石河子142团棉加厂防雷分析

2018-10-27石河子气象局石河子市832000蒲云锦

石河子科技 2018年4期

（石河子气象局，石河子市，832000）蒲云锦

棉花加工生产、储运堆放都是高危生产的场所，生产加工或储存着的棉花都是属于易燃物质，一旦发生雷击事故，将给安全带来严重威胁，造成严重的社会影响，并带来重大的经济损失。本文利用新疆石河子常规观测资料、闪电定位仪监测资料，有针对性地对142团棉加厂进行雷电防护综合分析。

1 石河子雷暴及地闪特征分析

1.1 石河子雷暴日月变化特征

图1 1976-2017年石河子雷暴日月变化特征

将石河子1976～2017年每个月的雷暴日数进行统计（图1），石河子垦区41年来的雷暴集中在每年4～10月，全地区夏季6～8月雷暴日年平均为18天，占全年雷暴日的78%左右，而春季3～5月雷暴日年平均为3.5d，占了全年雷暴日的17%左右，11～2月基本上没有雷暴日。雷暴日的月变化表现为明显的单峰值，最多出现在7月份，8月份雷暴日仅次于7月，其接下来依次为6月，5月、9月、4月和10月。

1.2 石河子地闪日变化特征

将2007～2017年石河子地闪数据进行统计（图2），石河子地区地闪时间大致可以分为2个时段,第一个时段是从13～01时,这一时段是雷暴地闪最活跃的时间，第二个时段是02～12时,这个时段是地闪最少的时间。地闪的时间分布基本呈二峰一谷变化，午后开始地闪逐渐加强，地闪峰值出现在14～18时，这主要由于午后强烈的太阳辐射，能量逐渐累积，局地对流加强，雷电活动开始剧增，随后逐渐减弱，在24时又达到一高峰，02～12时地闪很少或没有。

图2 石河子地闪日变化特征

1.3 石河子142团地闪变化特征

图3 石河子142团地闪强度变化特征

以142团棉加厂为圆心，以15km为统计半径，142团棉加厂所处区域15km范围内地闪数据（见图3），142团棉加厂地闪主要集中在5～50KA，10KA地闪数高达120个，对石河子142团棉加厂雷电监测定位网地闪数据进行统计（见表1），从表中可以看出：最大正闪雷电流强度为185.4KA，正闪雷电流平均强度为70.7KA，最大负闪雷电流强度为145.6KA，负闪雷电流平均强度为14.5KA，0～20KA雷电数量占全部雷电数量66%，20～50KA雷电数量占28%，50～100KA雷电数量占5%。

表1 142团雷电监测网数据统计

2 防雷设计综合分析

2.1 防直击雷保护

（1）本工程为易燃物大量集中的露天堆场，根据规范的要求选取滚球半径100m，保护半径为R=41m。（被保护物按5m考虑）。地面保护半径R=71m利用高杆灯、高架滚筒、钢构架厂房做为接闪器进行联合保护。在棉花堆场，安装30m高避雷针、高杆灯，然后用40×4热镀锌扁钢在避雷针两边做15m接地，独立避雷针及高杆灯的接地与建（构）筑物及设备、电气的接地应分开，地中的距离应大于5m，接地电阻不大于10Ω。通过石河子41年的雷暴路径观测，大部分雷暴都是从西北和西南两个方向通过，避雷针主要装设在西北和西南两个方向首先对发生的雷电进行拦截。在不影响棉包及籽棉堆放的情况下，利用钢构厂房、送花滚筒、外天铰、高杆灯、通信铁塔等组成防直击雷的联合保护。在不影响棉包及籽棉堆放的情况下也可用折线法演算保护半径两针之间最大距离不能超过120m。

（2）高架滚筒、轧花车间的钢构架及设备、电气应做联合接地，构架应与基础钢筋相连，所有连接部分均采用焊接，焊接处涂防腐漆，接地电阻不大于4Ω，如达不到要求应做人工接地。堆场上的全部金属设备均做等电位联结。

（3）金属屋面的建筑物应利用其金属屋面作为接闪器，并应满足下列要求：金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm；金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm；金属板下面有易燃物品时，其厚度、铁板不应小于4mm，铜板不应小于5mm，铝板不应小于7mm；金属板无绝缘被覆层（薄的油漆保护层或0.5mm厚沥青层或1mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层）。

2.2 接地系统

电气设备的接地装置与防止直接雷击的独立避雷针的接地装置应分开设置，与装设在建筑物上防止直接雷击的避雷针的接地装置可合并设置；与防雷电感应的接地装置亦可合并设置。接地电阻值应取其中最低值。

2.3 电气线路的设计

在棉加厂火灾危险环境内，可采用非铠装电缆或钢管配线明敷设。在火灾危险环境2l区或23区内，可采用硬塑料管配线。电动超重机可采用滑触线供电，但在滑触线下方不应堆置可燃物质。当远离可燃物质时，可采用绝缘导线在针式或鼓形瓷绝缘子上敷设。电力、照明线路的绝缘导线和电缆的额定电压，不应低于线路的额定电压，且不低于500V。当采用铝芯绝缘导线和电缆时，应有可靠的连接和封端，电气设备的金属外壳应可靠接地。在火灾危险环境21区或22区内，电动起重机不应采用滑触线供电；母线宜装设保护罩，当采用金属网保护罩时，应采用IP2X结构；母线应有IP5X结构的外罩；移动式和携带式电气设备的线路，应采用移动电缆或橡套软线，10kV及以下架空线路严禁跨越火灾危险区域，电气设备的金属外壳均应可靠接地。

2.4 其他设计

根据地闪资料的分析，石河子地区整体雷电流强度较高，平均在70kA以上，最高可达到100kA甚至120kA。一旦发生雷击地闪，造成损害的概率大。建（构）筑物及设备设施的防雷等级（用电线路安装SPD按C级考虑）。通过演算E=0.99≥0.98h，按GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》∶建筑物电子系统防雷技术规范规定为C级防护，宜在低压系统安装2级或以上的SPD进行防护。R0满足条件,通过对R1计算，分配端应安装（LPL2级）电涌保护器，用户端安装（LPL2级）电涌保护器其 PSPD，才能满足 RT＜10-5的条件。按照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》，142团棉加厂大部分建（构）筑物、露天生产装置、其它辅助设施和建（构）筑物为第三类防雷建筑物，其它不重要的建（构）筑物可不做防雷。