某加油站一次雷擊事故的技術(shù)分析

謝寶永

摘要：本文通過對(duì)發(fā)生在中山市神灣鎮(zhèn)某加油站發(fā)生雷擊造成加油機(jī)主板微電子設(shè)備損壞的事故進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查、周圍環(huán)境分析、剩磁測(cè)試和環(huán)境電磁場(chǎng)的計(jì)算分析，找出該加油站的加油機(jī)主板微電子設(shè)備損壞的原因是：由于加油站附近接閃雷電流，在附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的交變電磁場(chǎng)，而加油機(jī)沒有做好有效的電磁屏蔽措施，從而使加油機(jī)主板的微電子設(shè)備遭受損壞，并根據(jù)實(shí)際情況提出了切實(shí)可行的整改意見。

Abstract： This article conducts site survey， analysis of surrounding environment， residual magnetism test and calculation of environmental electromagnetic field on the accident of microelectronic equipment on the main board of the tanker caused by lightning strike at a gas station in Shenwan Town， Zhongshan City. The reason for the damage of the microelectronic equipment of the mainboard of the tanker is that due to the lightning current near the gas station， a strong alternating electromagnetic field was generated nearby， and the tanker did not have effective electromagnetic shielding measures， so that the microelectronic equipment on the main board of the tanker was damaged， and practical rectification opinions were put forward according to the actual situation.

關(guān)鍵詞：空間電磁場(chǎng);屏蔽;技術(shù)分析

Key words： space electromagnetic field;shielding;technical analysis

中圖分類號(hào)：P429? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）04-0198-03

0? 引言

2019年7月18日15時(shí)10分左右，中山市神灣鎮(zhèn)某加油站附近閃電雷鳴，發(fā)生雷雨天氣，位于加油棚內(nèi)的加油機(jī)主板微電子設(shè)備損壞。業(yè)主認(rèn)為造成該次設(shè)備損壞的原因可能是由于雷擊造成的，希望調(diào)查找出原因，避免以后類似情況出現(xiàn)。有關(guān)技術(shù)人員趕到事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，了解雷電災(zāi)害損失情況、發(fā)生的具體時(shí)間地點(diǎn)和發(fā)生時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，并進(jìn)行了事故原因的分析。

1? 概況

據(jù)當(dāng)時(shí)在場(chǎng)加油站工作人員陳述反映，2019年7月18日15時(shí)10分左右聽到雷聲巨響，隨后加油站及附近地區(qū)斷電。雷雨停后，供電部門工作人員沿途對(duì)線路進(jìn)行搶修恢復(fù)用電。經(jīng)加油站工作人員檢查發(fā)現(xiàn)，1號(hào)加油機(jī)4號(hào)加油槍對(duì)應(yīng)的電路板以及4號(hào)加油機(jī)23、24號(hào)加油槍對(duì)應(yīng)的電路板芯片損壞。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，該加油站位于中山市神灣鎮(zhèn)外沙村古神公路與藕圍街交接處北側(cè)，北緯22.3375°，東經(jīng)113.3456°，該區(qū)域地勢(shì)平坦，四周空曠（見圖1），附近河網(wǎng)、丘陵密布。該加油站的加油棚高10m，加油站已安裝符合國(guó)家規(guī)范要求的防雷直擊設(shè)施，并按時(shí)進(jìn)行定期檢測(cè)。建筑物、防雷裝置沒有接閃受損的痕跡，已安裝的電源、信號(hào)電涌保護(hù)器（SPD）也并未有受損的跡象。

2? 原因分析

2.1 氣象環(huán)境分析

該加油站位于中山市神灣鎮(zhèn)外沙村古神公路與藕圍街交接處北側(cè)，北緯22°20′4"，東經(jīng)113°20′3"，該區(qū)域地勢(shì)平坦，四周空曠，附近河網(wǎng)、丘陵密布，為雷電高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。當(dāng)天氣炎熱能量累積充足，在強(qiáng)烈的上升氣流時(shí)易形成積雨云觸發(fā)強(qiáng)烈的午后熱雷雨，伴隨劇烈的雷電。

在當(dāng)天下午中山市氣象臺(tái)監(jiān)測(cè)到大涌、板芙、神灣、坦洲等地正受強(qiáng)雷雨云團(tuán)影響。2019年7月18日15：00-15：12時(shí)左右，從氣象雷達(dá)回波圖（見圖2）可看出，雷雨降水云團(tuán)正影響神灣地區(qū)，該區(qū)域天氣不穩(wěn)定，有一次強(qiáng)烈的雷雨大風(fēng)過程;據(jù)雷電監(jiān)測(cè)資料顯示，該區(qū)域雷電活動(dòng)頻繁，屬?gòu)?qiáng)雷暴天氣條件。

2.2 防雷裝置和剩磁數(shù)據(jù)分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，加油站各建筑已安裝防雷設(shè)施，已進(jìn)行定期檢測(cè)。建筑物、防雷裝置沒有接閃受損的痕跡，安裝的電源、信號(hào)電涌保護(hù)器（SPD）也并未有受損的跡象。根據(jù)在雷擊電流通路及其附近的鐵釘、鐵絲、鋼管等鐵磁性物體被雷擊電流的磁場(chǎng)磁化，并留下一定強(qiáng)度的剩磁現(xiàn)象，對(duì)加油站場(chǎng)內(nèi)外部分設(shè)施進(jìn)行剩磁測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為：0.2～0.4mT之間。根據(jù)《雷電災(zāi)害調(diào)查技術(shù)規(guī)范》（QX/T103-2017）[1]和《電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第2部分：剩磁法》[2]GBl6840.2”中的數(shù)據(jù)判定，測(cè)試剩磁數(shù)值小，未發(fā)現(xiàn)受直擊雷受損的痕跡，可排除受到直擊雷的影響。

2.3 空間電磁場(chǎng)影響分析

雷電流對(duì)地接閃時(shí)，回在接閃附近空間產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，根據(jù)《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》（GB/T2887-2011）[3]要求，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)2.4×10-4T（特斯拉）或2.4Gs（高斯）時(shí)，2.4Gs約為：191A/m，就可以使微電子設(shè)備發(fā)生永久性損壞。

2.3.1 雷電流接閃點(diǎn)與加油站最小的距離與雷電流大小的關(guān)系

雷電流接閃分兩種類型，一種是在加油站的建（構(gòu)）筑物的接閃器上接閃雷電流，一種是在加油站附近接閃雷電流;由于在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)這次雷擊過程沒有在加油站的接閃器上接閃雷電流，因此，我們重點(diǎn)分析在加油站附近接閃雷電流的情況，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]雷閃數(shù)學(xué)模型（電氣-幾何模型）

2.3.2 加油站附近接閃雷電流的電磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算分析

當(dāng)加油站附近發(fā)生雷電閃絡(luò)，雷電波將以耦合、傳導(dǎo)和空間LEMP輻射等方式向外傳播，并損壞附近設(shè)備。當(dāng)雷電流在加油站附近接閃時(shí)，其產(chǎn)生的無衰減磁場(chǎng)強(qiáng)度H0，相當(dāng)于LPZ0區(qū)內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，則如圖5所示。

根據(jù)式（1）-（3），我們可以計(jì)算出2019年7月18日15：00-15：15，在加油站附近發(fā)生雷電流接閃時(shí)，加油站的磁場(chǎng)強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果見表1。

由表1可以看出，當(dāng)加油站附近發(fā)生接閃65kA或以上的雷電流時(shí)，雷電流在加油站產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度可以使加油站內(nèi)微電子設(shè)備發(fā)生永久性損壞。為了保護(hù)加油機(jī)內(nèi)部的微電子設(shè)備，需要對(duì)加油機(jī)進(jìn)行電磁屏蔽。

3? 防護(hù)對(duì)策

加油站場(chǎng)所屬于第二類防雷類別，按國(guó)家規(guī)范[4]要求第二類防雷的建（構(gòu)）筑物場(chǎng)所應(yīng)防護(hù)150kA的雷電流，150kA雷電流可以在加油站附近71.4m的地方接閃雷電流，并且可以在加油站產(chǎn)生強(qiáng)度為334.7A/m的磁場(chǎng)，而這一磁場(chǎng)強(qiáng)度可以使加油站內(nèi)、沒有采用電磁屏蔽措施的微電子設(shè)備遭受永久性損壞，而加油機(jī)安放在加油棚之下，四周幾乎沒有任何電磁屏蔽措施，因此，加油機(jī)中的芯片很容易遭受損壞，為了保護(hù)加油機(jī)內(nèi)部的電子設(shè)備，需要對(duì)加油機(jī)內(nèi)部做好電磁屏蔽措施，并且使150kA雷電流產(chǎn)生的334.7A/m的磁場(chǎng)強(qiáng)度降低到191A/m以下，因此屏蔽系數(shù)可根據(jù)式（4）變換得：

4? 結(jié)論

本文通過現(xiàn)場(chǎng)勘查、氣象環(huán)境、剩磁測(cè)試分析和空間電磁場(chǎng)的計(jì)算分析，找出該加油站造成設(shè)備損壞的原因是：由于加油站附近接閃雷電流，在附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的交變電磁場(chǎng)，而加油機(jī)沒有做好有效的電磁屏蔽措施，從而使加油機(jī)主板的微電子設(shè)備遭受損壞。通過此次分析可知，日常工作生活中，雖然看不見、摸不著空間的交變電磁場(chǎng)，但強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)是微電子設(shè)備損壞的元兇，因此做好電磁屏蔽措施是加油站防御雷電災(zāi)害、保障安全的措施之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]QX/T103-2017，雷電災(zāi)害調(diào)查技術(shù)規(guī)范[M].氣象出版社，2017，10.

[2]電氣火災(zāi)原因技術(shù)鑒定方法第2部分：剩磁法（GB16840.2）[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[3]GB/T2887-2011，計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011，10.

[4]GB50057-2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社.