贞丰县“6·6”雷电灾害调查分析

朱曦嵘 李舟鑫 何依遥 唐浩鹏

摘 要：2020年6月6日，贞丰县一个民爆物资仓库中视频监控交换机、红外线探头、开关电源以及监控电源模块等电子设备遭受雷击而损坏。经现场采集数据，利用雷达资料和闪电定位等相关资料分析事故原因，发现此次雷灾事故由雷电感应引起，并针对实际情况提出相关的防御措施。

关键词：雷电灾害;雷电感应;防御措施

中图分类号：P429 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）19-0133-03

Abstract： On June 6， 2020， a civil explosive material warehouse in Zhenfeng County found that the video monitoring switch， infrared probe， switching power supply and monitoring power supply module were damaged by lightning. After collecting data on site， the cause of the accident is analyzed by using radar data， lightning location data and other relevant data. The lightning disaster was caused by lightning induction， and defense measures were put forward according to the actual situation.

Keywords： lightning disasters;lightning induction;defensive measures

雷电是自然界中一种常见的放电现象。雷电的放电电压高达500 kV，峰值电流幅度在100～300 kA，电流变化快，放电过程时间短，一次放电时间约为40 μs。雷电产生的雷电流、电磁辐射、冲击波、高温以及高电压使其具有巨大的破坏力，常常给人们带来巨大的经济损失和人员伤亡。雷电灾害被认为是影响人类社会发展的十大自然灾害之一[1-3]。以贵州省黔西南州贞丰县某民爆物资仓库的一次雷灾事故为例，分析远距离雷击事故的发生原因，并结合该民爆物资仓库实际情况，给出防护措施。

1 雷电灾害调查情况

1.1 基本情况

2020年6月8日，贵州省黔西南州贞丰县某民爆物资仓库负责人向当地气象局报告，疑似遭受雷灾，请求气象局进行灾情调查和防灾指导。当天黔西南州雷电灾害调查技术人员对现场进行了勘察，并向当日值班人员了解情况。

1.2 问询情况

据值班员介绍，2020年6月6日晚，当地出现雷雨天气。6月6日21：29分左右，开始打雷降雨。22：40左右，值班人员听见浪涌保护器发出“呲呲”的声音，并闻到焦臭味，随后见配电箱起火。雷雨天气结束后，值班员检查发现视频监控交换机、红外线探头、开关电源以及监控电源模块等设备损坏。

1.3 现场环境情况

该仓库位于贞丰县珉谷街道办事处河堡村敞洋组，主要有2个炸药仓库、1个雷管库、1个导爆索库和1个仓库值班室（监控室）等建筑。其中，民爆物资仓库安装有接闪针作为直击雷防护装置，值班室建筑物安装有接闪带。仓库值班室有一个简易总配电箱。10 kV高压线路经过电力变压器后，将380 V电源接入值班室配电箱分配给各监控设备。电源入户端安装两级浪涌保护器作为防雷电波侵入装置。值班室位于库区外一定距离处。

炸药库和雷管库为钢筋混凝土屋面，其钢筋须绑扎或焊接成闭合回路。屋面四周设接地体，接地体间相互连接形成闭合回路，接地电阻不大于4 Ω。建筑物内的门窗等金属构架均接到防雷电感应的接地装置上。

防静电装置布置在建筑物门口，且防静电接地与防雷电感应接地装置共用。电源线架空引至值班室，用于库区照明和监控系统供电。视频监控系统部分设备布设在值班室，部分在库区内，监控信号线架空引入值班室。仓库内部为农业用地，地形基本平坦，自南向北形成缓坡。此外，仓库内部的土层主要由杂土、中风化石灰岩等构成。

2 气象资料查询情况

贞丰县年平均雷暴日为72.9 d，月平均雷暴日超过6.0 d。雷电活动主要发生在4—8月。贞丰县最大正闪强度、最大负闪强度以及平均地闪强度分别为243.61 kA、248.31 kA以及33.89 kA。贞丰县88.79%以上的地闪发生在5—8月，主要活跃在当日16：00—次日凌晨07：00这个时段，占比达到91.1%。

2.1 雷达资料分析

根据图1中的黔西南州雷达回波记录，2020年6月6日21：29分至22：52分，贞丰县境内出现雷雨天气过程。当日多普勒气象雷达监测到的雷雨回波强度在35～45 dBZ，民爆物资仓库处于这次雷雨天气范围内。21：29分至22：40分为此次雷暴过程的最强回波阶段，回波强度高达45 dBZ。22：52分，雷暴云已基本移出贞丰区域。

2.2 闪电资料分析

根据贵州省闪电定位系统雷电监测记录，2020年6月6日21：34至22：13，贞丰县物资供应公司民爆物资仓库区域3 km范围内共有7次闪电记录。其中，負极性闪电5次，正极性闪电2次，闪电强度在8.9～45.3 kA。

3 原因分析

根据雷达回波和闪电系统资料，结合现场勘查情况，将民爆物资仓库所在地的经纬坐标与2020年6月6日21：34至22：13 3 km范围内发生的7次闪电位置坐标相比较。闪电定位系统显示，只有6月6日21：31分的闪电发生位置与该民爆物资仓库所在地的经纬度相符合。

由于雷电感应或地电位抬升，各种金属线缆感应较高雷击过电压。当线缆上连接的设备和设施没有浪涌保护或接地不良时，设备和设施将受到感应雷击而损坏[4]。接闪雷电时，雷击点的电位最高，可用式（1）计算雷击点处的电位。

式中：[U0]为雷击点的电位，kV;[ρ]为土壤电阻率，Ω·m;[I]为雷电流幅值，kA;[E0]为土壤临界击穿场强，kV/m。

土壤临界击穿场强目前没有标准值，南非学者给出的经验公式为[E0=241ρ0.215]。由于民爆物资仓库区域的土壤电阻率较大，取[ρ]=2 000 Ω·m，因此土壤临界击穿场强取李良福先生提出的[E0]=500 kV/m参与计算。

由式（1）可知，民爆物资仓库接闪22.16 kA的雷电流时，雷击点电位可达1 878.47 kV。当雷云对地放电时，将在供电线缆的线路上感应出过电压。感应过电压[Ur]的计算公式为式（2）。

式中：[I]为雷电流幅值，kA;[h]为线路高度，m;[S]为雷击点距感应物间的距离，m。

从式（2）可知，线路的感应雷过电压与雷电流幅值成正比，与线缆悬挂的平均高度也成正比。导线悬挂越高，它对地的電容越小，感应电荷产生的电压就越高。此外，感应过电压与雷击点到线路的距离成反比，即距离越大，过电压越小。

当雷云在距民爆物资仓库低压供电线路电杆3 km处放电时，雷电流为22.16 kA，将对相对高度9 m的配电线路产生感应过电压。感应过电压[Ur]=25×22.16×9÷3 000=1.62 kV，是使设备损坏的直接原因。结合现场勘察情况，接口耐冲击过电压水平小于1.5 kV的设备将受到威胁。设备的耐冲击电压额定值见表1。

结合起火时间和现场情况来看，本次民爆物资仓库所遭受的雷击应该是远距离雷电波沿输电线路侵入所致。从时间节点上分析，22：40分配电箱起火，此时该民爆物资仓库3 km范围内没有雷击发生。另外，本次损坏的设备均为电子设备，可以推测贞丰县物资供应公司民爆物资仓库发生的雷击事故为雷电感应。在这次雷击过程中，浪涌保护器导通后不能自动恢复到高阻态，而是处于齐纳击穿状态。长时间放电工作使得配电箱内开关过流起火，是值班员听到异常声音并闻到焦臭味的原因。

4 防护措施

①防雷接地和电气保护接地应共用接地装置，应采取增加接地极或降阻措施使得接地电阻不大于4 Ω[5]。

②电涌保护安装应考虑能量级间的配合问题。电涌保护器并非装得越多越好，还应注意两级保护器之间的距离要求。除了做好直击雷防护措施外，在雷电活动相对密集的区域还应尽可能切断线路与室内设备之间的联系。根据现场情况勘察和分析，按规范要求，配电箱应装设一级通流量不小于60 kA（8/20 μs）的限压型智能配电系统。更换值班室浪涌保护器，建议选用Ⅰ类实验产品。

③所有进出建筑物的金属管道和设备均应在入户处做好等电位联结和接地措施。进入值班室的照明和监控线路应采用铠装电缆或穿金属管埋地引入，埋地长度不小于15 m，埋深不小于0.5 m。条件允许的情况下，采取空间屏蔽和线路屏蔽等措施为值班室增加一组接地母排，专供设备接地使用。为防止雷击电磁脉冲及雷电感应危害，要求接地同一地网不共接地母线。

④防雷装置的材料规格和敷设方式等应符合《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）的要求。

⑤监控系统线路和设备不能沿建筑物外墙架设，也不能直接绑扎在避雷带或避雷针上。

参考文献：

[1]李京校，宋平健，甘璐，等.故宫博物院“6·23”雷击事件分析[J].南京信息工程大学学报（自然科学版），2014（4）：326-335.

[2]卢堉洵，陈永，邱克伟.饶平县“7·22”雷灾事故调查及防御措施[J].科技创新与应用，2020（15）：134-135.

[3]孙晨，周洁晨.江西省多年雷灾统计分析与应用[J].江西科学，2020（4）：5.

[4]陈永，丁丽佳，张奇锋.“9·5”雷击事故调查及思考[J].广东科技，2009（10）：128.

[5]中国气象局.雷电灾害调查技术规范：QX/T 103—2017[S].北京：中国气象出版社，2017.

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