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淺談樂昌市云巖鎮雷擊事故成因及整改措施
本文通過對樂昌市地磅雷擊事故進行勘察，再對收集的數據進行分析處理，分析出造成地磅雷擊事故的可能原因，后提出了針對本次雷擊的整改措施，希望本案例能對地磅的雷電防護有 定的指導意義。
雷電是自然災害之，隨著經濟和現代科學技術的發展，雷電災害造成巨大 的經濟損失，據有關資料統計，全每年因雷擊傷亡人數達10500人左右。
地磅又叫汽車衡，主要由承重傳力機構(秤體)、高精度稱重傳感器、稱 重顯示儀表三大主件構成，由此即可完成基本的稱重功能。也可根據用戶的要求， 可選配打印機、大屏顯示器、計算機管理系統，以完成更高層次的數據管理及處理的 要求(電子地磅系統構成圖見圖1)。
地磅位于樂昌南方水泥有限公司廠區內，地處樂昌市郊區，土壤類型均為石 灰石(25006’34.58" N,113022’16.68"E)，屬喀斯特丘陵地貌，海拔在90米以上。氣候 有明顯的濕熱和干冷的大陸性氣候特征，年平均氣溫為19.4℃。
1 .地磅的防雷現狀
2.1 事故描述
2013年3月14日下午2時40分許，南方水泥有限公司內的電子地磅遭到次強雷電 襲擊(雷擊點不明)，其強度之大為罕見。由于此次雷電有很強的聲、光、電等各 種各樣的物理現象，造成了嚴重的經濟損失，據不*統計：造成2臺電腦損壞，地 磅系統的控制器集成芯片、穩重傳感器損毀，攝像2個，造成了自動稱重控制系統發生了癱瘓，并造成相關設備設備機房的電源線路損壞，直接經濟損失可達數萬元。
2.2 現場勘察
地磅房為層框架式建筑物，建筑物四周柱子均作為防雷引下線，該建筑物已安裝相應 的直擊雷防護措施。地磅承重和傳力機構平臺已作單點接地，并與接地裝置進行了等電位連 接。整個地磅系統接地裝置是距地磅房外墻 1.5m 處敷設人工接地裝置，埋地深度為 2.5m， 規格為<40×40×4 熱鍍鋅角鋼，間距為 5m，水平接地裝置為Φ12 圓鋼，埋地深度為 0.3 米，整個地網共有 4-5 個接地體，且在地磅房四周分布不均。地磅房的防雷接地電阻偏大。 電源線架空至地磅房外墻壁總配電箱，后穿 PVC 管引入地磅房內分配電箱然后地磅控制主 機前電源插座，電源插座前端已安裝插座式 SPD，經檢定該 SPD 啟動電壓將近 2000V， 保護不了后端的敏感的電子設備，該電子地磅的電制式為 TN-S。地磅房內有路進 線，該未安裝任何雷電過電壓防護措施。地磅傳感器的傳輸接口為 RS232，信號線為普 通的非屏蔽雙絞線，未作任何的屏蔽處理，由地磅房引出的監控攝像機，電源線和信號線均 未采取防雷電過電電壓措施。地磅房內了電子設備均未做等電位連接措施。
2.3 事故分析
地磅已安裝了相應的直擊雷防護措施，并且在地磅周圍未發現雷擊點，可判定本次 雷擊事故非遭受直擊雷所致，根據機房內線路和設備情況，可初步判定本次雷擊由感應雷造 成。
1) 地磅位于南方水泥廠廠區內，由于水泥廠內含有石灰石庫、水塔等較高的設施 設備，它們在水泥廠內形成了天然的接閃器，對直擊雷有吸引的作用，由于雷電流的強大， 在通過引下線入地過程中，必然會在周圍的空間形成近電磁場，尤其是架空線路。而電子地 磅由于只安裝了直擊雷防護措施，未安裝有效的感應雷防護措施，所以當水泥廠中的其它較 高的建筑物受雷擊時，近電磁場會在其周圍產生強大的瞬態電磁場，該電磁場會使處于其空 間范圍內的金屬導體上感應出定幅值的瞬態過電壓，該過電壓的大小主要取決于雷電流的 變化率，感應導體的和導體距離等因素有關，可用以下公式計算：
(1)
Em 感應電壓(單位為KV)
L 金屬環邊長(單位為 m)
X1 金屬環距雷擊點距離(單位為 m) Di/ dt 雷電流強度(單位為 Ka / us)
通過計算，地磅房按三類防雷建筑物計算，它離距雷擊點距離設定為 10 米，4 米×4 米的 避合線路環可感應出數千伏的電壓，而該地磅的電線路從廠區內直接架空引入，雷擊時， 雷電流通過引下線入地時，產生的電磁場必然會在電磅房的控制線和電源線上產生感應過電 壓，致使相應的設備損壞。
2) 地磅房利用四周柱主筋作為防雷引下線，防雷引下線的間距為 5 米×5 米，當雷電擊 中電子地磅時，雷電流通過引下線進入接地裝置時，會引起地電位升高，接地的地電位 Ug ,其計算公式如下：
(2)
Ug 接地的地電位升，kH;
Lg 接地的有效電感，μH;
Rch 接地的沖擊接地電阻，Ω; 由于單個接地，其有效電感不大，忽略時(令Lg=0),公式可簡化為
(3) 所以降低地電位反擊的方法是降低接地電阻，設地磅的防雷地網(聯合接地網)的接地電阻 很大，如 R=100Ω，如果有 I=100KA 的雷電流擊中地磅關聯的建筑物時，地電位反擊過電
壓為 Ug=100=10000kv，這時地磅的任何接地裝置及等電位連接都會被擊穿，所以防 雷接地電阻過大也可能造成地磅的設施、設備的損壞。
3) 公共地阻抗耦合
雷擊時，雷電流沿引下線流經接地體時，在地中形成如圖 2 中虛線所示的電位分布，由 于設備 B 接地處電位與雷擊點的基地不同，此電位差也可在地壤中形成放電。也就是說 當地磅及地磅室內用電設備地網與雷擊點地網未達到安全距離時，必然會擊穿土壤，設雷電 流為 100KA 時，若雷擊點處的接地電阻為 5 歐時，則雷擊點處的接地點瞬間地電位可達 500KV 時，十幾米內的地磅房土壤可能被擊穿。
4) 雷電波侵入
a.直擊雷(雷電直擊)的雷電波侵入危害 雷電可能直接擊中信號線纜，讓高壓雷電波以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入地磅房，
有關資料顯示，當雷電擊中信號線路時，雷電流會以 1/20～1/2 光速以波的形式向線路兩端 移動，對電力設備及用電設備構成危害。雷擊時電流高達幾十千安，高達到 200-300KA， 般在 20-40KA，其時間甚短，般僅為 10～100μs。
雷擊架空線路導線產生的直擊雷過電壓：
US = 100I ⑷
將 I=10KA 代入上式，可知 Us 相當大，必然會損壞相應的設備。實踐證明，將電纜埋在 土壤電阻高的地方，那么該電纜遭雷擊的概率也相當大，即也會發生雷電直擊電纜的事故。
b.感應過電壓的雷電波侵入危害 由于云巖鎮內線纜大多采用架空形式引入，那么當發生雷擊時，雷電電磁脈沖會在架空
線產生感應過電壓。架空線路(無屏蔽)雷電感應過電壓幅值，可用下列公式表示：
U = 25 I · Hd ⑸
g S
對于上式，雷電流幅值I=100KA，導線距地的高度Hd=5m,而雷擊點距導線的垂直距離 S=500m,經計算Ug=25KV,遠遠高于線路的耐壓值。
2 .整改措施
1. 經實地勘察得知，可在地磅房后距外墻 1.5 處增設環形人工接地裝置，水平接地體 可采用Φ12 鍍鋅圓鋼，埋地深度至少 0.5m，垂直接地體采用 5 號鍍鋅角鋼，沿水平接地體 間隔 5 米敷設條，角鋼長度至少 2.5 米，將該人工接地裝置作為系統的共用接地裝置，并 將防直擊雷接地、設備接地、SPD 接地、地磅秤臺接地、傳感器彈性接地、視頻、信號線 路的屏蔽接地均接至共用接地裝置，接地裝置的防雷接地電阻不大于 4 歐姆。
2. 地磅稱臺應與地網作等電位連接，連接點不少于 2 處，連接材料可采用<40×40×4 熱鍍鋅扁鐵。
3. 地磅房引出的視頻線、信號線、控制線路應將線路傳輸線改為屏蔽線路，架空線路在 進入地磅房前應穿鋼管埋地引入，并將入戶端電纜的金屬外皮、鋼管應與防雷接地裝置邊接;
4. 低壓電源線路引入的總配電柜、地磅房內分配電箱以敏感設備用插座前分別安裝 適配的電源 SPD，進出地磅房的視頻傳輸線、信號控制線等信號線在入口，處加裝適 配的信號 SPD，SPD 的選擇和安裝應符合 GB50057 和 GB50343 的相關要求。SPD 兩端的 引線應盡量短，滿足上下引線長度和小于 0.5m(圖 3 為地磅系統的防雷電波侵入示意圖);
3 .總結
由于地磅的特殊性與重要性，要求我們必須根據電子地磅的實際情況，因地制宜地 對地磅系統進行防雷設計，即從直擊雷防護與感應雷防護兩個方面入手，安裝合適的防雷裝 置，從而達到保護設施與設備的目的.