某螺旋钢管厂综合防雷改造

李文才

（河北工程技术高等专科学校 061001）

沧州地处华北平原东端，渤海西岸，属温带半湿润季风性气候，土壤呈碱性，电阻率较低，年平均雷暴日达28天，属于雷暴多发区[1]。

2011年7月26日16时左右，沧州东部沿海地区遭遇强雷暴天气，海兴县境内的某螺旋钢管厂厂房遭受雷电直击，造成计算机网络机房和监控室内的UPS电源、监控用硬盘录像机、部分监控探头、自动焊接机和数控机床等设备损毁，直接经济损失达30余万元，间接损失达200多万元。

1 雷电分布

1.1 雷电流幅值分布

运用IEEE和CIGRE推荐的近似对数正态分布式的标准式电流幅值，b为曲线的方差）进行曲线拟合，得到2005—2010年沧州地区雷电定位系统探测到的雷电流幅值[3-4]的累计概率分布曲线，如图1所示。

经拟合分析，沧州地区 6年 a的平均值约为38.2kA，b的平均值为2.9，正极性雷电流幅值累计概率分布曲线比负极性雷电流雷击概率曲线平缓，正极性雷电流幅值分散性更大。

图1 2005—2010年全部数据的雷电流幅值累计概率分布曲线

1.2 雷暴日统计分析

雷暴日是防雷工程设计和工程验算中使用频率最高的参数，它集中反映一个地区雷电活动的频度，对其统计采用网格法[4]。

根据2005—2010年的雷电数据分析：沧州地区雷暴日数的月变化呈单峰分布，季节性分布显著，80%的地闪集中在7月、8月和9月，平均为8.6d，全天各时间段都有雷暴发生，其中16∶00—22∶00时为雷暴频发时段，频率为45%[1]。

2 雷击事故分析

2.1 防雷意识淡薄

通过交流和座谈，发现企业管理人员的雷电知识较匮乏，对雷电防护缺乏深入科学的理解和掌握，存在严重的侥幸心理，总认为雷电距离自己太遥远了，不会发生雷击事故。

2.2 自然条件较差

建厂前此地为水深1.0m的鱼塘，后用各种建筑垃圾填埋整平，厂周围地势平坦，没有其他建筑物或构筑物，且几乎没有树木生长，厂区内存在大量纲管和各类电器设备。当出现雷暴天气时，此环境为雷云先导放电和雷电灾害发生创造有利条件。

2.3 接地电阻较高

厂房为长50m、宽25m、高15m的钢结构形式，钢结构通过混凝土桩（桩内无钢筋）内预埋件与大地连接，没有专用人工接地极，利用ZC-8接地电阻表实际测量，接地电阻达到 15.6Ω；行政综合楼为长50m、宽10m、高10.5m的三层砖混结构，楼顶女儿墙上没有安装避雷线，测得楼内总等电位点的接地电阻达到 12.3 Ω。因接地电阻较高，无论雷电直接击中厂房或行政综合楼，强大的雷电流都不能迅速流入大地，在落雷点附近形成较大电势差，造成反击。

2.4 缺少防雷设备

厂区内除配电变压器低压侧安装氧化锌避雷器外，其它配电系统、计算机网络系统和视频监控系统均没有安装过电压保护装置，当雷击厂房后强大的雷电感应过电压沿着配电线路和信息传输线路侵入各种电器设备，造成设备损毁。

3 雷电灾害的综合防护

3.1 提高防雷意识

建筑物（构筑物）防雷包括防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入三部分[5]。对于防直击雷企业管理人员都认同，但对于防雷电感应和雷电波侵入却存在不同的意见，很多人由于缺乏对雷电产生机理和雷电防护的科学认识和理解，认为无需进行防护。针对这种情况，企业利用停产整改的机会对员工进行两个半天的雷电知识讲座，通过大量的案例分析和本次雷击的惨痛教训，增强了员工对雷电的理解和防护意识。

3.2 降低接地电阻

厂区是用建筑垃圾二次回填而成，且钢结构立柱只与混凝土桩内预埋件连接，导致接地电阻较高。为降低接地电阻，提高安全技术标准，本次改造中重新为厂房和行政综合楼加装如图2所示的人工接地装置。接地装置设计成网格状，厂房内部方格大小为10m×10m，厂房外部方格大小为5m×5m；行政综合楼接地装置围绕楼房设计成环状，女儿墙上安装φ12mm的镀锌圆钢作为避雷线，避雷线通过φ12mm的镀锌圆钢引线下与水平接地装置在距地面1.8m处连接，引下线间距为10m。水平接地极采用50mm×5mm镀锌扁钢，垂直接地极采用50mm×50mm×5mm镀锌角钢（长度为2.5m），具体做法参照 03D501-4《接地装置安装》。厂房内从不同位置引出6个预留接地极，作为低压配电、自动焊接机和数控机床等电器设备的保护接地，行政综合楼总等电位端子通过40mm×4mm镀锌扁钢与水平接地极连接。水平接地极与垂直接地极的敷设方法如图3所示。改造后测量图2中6个点的接地电阻，阻值如表1所示。

表1 测量点的接地电阻

图2 接地装置示意图

3.3 加装SPD（浪涌保护器）防护

综合楼和厂房的配电系统、计算机网络系统和视频监控系统中选择安装合适的 SPD防护。各种SPD的配合原则详见 GB/T 21714.4—2008和 IEC 62305-4：2006。

图3 接地装置敷设截面图

1）电源防护

电源系统采用如图4所示的三级防护，在厂区配电室总开关处加装B级高能量SPD，在行政综合楼和厂房的总电源处加装C级SPD，在行政综合楼楼层总开关和厂房内自动焊接机、数控机床等大型设备电源处加装D级SPD。

图4 电源三级雷电防护图

2）计算机网络系统

计算机网络系统与外界通过无金属光纤与公共互联网连接，一般认为光纤具有良好的防雷效果[6]，不需要采取雷电防护措施。其它终端计算机都在行政综合楼内，在保证供电电源做好防雷保护的前提下，所有网络设备不再加装SPD。

3）监控系统防护

监控装置既有电源线、视频线，又有控制线。因此，对于带有云台的监控摄像头采用AD/TV-3型三合一防雷器，该防雷器采用电源、视频、控制线一体化防浪涌设计，能有效防止感应过电压、操作过电压和静电放电等所造成的设备损坏。三合一防雷器性能指标如表2所示。

表2 三合一防雷器性能指标

4）等电位连接

所有 SPD的接地端子就近与接地极等电位连接，具体做法参照 02D501-2《等电位联结安装》，所用接地线符合文献[5]相关条款要求。同时，对于网络机房内的服务器、交换机和UPS电源以及监控室内监控主机、硬盘录像机、UPS电源等设备必须作等电位连接，并将公共接地端与图2中的接地极就近连接。

4 防护效果评价

该公司认真吸取“7.26”雷击事故的教训，及时投入近10万元对厂区进行了综合防雷改造，提高了公司配电系统、计算机网络和监控系统、自动焊接机和数控机床等电器设备的耐雷水平。经过2011年8、9月份几次强雷暴天气的考验，运行效果良好。2012年4月5日对该公司安装的SPD和接地装置进行检查和复测，其结果与2011年7月份改造后测得结果几乎相同，完全符合文献[5]和GB 50174—1993要求的技术标准。

[1]刘金玉,彭洁文.沧州市雷电活动时间分布分析及防雷对策[J].科技创新导报, 2011(2).

[2]陈家宏,童雪芳,谷山强,等.雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征[J].高电压技术, 2008, 34(9): 1893-1897.

[3]中华人民共和国电力行业标准DL/T620/1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S], 1997.

[4]陈家宏,郑家松,冯万兴,等.雷电日统计方法[J].高电压技术, 2006, 32(11): 115-118.

[5]GB 50057—94建筑物防雷设计规范（第二版）[S].北京：中国计划出版社, 2001.

[6]何山,武尚德.信息设备及系统的供电、接地和防雷[J].电力自动化设备, 2001(8): 57-61, 72.