溫室大棚雷災(zāi)成因調(diào)查及防雷措施研究

陳 萬 禎

(張家口市防雷中心，河北 張家口 075000)

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溫室大棚雷災(zāi)成因調(diào)查及防雷措施研究

陳 萬 禎

(張家口市防雷中心，河北 張家口 075000)

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，溫室大棚在從事種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的農(nóng)村地區(qū)廣泛使用，對推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民發(fā)家致富發(fā)揮著重要作用。農(nóng)民朋友們雷電知識少，對雷電危害認(rèn)識不足，產(chǎn)生麻痹思想，從而導(dǎo)致其所建造的溫室大棚防雷措施缺失或不到位。農(nóng)村地區(qū)地形地貌復(fù)雜且多樣，經(jīng)常是雷電高發(fā)區(qū)。通過對一起溫室花卉大棚雷電災(zāi)害事故的調(diào)查，分析雷災(zāi)產(chǎn)生的原因，并提出溫室大棚應(yīng)采取的相應(yīng)防雷措施。

溫室大棚；雷災(zāi)調(diào)查分析；措施

2014年6月15日晚24時10分左右，張家口市壩下農(nóng)科院所屬沙嶺子鎮(zhèn)的一個花卉種植基地內(nèi)溫室花卉大棚遭雷擊起火，大棚的覆蓋物及室內(nèi)相關(guān)設(shè)施被毀。直接財產(chǎn)損失數(shù)萬元，無人員傷亡。災(zāi)情發(fā)生后，筆者和相關(guān)技術(shù)人員立即趕赴現(xiàn)場進行了深入細(xì)致的實地勘察、取證工作，科學(xué)地分析了此次事故發(fā)生的原因，并提出了相應(yīng)的防雷措施。

1 現(xiàn)場勘察、取證

1.1 地理位置和周邊環(huán)境

該花卉種植基地位于張家口市宣化區(qū)沙嶺子鎮(zhèn)南大約1 500 m，周邊無高大的建(構(gòu))筑物，與農(nóng)田相鄰，周邊環(huán)境較為空曠，場院內(nèi)布置成排的花卉大棚，大棚之間用綠化帶、道路及零星樹木隔開。

1.2 現(xiàn)場勘查情況

遭受雷擊的溫室大棚位于北端1#花卉棚，長約80 m，寬30 m，頂高6 m，由一段矮墻和鋼筋龍骨構(gòu)建而成。進入現(xiàn)場可見大棚的頂部接近卷簾機向外伸出的支撐桿附近有一個圓形的孔洞，孔洞周邊區(qū)域覆蓋的塑料薄膜、草簾及絲網(wǎng)等易燃物部分燃燒，頂部其它部位有過火燒焦和煙熏過的痕跡。大棚內(nèi)墻面PVC管電源線路、插座、配電箱等被燒焦。電源線路走向由室外架空引入溫室大棚配電箱。由于事件發(fā)生在雷雨天氣，所以沒有釀成大的火災(zāi)事故。事故現(xiàn)場如圖1～4。

1.3 雷擊情況了解

據(jù)農(nóng)科院值班工作人員講，6月15日午夜24時左右，屋外一道道閃電從空中劃過，伴隨著震耳的雷鳴聲，閃電持續(xù)了一段時間，雨下的不是很大，看見大棚冒出濃煙，立即趕到配電室關(guān)掉總電源。

2 事故成因及分析

2.1 天氣形勢分析

據(jù)張家口市氣象臺資料顯示，2014年6月15日夜間23時30分至24時36分市區(qū)出現(xiàn)了強雷暴天氣過程。

2.2 事故發(fā)生處場所的特點

該花卉種植基地場院內(nèi)布置多排溫室大棚，溫室大棚內(nèi)種植各種花卉作物，其結(jié)構(gòu)以鋼筋龍骨為基本骨架，表面覆蓋絲網(wǎng)、塑料薄膜和草簾，一臺卷簾機及支撐桿伸出大棚頂部，四周較為空曠，整個鋼筋龍骨網(wǎng)架和伸出大棚頂部卷簾架金屬支撐桿均無接地措施，溫室大棚沒有安裝任何防雷裝置。明敷電源線和配電箱無接地措施，配電箱內(nèi)沒有安裝電涌保護器。由于正處于夏季，溫室大棚內(nèi)沒有配備采暖及加熱措施，夜間溫室大棚內(nèi)不需要人員值守。

圖1 大棚配電室被雷擊燒毀 圖2 大棚插座被雷擊燒毀

圖3 大棚卷簾機被雷擊 圖4 大棚被覆物燒毀

2.3 直擊雷的危害

從現(xiàn)場勘查分析判斷，由于當(dāng)日正處于雷雨天氣，該溫室花卉大棚起火燃燒是由于雷電直接擊中花卉大棚，高電壓和大電流瞬間產(chǎn)生的巨大能量引燃了大棚表面塑料布、草簾、絲網(wǎng)等易燃物而發(fā)生了火災(zāi)。所以直擊雷是導(dǎo)致大棚被燒毀的直接元兇。

2.4 雷電電磁感應(yīng)的危害

從現(xiàn)場勘察情況看，室內(nèi)墻邊明敷鋪設(shè)的PVC管電源線路大部爆裂焦黑，控制開關(guān)燒黑、脫落，配電箱被燒毀，距溫室花卉大棚頂端雷擊點附近伸出的一段卷簾機電源線被燒焦。這些現(xiàn)象充分說明在雷暴天氣發(fā)生時，直擊雷擊中花卉大棚后，一方面雷電流由電源線路侵入配電裝置，由于溫室花卉大棚電源線路和電氣裝置無接地保護措施和過電壓保護措施，雷電流瞬間將配電箱、電源插座燒毀；另一方面在落雷電點周圍空間產(chǎn)生的強大電磁場，對它周圍的導(dǎo)體產(chǎn)生較大的電動勢，在金屬環(huán)路開口處感應(yīng)最大電動勢遵從下式：

Em=2×10-7L·[(L+X1)/X1].di/dt[1]

計算雷擊點距花卉大棚最遠(yuǎn)端距離X1=50 m處范圍內(nèi)有多個開口環(huán)，假設(shè)其中一個L=10 m的開口環(huán)，首次雷擊電流I=100 kA,波前時間t=2.5 μS，它的感應(yīng)電動勢為Em=14.58 kV?？梢姡绱烁叩母袘?yīng)電動勢產(chǎn)生間隙放電，足以擊壞電氣設(shè)備，且使無接地電源線路燒焦爆皮。

由此可以推斷，溫室花卉大棚遭受雷擊是直擊雷與雷電電磁感應(yīng)共同作用的結(jié)果。

3 雷電防護措施及建議

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010要求，溫室大棚不屬于規(guī)范規(guī)定的一、二、三類防雷建筑物。筆者根據(jù)多年實踐經(jīng)驗認(rèn)為對于這類建筑物，可以采取以下防雷措施進行安全防護。

3.1 溫室大棚防直擊雷措施

對于溫室大棚的防雷措施，國家規(guī)范沒有強制要求，可以參照三類建筑物防雷標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)防。首先要做好接閃器、引下線、接地裝置、等電位連接等防雷措施。

3.1.1 溫室大棚簡易接地極

1)自然接地極：對于鋼筋砼基礎(chǔ)可利用外圈梁內(nèi)兩根主筋焊接形成閉合環(huán)路做接地極，這種接地極簡單易行、可靠、穩(wěn)定，經(jīng)濟適用。

2)人工接地極：采用兩根或多根長2.5 m、規(guī)格L50 mm×50 mm的角鋼或Ф20熱鍍鋅圓鋼，相距至少5 m，離開大棚外邊緣1 m距離，打入土壤中，在距地面約0.6～1.0 m處的深度用-40 mm×4 mm的扁鋼將它們焊接在一起，再用一根-25 mm×4 mm的扁鋼或Ф10熱鍍鋅圓將引下線與接地極焊接在一起，形成簡易人工接地極。

3.1.2 引下線的敷設(shè)

直接利用溫室大棚鋼筋做引下線，引下線間距一般不應(yīng)大于25 m。

3.1.3 接閃器

由于溫室大棚由鋼筋做骨架，其本身為金屬結(jié)構(gòu)，可以滿足防雷接閃要求。

3.1.4 等電位措施

所有進入建筑物的外來導(dǎo)電均應(yīng)在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)的界面處做等電位連接[2],將溫室大棚鋼筋龍骨、卷卷簾機金屬管、埋地金屬管道及其他所有金屬物均與接地體可靠連接，設(shè)置等電位連接板。不同溫室大棚間的接地極應(yīng)采用-40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼不少于2處連接，形成等電位接地網(wǎng)。等電位連接既可以消除來自不同導(dǎo)電物之間、地網(wǎng)之間的電位差，又可以防止電位反擊，保證人員和設(shè)備安全，對于雷電的侵害是一項重要的防護措施。

3.2 溫室大棚電源線路防雷措施

露天架設(shè)電力線在雷電活動的情況下容易產(chǎn)生感應(yīng)雷電壓，如果感應(yīng)雷電壓沿電源線路傳入室內(nèi)，極易造成電器設(shè)備和人員的傷害。

如果條件允許，進入溫室大棚前可以采用一段金屬管埋地引入，金屬管兩端與接地極可靠連接。

電力線路不宜采用木桿架設(shè)，木桿淋濕后容易導(dǎo)電。當(dāng)然也不能將線路纏繞在樹木上，樹木容易遭雷擊，線路上產(chǎn)生感應(yīng)雷電電壓時，不易泄放，會造成室內(nèi)過電壓危害用電設(shè)備和人員安全。

如果條件允許電源配電箱裝設(shè)Ⅱ級試驗的限壓型電涌保護器[2]，標(biāo)稱放電電流不應(yīng)小于20 kA，一級限壓型通流量20 kA電涌保護器。配電箱保護接地應(yīng)與溫室大棚防直擊雷接接地裝置共用接地系統(tǒng)，接地電阻不大于4 Ω。

3.3 溫室大棚防雷建議

溫室大棚在從事種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)農(nóng)村的地區(qū)廣泛使用，對推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)民致富發(fā)揮著重要作用。通過近年來的雷擊事件統(tǒng)計和調(diào)查分析，廣大的農(nóng)村地區(qū)仍是雷電災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。農(nóng)民雷電知識少，對雷電的本質(zhì)認(rèn)識不足，加之防雷措施不到位，釀成許多雷災(zāi)事故。如何減少和避免雷災(zāi)事件發(fā)生，保障生產(chǎn)者的人生和財產(chǎn)安全，提出如下建議：

1)加強對從事溫室大棚安裝企業(yè)及人員的防雷知識培訓(xùn)。

針對目前從事溫室大棚安裝企業(yè)及人員施工不規(guī)范，防雷技術(shù)欠缺的現(xiàn)狀，應(yīng)加強對從事此項工作的人員進行相關(guān)的法律、法規(guī)及防雷技術(shù)方面的培訓(xùn)。所安裝的溫室大棚防雷裝置經(jīng)防雷檢測機構(gòu)驗收合格后，方可投入交付用戶使用，對于防雷裝置不合格，應(yīng)及時整改。

2)加強防雷科普宣傳，提高防雷避險知識及對雷電的自我防護意識。

防雷安全關(guān)系到千家萬戶，可以通過廣播、電視、報紙、宣傳單、掛圖等形式深入淺出進行宣講，加強防雷知識的宣傳普及。通過宣傳讓老百姓了解雷電的危害性及侵害途徑，知道如何防雷、避雷。結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)對農(nóng)民進行技術(shù)指導(dǎo)。

3)加快雷電業(yè)務(wù)體系建設(shè)，提高預(yù)警預(yù)報能力，建立農(nóng)村防雷信息員制度。

通過雷電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和雷電業(yè)務(wù)平臺建設(shè)，開展雷電業(yè)務(wù)的預(yù)報，發(fā)布監(jiān)測預(yù)警信息，提升雷電預(yù)警能力和水平。通過在行政村設(shè)立防雷安全責(zé)任人或信息員制度，是解決信息傳遞“最后一公里”問題的有效途徑。

4 結(jié) 論

雷電是發(fā)生在大氣中的一種強烈的放電現(xiàn)象，也是一種不規(guī)律的自然現(xiàn)象，具有放電電壓高、電流幅度大、電流變化快、放電過程時間短的特點[3]。迄今為止，雷電對人類的生存構(gòu)成巨大的威脅，科學(xué)研究還不能完全掌握它的發(fā)展變化規(guī)律。但是，在長期的實踐觀察和事故調(diào)查分析中，可以逐步掌握雷電致害的一些主要規(guī)律，并采取和制定措施進行防護。實踐證明，這些措施對于雷電的防護是行之有效的。

[1]梅衛(wèi)群，匯燕如.建筑防雷工程與設(shè)計[M].北京：氣象出版社，2008：117-118.

[2]中國機械工業(yè)聯(lián)合會.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范：GB50057-2010[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[3]肖穩(wěn)安，李霞，陳紅兵.防雷專業(yè)技術(shù)知識問答[M].北京：氣象出版社，2010：1-69.

[責(zé)任編輯：王榮榮]

陳萬禎(1968-)，男,河北張家口人，張家口市氣象局防雷中心高級工程師。

TU 895

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.09.011

來稿日期：2017-03-09