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乐昌市某地磅雷击事故分析及整改措施

时间:2017-09-11 10:24   来源:http://www.jrscale.com   访问量:

本文通过对乐昌市一地磅雷击事故进行勘察,再对收集的数据进行分析处理,分析出造成地磅雷击事故的可能原因,最后提出了针对本次雷击的整改措施,希望本案例能对地磅的雷电防护有 一定的指导意义。

雷电是十大自然灾害之一,随着经济和现代科学技术的发展,雷电灾害造成巨大 的经济损失,据有关资料统计,全世界每年因雷击伤亡人数达10500人左右。

地磅又叫汽车衡,主要由承重传力机构(秤体)、高精度称重传感器、称 重显示仪表三大主件构成,由此即可完成最基本的称重功能。也可根据用户的要求, 可选配打印机、大屏显示器、计算机管理系统,以完成更高层次的数据管理及处理的 要求(电子地磅系统构成图见图1)

地磅位于乐昌南方水泥有限公司厂区内,地处乐昌市郊区,土壤类型均为石 灰石(2500634.58" N,11302216.68"E),属喀斯特丘陵地貌,海拔在90米以上。气候 有明显的湿热和干冷的大陆性气候特征,年平均气温为19.4℃。

001.png

1 .地磅的防雷现状

2.1 事故描述

2013314日下午240分许,南方水泥有限公司内的电子地磅遭到一次强雷电 袭击(雷击点不明),其强度之大极为罕见。由于此次雷电有很强的声、光、电等各 种各样的物理现象,造成了严重的经济损失,据不完全统计:造成2台电脑损坏,地 磅系统的控制器集成芯片、稳重传感器损毁,摄像头2个,造成了自动称重控制系统发生了瘫痪,并造成相关设备设备机房的电源线路损坏,直接经济损失可达数万元。

2.2 现场勘察

地磅房为一层框架式建筑物,建筑物四周柱子均作为防雷引下线,该建筑物已安装相应 的直击雷防护措施。地磅承重和传力机构平台已作单点接地,并与接地装置进行了等电位连 接。整个地磅系统接地装置是距地磅房外墙 1.5m 处敷设人工接地装置,埋地深度为 2.5m 规格为<40×40×4 热镀锌角钢,间距为 5m,水平接地装置为Φ12 圆钢,埋地深度为 0.3 米,整个地网共有 4-5 个接地体,且在地磅房四周分布不均。地磅房的防雷接地电阻偏大。 电源线架空至地磅房外墙壁总配电箱,后穿 PVC 管引入地磅房内分配电箱然后地磅控制主 机前电源插座,电源插座前端已安装一插座式 SPD,经检定该 SPD 启动电压将近 2000V 保护不了后端的敏感的电子设备,该电子地磅的供电制式为 TN-S。地磅房内有一路电话进 线,该电话未安装任何雷电过电压防护措施。地磅传感器的传输接口为 RS232,信号线为普 通的非屏蔽双绞线,未作任何的屏蔽处理,由地磅房引出的监控摄像机,电源线和信号线均 未采取防雷电过电电压措施。地磅房内了电子设备均未做等电位连接措施。

2.3 事故分析

地磅已安装了相应的直击雷防护措施,并且在地磅周围未发现雷击点,可判定本次 雷击事故非遭受直击雷所致,根据机房内线路和设备情况,可初步判定本次雷击由感应雷造 成。

1) 地磅位于南方水泥厂厂区内,由于水泥厂内含有石灰石库、水塔等较高的设施 设备,它们在水泥厂内形成了天然的接闪器,对直击雷有吸引的作用,由于雷电流的强大, 在通过引下线入地过程中,必然会在周围的空间形成近电磁场,尤其是架空线路。而电子地 磅由于只安装了直击雷防护措施,未安装有效的感应雷防护措施,所以当水泥厂中的其它较 高的建筑物受雷击时,近电磁场会在其周围产生强大的瞬态电磁场,该电磁场会使处于其空 间范围内的金属导体上感应出一定幅值的瞬态过电压,该过电压的大小主要取决于雷电流的 变化率,感应导体的和导体距离等因素有关,可用以下公式计算:

1002.png

Em  感应电压(单位为KV

L 金属环边长(单位为 m

X1 金属环距雷击点距离(单位为 m Di/ dt 雷电流强度(单位为 Ka / us

通过计算,地磅房按三类防雷建筑物计算,它离距雷击点距离设定为 10 米,4 ×4 米的 避合线路环可感应出数千伏的电压,而该地磅的供电线路从厂区内直接架空引入,雷击时, 雷电流通过引下线入地时,产生的电磁场必然会在电磅房的控制线和电源线上产生感应过电 压,致使相应的设备损坏。

2) 地磅房利用四周柱主筋作为防雷引下线,防雷引下线的间距为 5 ×5 米,当雷电击 中电子地磅时,雷电流通过引下线进入接地装置时,会引起地电位升高,接地极的地电位 Ug  ,其计算公式如下:

 

                 003.png                                                            2

Ug  接地极的地电位升,kH

Lg 接地极的有效电感,μH;

Rch 接地极的冲击接地电阻,Ω; 由于单个接地极,其有效电感不大,忽略时(令Lg=0,公式可简化为

                                             004.png                                            3 所以降低地电位反击的方法是降低接地电阻,设地磅的防雷地网(联合接地网)的接地电阻 很大,如 R=100Ω,如果有 I=100KA 的雷电流击中地磅关联的建筑物时,地电位反击过电

压为 Ug=100=10000kv,这时地磅的任何接地装置及等电位连接都会被击穿,所以防 雷接地电阻过大也可能造成地磅的设施、设备的损坏。

3) 公共地阻抗耦合

雷击时,雷电流沿引下线流经接地体时,在地中形成如图 2 中虚线所示的电位分布,由 于设备 B 接地极处电位与雷击点的基地不同,此电位差也可在地壤中形成放电。也就是说 当地磅及地磅室内用电设备地网与雷击点地网未达到安全距离时,必然会击穿土壤,设雷电 流为 100KA 时,若雷击点处的接地电阻为 5 欧时,则雷击点处的接地点瞬间地电位可达 500KV 时,十几米内的地磅房土壤可能被击穿。

4) 雷电波侵入

a.直击雷(雷电直击)的雷电波侵入危害 雷电可能直接击中信号线缆,让高压雷电波以波的形式沿着导线两边传播而引入地磅房,

有关资料显示,当雷电击中信号线路时,雷电流会以 1/201/2 光速以波的形式向线路两端 移动,对电力设备及用电设备构成危害。雷击时电流高达几十千安,最高达到 200-300KA, 一般在 20-40KA,其时间甚短,一般仅为 10100μs

雷击架空线路导线产生的直击雷过电压:

 

US  = 100I

 

 I=10KA 代入上式,可知 Us 相当大,必然会损坏相应的设备。实践证明,将电缆埋在 土壤电阻高的地方,那么该电缆遭雷击的概率也相当大,即也会发生雷电直击电缆的事故。

b.感应过电压的雷电波侵入危害 由于云岩镇内线缆大多采用架空形式引入,那么当发生雷击时,雷电电磁脉冲会在架空

线产生感应过电压。架空线路(无屏蔽)雷电感应过电压幅值,可用下列公式表示:

U    = 25 I · Hd

g S

对于上式,雷电流幅值I=100KA,导线距地的高度Hd=5m,而雷击点距导线的垂直距离 S=500m,经计算Ug=25KV,远远高于线路的耐压值。

2 .整改措施

1. 经实地勘察得知,可在地磅房后距外墙 1.5 处增设一环形人工接地装置,水平接地体 可采用Φ12 镀锌圆钢,埋地深度至少 0.5m,垂直接地体采用 5 号镀锌角钢,沿水平接地体 间隔 5 米敷设一条,角钢长度至少 2.5 米,将该人工接地装置作为系统的共用接地装置,并 将防直击雷接地、设备接地、SPD 接地、地磅秤台接地、传感器弹性接地、视频、信号线 路的屏蔽接地均接至共用接地装置,接地装置的防雷接地电阻不大于 4 欧姆。

2. 地磅称台应与地网作等电位连接,连接点不少于 2 处,连接材料可采用<40×40×4 热镀锌扁铁。

3. 地磅房引出的视频线、信号线、控制线路应将线路传输线改为屏蔽线路,架空线路在 进入地磅房前应穿钢管埋地引入,并将入户端电缆的金属外皮、钢管应与防雷接地装置边接;

4. 低压电源线路引入的总配电柜、地磅房内分配电箱以敏感设备专用插座前分别安装 适配的电源 SPD,进出地磅房的视频传输线、信号控制线等信号线在入口,出口处加装适 配的信号 SPDSPD 的选择和安装应符合 GB50057  GB50343 的相关要求。SPD 两端的 引线应尽量短,满足上下引线长度和小于 0.5m(图 3 为地磅系统的防雷电波侵入示意图);

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3 .总结

由于地磅的特殊性与重要性,要求我们必须根据电子地磅的实际情况,因地制宜地 对地磅系统进行防雷设计,即从直击雷防护与感应雷防护两个方面入手,安装合适的防雷装 置,从而达到保护设施与设备的目的.