凉山彝族自治州山区烟叶收购站综合防雷措施研究

袁继昌 李兵 陈倩 王晓鹏

摘要 凉山彝族自治州是重要的优质烟叶产区和现代烟草农业试点地区，具有得天独厚的光热、水土资源等自然优势，烤烟生产是经济支柱之一。为了便于烟叶的收购和临时存储，烟草公司在全州范围内，尤其是交通不便的山区修建了烟叶收购站，但气候因素和地理因素的影响使得烟叶收购站易遭雷击，极大地威胁了相关人员的生命安全和烟叶仓库的安全。基于此，分析了凉山州山区烟叶收购站易遭雷击的气候和地理因素，以及凉山州山区烟叶收购站概况，探讨了凉山州山区烟叶收购站的年预计雷击次数、防雷类别、危害种类，研究了凉山州山区烟叶收购站直击雷防护设计和感应雷防护设计。

关键词 山区烟站；防雷设计；雷电高发期

中图分类号：P429 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）09–0-03

为了便于烟叶的收购和临时存储，凉山州山区烟叶收购站均修建在山内地势开阔，位置相对较高，靠近输电线路的地方。据凉山州历史气象数据记载，凉山州年平均雷暴日数有55.7 d，其中80%的雷暴出现在4—10月，而4—10月有大量的烟草公司工作人员和烟农在站内活动，严重威胁凉山州山区烟叶收购站内工作人员、广大烟农的生命安全和烟叶仓库的安全。因此，需要研究科学有效的防雷措施对烟叶收购站及站内人员进行保护。

1 凉山州山区烟叶收购站易遭雷击的气候和地理因素

1.1 气候因素

凉山州气候属亚热带季风气候，境内山高谷深，山区立体小气候明显，利于气流的抬升和垂直运动，极易发生雷电等局地强对流天气。历史气象数据记载，凉山州年平均雷暴日数有55.7 d，属于多雷和强雷区，其中80%的雷暴出现在4—10月，每年都会发生因雷击造成的财产损失和人员伤亡事故[1]。

1.2 地理因素

凉山州山区烟叶收购站均选址在山中开阔平坦的区域，四面均是高山，受强日照的影响，山坡的表层空气温度会升高，从而体积膨胀，使得密度变小沿着山势抬升，产生上升气流。此时，烟站所处山谷中的空气变得稀薄，山间的空气下沉补充，产生下沉气流，形成了对流，加快了雷云的生成，容易发生雷击现象（图1）。且凉山州山区烟叶收购站因运输和储存需要，全部修建在该区域地理位置相对较高且开阔平坦的地方，站内建筑物为区域内最高点，极易遭受雷击[2]。

2 凉山州山区烟叶收购站概况

凉山州山区烟叶收购站分布在山内各乡镇，各站地势不同，布局不一致，但站内建筑物基本一致：一幢高10 m的3层烟站综合楼，包括职工宿舍、微机室、配电房等；1个彩钢瓦屋面的烟叶存储仓库，仓库高度为10 m，紧挨仓库建有1个同样为彩钢瓦屋面的烟叶收购区；每个烟站内都有1台变压器（图2）。

3 凉山州山区烟叶收购站的年预计雷击次数及防雷类别

依据《建筑物防雷設计规范》（GB50057-2010）计算如下：

N =K×Ng×Ae（1）

式（1）中，N表示建筑物预计雷击次数（次/年）；K表示雷击次数校正系数按规范要求取1.5；Ng表示建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2·年）]；Ae表示与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。

其中，建筑物的雷击大地的年平均密度：Ng =0.1×Td=0.1×58=5.8（Td表示凉山州山区烟叶收购站的年平均雷暴日数56 d）。

等效面积Ae：山区烟站内建筑物＜100 m，计算如下：

D=（2）

Ae=[LW+2（L+W）+πH（200-H）]×10-6（3）

式（2）、（3）中，D表示建筑物每边的扩大宽度（m）；L、W、H表示建筑物的长、宽、高（m）。

经计算：Ae=0.034 2

凉山州山区烟叶收购站年预计雷击次数：N= K×Ng×Ae=1.5×5.6×0.034 2

=0.287 28。

根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）第3.0.3条“在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第二类防雷建筑物：预计雷击次数大于0.25次/年的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。”划分，凉山州山区烟叶收购站为第二类防雷建筑物。

4 凉山州山区烟叶收购站雷击危害种类

4.1 直击雷危害

凉山州山区烟叶收购站因其空旷的地势和较高的地理位置，易遭受直击雷的危害。直击雷是带电云层（雷云）与建筑物、其他物体、大地或防雷装置之间发生的迅速放电现象，并由此伴随产生电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几μs到几百

μs）内就释放出来，会产生巨大的瞬间功率，因此直击雷的破坏性极强。当雷电直接击中山区烟站内建筑物时，雷电通道的高温会使空气急剧膨胀，以超声波的速度向四周扩散，其外围的冷空气被强烈压缩，形成“激波”在空气中传播，相当于炸弹爆炸的威力来破坏建筑物[3]。雷电通道产生高温，甚至能熔化与其直接接触的金属而引起火灾。强大的雷电流瞬间就可能击中在站内活动的人员[4]。

4.2 感应雷危害

凉山州山区烟叶收购站的附近都有架空的电源线，站内用电也是从这些架空线路引入，易遭感应雷击。感应雷也称为雷电感应或感应过电压，它分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷是由于带电积云接近地面，在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的，它将产生很高的电位。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的，这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势[5]。当雷云来临时，凉山州山区烟叶收购站内的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，在雷云闪击放电后，云中的电荷变成自由电荷，从而产生很高的感应电压，其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压可能会造成烟站内建筑物的导线、接地不良的金属导体和大型金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或破坏供电系统；当雷电击中架空的电源线后，强大的雷电流沿着这些线路进入烟站内建筑物，在站内使用的电脑、电视、电话等设备上进行放电，破坏设备（图3～图4）。若室内人员正在进行设备操作或线路距离人很近时也会被击伤甚至被击死[6]。

5 凉山州山区烟叶收购站直击雷防护设计

5.1 地网设计

凉山州山区烟叶收购站均设计为利用站内建筑物基础作为地网，由于山区土壤电阻率高，烟叶收购站的接地电阻都远超设计要求的≤4.0 Ω。因此，必须另做人工地网并与烟站内各建筑物基础连通，使其接地电阻达到设计要求。人工接地网采用热镀锌扁钢、热镀锌角钢、接地模块、降阻剂制作，并要求接地网的接地电阻≤4.0 Ω。烟站地网采用闭合环形，在站内空地处挖宽0.5 m，深0.8 m的地网沟（根据实际地形开挖），在地网沟内每隔3 m将角钢和接地模块交叉放置，将1.5 m长的热镀锌角钢垂直打入地下，顶部高出地网沟底0.1 m，接地模块水平放置，用≥40 mm×4 mm的热镀锌扁钢将角钢和接地模块焊接连通（焊接时，接地扁钢必须搭接满焊，搭接长度为宽度的2倍）。地网焊处必须做防腐处理，先清除焊渣，然后刷防锈漆，处理完毕后将降阻剂与水按比例搅拌成浆体状，将搅拌均匀的降阻剂按照1 m/包的用量敷于地网沟内将热镀锌扁钢包裹均匀。用地阻仪测试接地电阻，确定达到要求后回填土夯实。在回填过程中，接地体周围不能填入石头、砖块、垃圾之类的杂物[7]。

5.2 避雷带设计

在凉山州山区烟叶收购站内的综合楼顶女儿墙上安装避雷带，采用直径≥10 mm的热镀锌圆钢明敷一圈并在屋面四角处加装短避雷针（长度1 m，Φ14 mm热镀锌圆钢）作为接闪器。避雷带的支撑件应使用与避雷带相同的材料，高度应为15～20 cm，间隔距离1 m左右，在女儿墙上打孔放入，并用混凝土固定。避雷带、避雷针采用焊接的连接方式，严禁绑扎、黏接，焊接处焊缝要平整，不能出现虚焊、夹渣、裂纹等情况，焊接完成后及时清除焊渣并刷好防锈漆[8]。避雷带在转角处应做成圆弧形，严禁制作成90°的直角弯或＜90°的死弯。避雷带还要与烟站综合楼的主钢筋进行连接（作为引下线的主钢筋间距离不能＞18 m），通过综合楼与地网的连接将雷电流泄入大地。

烟站的库房是彩钢瓦屋面，且厚度＞4 mm，按《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）中5.2.7规定，除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，并应符合下列要求：金属板下有易燃物品时，不锈钢、热镀锌钢和钛板的厚度不应小于4 mm，铜板的厚度不应小于5 mm，铝板的厚度不应小于7 mm。因此，烟站库房只需将屋面与库房墙体内主钢筋做好多点连接，并与接地网连通即可。

6 凉山州山区烟叶收购站感应雷防护设计

6.1 安装浪涌保护器

按照《建筑物防雷設计规范》（GB 50057—2010）“第二类防雷建筑物的防雷措施，防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气和电子系统线路的反击，应符合下列规定：在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下，应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设I级实验的电涌保护器。”在综合楼总配电箱处安装波形为10/350 μs的第I级浪涌保护器；为更进一步都保护综合楼内人员和电气设备的安全，在每层楼配电箱处安装第Ⅱ级浪涌保护器HY22P-60（8/20 μs），由于综合楼层高仅为3 m左右，Ⅰ、Ⅱ级浪涌保护器之间的线路＜10 m，因此还需在两级浪涌保护器之间安装退耦器；在烟站计算机房电脑前端安装第三级浪涌保护器HY22P-20（8/20 μs），在调制解调器前端加装1级信号避雷器，确保电脑中重要数据的安全。

6.2 等电位连接和屏蔽

烟站内所有浪涌保护器、配电箱、电气设备均应做好等电位连接，浪涌保护器PE线要连接在配电箱内PE母排上，计算机房可在室内墙体上距地面30 cm处制作铜接地母排，将机房内的防雷地、交流工作地、直流地、屏蔽地、安全保护地等直接连接至接地母排上。为防止雷电电磁脉冲产生的过电压、过电流感应到烟站的电脑上造成破坏，丢失重要数据，还应对进入计算机房的线缆做外穿金属管屏蔽，并将金属管两端接地。

6.3 共用接地体

烟站内综合楼避雷带、仓库屋面、所有安装的浪涌保护器、配电箱、计算机房的接地母排以及站内所有建筑物的金属构件，都必须与烟站内接地网进行连通。

7 加强雷电防护知识宣传和防雷科普教育

烟叶收购期间正处于一年中的雷电高发期，仅靠安装必要的防雷设施是不够的，还要增强山区烟站工作人员和广大烟农的自我防雷意识。第一，从普及雷电科普知识入手，县防雷中心在雷雨季节开始前对山区烟站进行年检，并组织技术人员到各烟站宣传讲解防雷知识和雷电的防护措施，发放雷电防护知识宣传资料，提高烟站内活动人员在遭遇强雷暴时的自我保护能力。第二，充分发挥气象部门的优势，在雷暴天气来临前，根据预报和西昌雷达资料提前发布雷电预警信号，通过电话和短信等方式通知山区烟站负责人根据预警信号的级别及防御指南采取相应措施。

8 结束语

山区烟站因其特殊的地理位置，所有进入烟站的信号线和配电房内的电源线均是架空接入，相对于低海拔地区烟站，山区烟站遭受雷击的次数更多，冲击雷电流更强，因此山区烟站在进行防雷设计时，对于直击雷部分，在屋面四角处加装短避雷针并增大避雷带的线径；对于感应雷部分，通过山区烟站近年来出现的雷击事故发现，山区烟站电源避雷器第一级应使用波形为10/350 μs，通流容量更大（≥100 kA）的避雷装置对烟站进行防护。凉山州山区烟叶收购站的综合防雷措施，从雷雨季节后各烟站反馈的信息看，取得了较好的防雷效果，对山区烟站具有一定的推广意义。

参考文献

[1] 王霄，钱铖，胥德梅，等.凉山州气象服务乡村振兴战略研究[J].现代农业研究，2022，28（5）：67-70.

[2] 翟石磊，王加兴.凉山州林下经济发展现状及对策[J].林业科技情报，2023，55 （1）：48-51.

[3] 王跃民，张秋颖.雷电的危害及预防[J].现代农业科技，2011，40（10）：33.

[4] 贾兴华，靳洪.石化企业中防直击雷保护的对象及措施[J].中国建材科技， 2014，23（4）：204，206.

[5] 盛其成.雷电危害及防护浅析[J].科技信息，2011，28（9）：588-589.

[6] 張振文.雷电的成因、危害及预防[J].科技信息，2009，26（14）：356-357.

[7] 黄光.一种有效的高山转播台综合避雷方案[J].科技与创新，2019，6（21）：88-89.

[8] 杨雷，刘志鹏，范兰艳.设施农业雷电灾害影响途径及避雷装置检测[J].现代农业科技，2021，50（10）：159-160.

Liangshan County Mountain Tobacco Leaf Collection Research Several Measures for Lightning Protection

Yuan Ji-chang et al（Liangshan Meteorological Bureau， Liangshan， Sichuan 615000）

Abstract Liangshan Yi Autonomous Prefecture was an important high-quality tobacco production area and a pilot area for modern tobacco agriculture， with unique natural advantages such as light， heat， water and soil resources. Flue-cured tobacco production was one of the economic pillars. In order to facilitate the acquisition and temporary storage of tobacco leaves， tobacco companies have built tobacco leaf acquisition stations throughout the state， especially in mountainous areas with inconvenient transportation. However， due to climate and geographical factors， tobacco leaf acquisition stations are prone to lightning strikes， greatly threatening the safety of relevant personnel and the safety of tobacco leaf warehouses. Based on this， the climate and geographical factors that make tobacco leaf purchasing stations in mountainous areas of Liangshan Prefecture susceptible to lightning strikes were analyzed， as well as the overview of tobacco leaf purchasing stations in mountainous areas of Liangshan Prefecture. The expected annual lightning strikes， lightning protection categories， and hazard types of tobacco leaf purchasing stations in mountainous areas of Liangshan Prefecture were discussed， and the design of direct lightning protection and induction lightning protection for tobacco leaf purchasing stations in mountainous areas of Liangshan Prefecture was studied.

Key words Mountain stand; Lightning protection design; High lightning frequency period