庫(kù)存放易燃易爆品，具有非常高的危險(xiǎn)性，一旦發(fā)生爆炸，會(huì)造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。防雷設(shè)計(jì)要做到設(shè)計(jì)合理安全規(guī)范和全面，保證安全可靠.

[關(guān)鍵詞]地面炸藥倉(cāng)庫(kù) 直擊雷 閃電感應(yīng) 閃電靜電感應(yīng) 接地網(wǎng)

中圖分類號(hào)：F274；D631.44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）01-0006-02

雷擊的危害：

雷電是自然大氣中的一種電荷放電現(xiàn)象，常伴有強(qiáng)烈的閃光和巨大的響聲。當(dāng)云內(nèi)、云際、云地間的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)擊穿大氣，形成導(dǎo)電通道，發(fā)生閃電放電現(xiàn)象。

雷電的危害主要是指雷云與大地之間放電現(xiàn)象帶來的雷擊事故，采石場(chǎng)地面炸藥倉(cāng)庫(kù)雷擊事故的危害主要來源于二個(gè)方面：

一、是直擊雷的危害。直擊雷的危害主要來源于雷電直接擊中地面物體時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械力、熱效應(yīng)和電效應(yīng)等對(duì)物體產(chǎn)生的危害。

雷電直接擊中物體的一瞬間，強(qiáng)大的雷電流和高電位，會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，并以機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和電效應(yīng)的形式表現(xiàn)出來。雷電的機(jī)械效應(yīng)主要以沖擊波和內(nèi)壓力，使被擊中物體發(fā)生爆破和錯(cuò)位；熱效應(yīng)會(huì)使雷擊點(diǎn)附近溫度升高，甚至超過6000℃，導(dǎo)致被擊物體燃燒，金屬熔化；雷電的電效應(yīng)會(huì)使雷擊點(diǎn)及附近金屬物體電荷急極升高，使載流導(dǎo)體變形要，甚至折斷。

二、閃電感應(yīng)：閃電電磁感應(yīng)、閃電靜電感應(yīng)危害。是指雷電產(chǎn)生的電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)所造成的危害。

由于雷電流非常強(qiáng)大，雷電流的峰值和陡度極大，所以在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。處在放電通道附近的金屬導(dǎo)體、電氣電子設(shè)備感應(yīng)出過高的過電壓和過電流，導(dǎo)致金屬間產(chǎn)生火花、電氣電子設(shè)備被擊壞；使附近金屬導(dǎo)體帶上高電位，同時(shí)該高電位與大地連接的其它金屬體發(fā)生空氣間隙擊穿，形成雷電反擊，從而可能引發(fā)多個(gè)金屬體之間的一系列反擊，導(dǎo)致與諸連接的金屬體和電氣電子設(shè)備被擊圩，甚至危及人員生命安全。

采石場(chǎng)地面炸藥倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境特點(diǎn)

炸藥倉(cāng)庫(kù)通常具有以下特點(diǎn)：⑴地理位置：炸藥倉(cāng)庫(kù)通常建立在較無人住的郊外等地；⑵實(shí)施條件：無論是在郊外還是在山區(qū)往往都不具備符合要求的防雷措施；⑶土壤電阻：由于地處山區(qū)，土壤電阻率都較大；⑷內(nèi)部 環(huán)境：內(nèi)部都儲(chǔ)存有大量的炸藥、雷管等易燃易爆物品。

從以上幾個(gè)特點(diǎn)不難發(fā)現(xiàn)，從雷電防護(hù)角度來看，炸藥倉(cāng)庫(kù)一般都運(yùn)行于高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下，炸藥的妥善存儲(chǔ)是安全生產(chǎn)的頭等大事，雷電防護(hù)是炸藥倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)中必須考慮的重要環(huán)節(jié)。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源及資源的需求量不斷增長(zhǎng)，金屬及非金屬礦山數(shù)量也隨之迅速增加，防雷設(shè)計(jì)在這一領(lǐng)域的重視程度也達(dá)到了一個(gè)新的高度。

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2010年版）第3.0.2.1條第一項(xiàng)的規(guī)定，采石場(chǎng)的地面炸藥倉(cāng)庫(kù)為第一類防雷建筑物，應(yīng)設(shè)防直擊雷措施、閃電感應(yīng)、閃電電磁感應(yīng)、閃電靜電感應(yīng)措施。

1、直擊雷的防護(hù)措施

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定第一類防雷建筑物應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立接閃針或架空接閃線（網(wǎng)）。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采石場(chǎng)的地面炸藥倉(cāng)庫(kù)均設(shè)置在一些偏遠(yuǎn)、邊緣地帶，大多為低矮的獨(dú)立建筑物。所以采用單支或雙支接閃針保護(hù)即可。

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，獨(dú)立接閃針的支柱及其接地裝置至被保護(hù)建筑物的距離不得小于3米。在實(shí)際工程中，要實(shí)地測(cè)量得到倉(cāng)庫(kù)的長(zhǎng)、寬、高及四置環(huán)境等參數(shù)，再計(jì)算得出接閃針的高度和保護(hù)范圍。

1.1 單支接閃針保護(hù)范圍的計(jì)算

參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄四滾球法計(jì)算確定接閃器的保護(hù)范圍。接閃針在hx高度上的保護(hù)半徑（如圖1所示）

AD=rx=√h（2hr-h）-√hx（2hr-hx）。

式中：

rx--------接閃針在hx高度上的保護(hù)半徑

hr-----------滾球半徑，取hr=30米

hx--------被保護(hù)物高度，即是建筑物高度加一米

h----------接閃針高度

反過去可計(jì)算確定接閃針高度。

1.2 雙支等高接閃針的保護(hù)范圍的計(jì)算

參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄四雙支等高接閃針的保護(hù)范圍的計(jì)算。當(dāng)兩針間距離D<2√h（2hr-h）時(shí)，

hx=hr-√（hr-h）2+（D/2）2，可計(jì)算出接閃針高度h。要確定x平面上的保護(hù)范圍，先以單支接閃針的保護(hù)半徑rx為半徑，以兩支接閃針為圓心作弧線相交，再以兩交點(diǎn)為圓心，以單支接閃針的（ro-rx）為半徑作弧線與半徑為rx的弧線相切，所圍成的圖形就是雙等高接閃針在hx高度的保護(hù)范圍。（ro=√h（2hr-h））

另一種方法是作圖法，如圖2所示：

A、B為接閃針，O為中點(diǎn)，HG=√hx（2hr-hx）

HG=EG=FG=r1，AE=BE=rx

因?yàn)槿切蜛OG是直角三角形，用勾股定律計(jì)算出rx，將hr、hx、rx代入公式：h=hr-√hx2-（rx+r1），可求得接閃針的高度。

2、防閃電感應(yīng)措施

炸藥倉(cāng)庫(kù)雖然安裝了防直擊雷設(shè)施，可雷電放電通道的不確定性，不同強(qiáng)度雷電的雷擊點(diǎn)的不同性，所以倉(cāng)庫(kù)還應(yīng)安裝防閃電感應(yīng)措施。

地面炸藥倉(cāng)庫(kù)一般為平面或有低矮女兒墻，應(yīng)沿屋面四圍設(shè)置接閃帶，并在屋面設(shè)置5m×5m或6m×4m的接閃網(wǎng)格，每不大于12米設(shè)置一根引下線與接地裝置相連。炸藥倉(cāng)庫(kù)存放的都是易燃易爆的火工產(chǎn)品，為防止室內(nèi)溫度過高，要求倉(cāng)庫(kù)通風(fēng)條件良好，都在倉(cāng)庫(kù)四面墻上設(shè)置許多柵格金屬通風(fēng)窗，分上下兩層。倉(cāng)庫(kù)的門和門套一般也是金屬材料，當(dāng)發(fā)生雷擊或閃電感應(yīng)時(shí)，這些金屬柵格欄、門窗和屋面板筋都會(huì)感應(yīng)帶有很高的電壓，如不及時(shí)壓降清零，就會(huì)產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，危及庫(kù)內(nèi)炸藥、雷管等，甚至發(fā)生爆炸。另外，球形雷也時(shí)有發(fā)生，隨著氣流的移動(dòng)，球形雷也會(huì)襲擊倉(cāng)庫(kù)，產(chǎn)生的火花放電現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重和后果。所以，倉(cāng)庫(kù)的金屬門窗、通風(fēng)柵格欄和屋面板筋應(yīng)進(jìn)行防雷接地。將屋面板筋、金屬柵格欄上下兩層與地網(wǎng)可靠連接，倉(cāng)庫(kù)的門也要與地網(wǎng)可靠連接。接閃網(wǎng)與引下線構(gòu)成一個(gè)法拉第籠，可有效地防止防閃電感應(yīng)有效地保護(hù)炸藥倉(cāng)庫(kù)的安全。

2.1 消除人體靜電措施

人體在活動(dòng)的過程中，由于各種因素，使人體帶有大量的電荷。在干燥的冬季，衣服上的靜電就更加明顯，可高達(dá)幾千伏甚至上萬伏的電壓。人體衣服上的靜電電荷電壓雖然不大，可其產(chǎn)生的電火花放電對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)易燃易爆危險(xiǎn)品產(chǎn)生很大的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生爆炸。這樣就必須清除人體身上的靜電，保證安全操作，保證炸藥倉(cāng)庫(kù)的安全。

消除靜電的措施一般為靜電球，設(shè)置在倉(cāng)庫(kù)入口旁邊或在進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)的通道邊上。靜電球由不銹鋼金屬球、金屬管與接地網(wǎng)連接組成，當(dāng)工作人員進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)前用手觸摸靜電球，消除身上的靜電，確保操作安全。

3、接地裝置的設(shè)計(jì)

一般認(rèn)為，接地電阻越小，散流越快，地電位升高率越小，對(duì)人的危害越小。由于炸藥倉(cāng)庫(kù)大都是獨(dú)立低矮的小建筑物，因此一般采用人工接地網(wǎng)，接地網(wǎng)繞建筑物做成環(huán)形地網(wǎng)。如山地土壤電阻率偏大，可采用換土或施加降阻劑方法。

接地裝置的設(shè)置參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.2.1.8、4.2.1.5及4.2.2.3條規(guī)定。炸藥倉(cāng)庫(kù)應(yīng)具有兩個(gè)獨(dú)立的接地裝置，即是接閃針和防閃電感應(yīng)，電磁感應(yīng)接地網(wǎng)獨(dú)立接地網(wǎng)，兩個(gè)獨(dú)立地網(wǎng)間距應(yīng)不小于3米。接閃針獨(dú)立接地裝置應(yīng)采用環(huán)形人工地網(wǎng)。環(huán)形人工地網(wǎng)由水平接地裝置和垂直接地裝置組成。接地網(wǎng)距被保護(hù)的建筑物應(yīng)不3小于米?？蓢@倉(cāng)庫(kù)鋪設(shè)，也可在倉(cāng)庫(kù)外鋪設(shè)。工頻接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

4、結(jié)束語(yǔ)

以上是采石場(chǎng)炸藥倉(cāng)庫(kù)的防雷設(shè)計(jì)，在施工過程中還要和實(shí)際相結(jié)合。理論結(jié)合實(shí)踐，才能做出好工程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2010年版）

[2] 蘇邦禮等《雷電與雷電工程》中山大學(xué)出版社 1998

[3] 《防止靜電事故通用導(dǎo)則》GB12158-90