雷灾鉴定的常用技术及分析方法

2015-03-22朱宣儒邓一晓防城港市防雷中心广西防城港538001

现代建筑电气 2015年4期

关键词：剩磁观测站检测仪

朱宣儒, 林情, 邓一晓(防城港市防雷中心, 广西防城港 538001)

雷灾鉴定的常用技术及分析方法

朱宣儒, 林情, 邓一晓
(防城港市防雷中心, 广西防城港 538001)

根据雷电产生的效应和雷灾常见的现象,总结了雷灾鉴定的常用技术及分析方法。指出雷灾鉴定是根据当地雷暴时空特征、雷灾发生地理位置环境、防雷装置、受损物体及雷击发生证据互相佐证判定的过程。

雷灾鉴定; 直接雷击; 间接雷击; 电磁感应

0 引言

雷电灾害的鉴定需要寻找证物,如雷击点、雷击痕迹、熔痕、雷电流通路。但雷电感应造成的损失往往不易发现证据,这时应充分利用各种手段或方法对受损物体通过观察、推理或检测等手段进行鉴定,综合运用各种方法对各种雷灾作出合理解释,正确出具雷灾鉴定报告,为相关受灾部门或个人提供建议或法律索赔依据。

本文根据多年防雷和雷灾鉴定的经验,从雷电效应、雷击现象等多方面介绍了各种雷灾鉴定的常用技术及分析方法。

1 直接雷击鉴定

直接雷击常造成建构筑物直接损坏,引起危险化学物品爆炸。如果架空金属线路遭受雷电直击,将导致终端仪器设备爆炸、烧毁或直接焦化。直接雷击由强大雷电流沿雷电通道泄放,雷电通道表现形式为低阻抗通道,如金属回路。因此鉴定直接雷击要首先查找雷击点,并查看受损物体部件或金属熔痕,通过剩磁检测仪来定量检测。剩磁存在于雷电流流过的导体中,如接闪杆、引下线、接地导体或引下线等周围的铁磁材料。一般使用剩磁检测仪需检测金属物尖锐部位、连接过渡处才能获得剩磁最大值。当剩磁为0.5～1.0 mT时,基本上可以判定为雷电通路。

2 间接雷击鉴定

间接雷击表现为电磁感应、静电感应。雷云在微秒级时间内对地放电,在通道周围产生瞬变电磁场,电磁场周围静置的金属物切割磁力线运动,使电磁场周围金属导体产生电动势且闭合回路产生感应电流,损坏仪器设备或局部发生火花放电,点燃易燃、易爆气体或液体。

电子设备元件的工作电压一般为12～48 V,耐压非常低,一般的电压波动都可能导致设备的误动作。目前,间接雷击表现为电子仪器设备的损坏,表现方式为主板元件烧毁或进出端口击穿。

当电子设备受到的磁感应强度为3×10-6T时,电子设备产生误动作;当磁感应强度达到2.4×10-4T时,电子设备受到永久性损坏,一般网络设备端口的耐冲击水平设计值<100 V。

因此,间接雷击的鉴定需要通过查看受损物体所处雷击电磁环境位置,估算电磁场强度,根据雷电定位监测系统估算雷电幅值,并寻找落雷点。

当邻近雷击时,LPZ0区磁场强度为

(1)

式中:I——雷电流;Sa——雷击与屏蔽空间之间的平均距离。

后续区域屏蔽效能为

SE=20lg(H0/H1)

(2)

式中:H1——LPZ1区磁场强度。

在实际工程中,民用电子信息系统设备机箱或机柜一般能提供自然屏蔽效能为20～40 dB,可取SE=20 dB,即H1=10%H0。

当附近雷击对地放电,Sa=100 m时,对地放电的雷电流I=100 kA,由式(1)得H0=159.2 A/m。

在考虑设备机箱或机柜自然屏蔽效能时,估算出H1=10%H0=15.92 A/m=2×10-5T,可能导致电子设备损坏。

间接雷击除了引燃危险化学物品的危害较大外,对电子设备雷击特征不明显。故此类鉴定必须先查询雷电监测系统,再通过查看受灾物体、受损特征,通过间接雷击引起的特征进一步来确定。

3 雷击地电位抬升影响

地电位反击是指:建筑物防雷装置遭受直接雷击,在接地装置上产生高电位,对周围与它们靠得近而又没与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差,这个电位差引起的电击就是地电位反击。地电位反击通常存在两种形式:① 雷电流流入大地时产生较大的压降,使地电位抬高,反向击穿设备；② 两个地网之间由于没有足够的安全距离,当其中一个地网接收雷电流而产生高电位时,则向没有接收雷击的地网产生反击,使该接地系统上带有危险的电压。

防城港市某气象自动观测站于2014年5月18日和2014年6月9日各发生了1次雷击事故。气象自动观测站示意图如图1所示。

图1 气象自动观测站示意图

通过剩磁检测仪确认,该观测站受雷击于接闪杆。接闪杆与观测站共用接地装置,接闪杆受雷击后各点电位升高。E点电位为

UE=IR-LSAEdI/dt

(3)

将I=100 kA、R=2.5 Ω、L=1.67 μH/m、SAE=6 m、dI/dt=100 kA/10 μs代入式(3),得UE=149.8 kV。显然,若雷击于接闪杆,自动站采集箱外壳同样产生上百千伏地电位。即使采集箱各设备端口进线采用保护接地或安装电涌保护器(处于瞬间等电位联结状态),但采集元件板或进线端口因绝缘与外壳仍存在电位差,导致采集箱元件损坏。

4 雷电波入侵

当雷云对地放电时,裸露在空气中的输配电线路或架空金属管线产生的冲击电压沿线路两端传播,导致终端配电设备或仪器设备受到冲击而发生短路,使设备损毁或点燃建筑物内易燃、易爆物品。表现形式为雷电波入侵。

当雷击点S>65 m时,根据工程实践经验,架空导线产生感应过电压可按下式估算:

(4)

当雷击点S≤65 m时,感应过电压按下式估算:

(5)

将I=100 kA、hd=6 m、S=100 m代入式(4),计算得Ug=150 kV。

通过估算可知,当雷击发生距离超过65 m时,架空线路均可能产生上百千伏感应过电压,对导线两端设备造成过电压冲击;当雷击发生距离小于65 m时,若周边无接收或吸引雷电的装置,则雷电被架空导线吸收。此类雷灾鉴定应先查询雷电监测系统发生的雷暴情况,再通过查看终端设备受损情况,线路开关是否跳闸,电源避雷器是否动作,通过剩磁检测仪进一步确认是否为雷电波入侵造成的破坏。

5 结语

雷灾鉴定是一项专业知识范围广、技术性强、对人员综合素质及工作验收要求高的工作。雷灾鉴定采用目测、观察、检测等手段寻找雷击证据,根据受损体损害、雷暴时空特征、受灾体电磁环境、防雷装置现状、综合布线等情况,通过推理、论证进行鉴定。

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Common Techniques and Analysis Methods for Appraisal of Lightning Accident

ZHUXuanru,LINQing,DENGYixiao

(Fangchenggang Lightning Protection Center, Fangchenggang 538001, China)

According to the common effect of lightning and phenomenon of lightning accidents,this paper summarized the common techniques and analysis methods in appraisal of lightning disaster.Appraisal of lightning accident is a determining process at aspects of the spatial and temporal characteristics of thunderstorm lightning occurrence,local geographical environment,lightning protection devices,damaged objects and lightning stroke evidence.

lightning accident appraisal; direct lightning stroke; indirect lightning stroke; electro-magnetic induction