某加油站一次雷擊事故的技術分析

謝寶永

摘要：本文通過對發生在中山市神灣鎮某加油站發生雷擊造成加油機主板微電子設備損壞的事故進行現場勘查、周圍環境分析、剩磁測試和環境電磁場的計算分析，找出該加油站的加油機主板微電子設備損壞的原因是：由于加油站附近接閃雷電流，在附近產生強烈的交變電磁場，而加油機沒有做好有效的電磁屏蔽措施，從而使加油機主板的微電子設備遭受損壞，并根據實際情況提出了切實可行的整改意見。

Abstract： This article conducts site survey， analysis of surrounding environment， residual magnetism test and calculation of environmental electromagnetic field on the accident of microelectronic equipment on the main board of the tanker caused by lightning strike at a gas station in Shenwan Town， Zhongshan City. The reason for the damage of the microelectronic equipment of the mainboard of the tanker is that due to the lightning current near the gas station， a strong alternating electromagnetic field was generated nearby， and the tanker did not have effective electromagnetic shielding measures， so that the microelectronic equipment on the main board of the tanker was damaged， and practical rectification opinions were put forward according to the actual situation.

關鍵詞：空間電磁場;屏蔽;技術分析

Key words： space electromagnetic field;shielding;technical analysis

中圖分類號：P429? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0198-03

0? 引言

2019年7月18日15時10分左右，中山市神灣鎮某加油站附近閃電雷鳴，發生雷雨天氣，位于加油棚內的加油機主板微電子設備損壞。業主認為造成該次設備損壞的原因可能是由于雷擊造成的，希望調查找出原因，避免以后類似情況出現。有關技術人員趕到事發現場進行調查，了解雷電災害損失情況、發生的具體時間地點和發生時的現場情況，并進行了事故原因的分析。

1? 概況

據當時在場加油站工作人員陳述反映，2019年7月18日15時10分左右聽到雷聲巨響，隨后加油站及附近地區斷電。雷雨停后，供電部門工作人員沿途對線路進行搶修恢復用電。經加油站工作人員檢查發現，1號加油機4號加油槍對應的電路板以及4號加油機23、24號加油槍對應的電路板芯片損壞。

經現場勘查，該加油站位于中山市神灣鎮外沙村古神公路與藕圍街交接處北側，北緯22.3375°，東經113.3456°，該區域地勢平坦，四周空曠（見圖1），附近河網、丘陵密布。該加油站的加油棚高10m，加油站已安裝符合國家規范要求的防雷直擊設施，并按時進行定期檢測。建筑物、防雷裝置沒有接閃受損的痕跡，已安裝的電源、信號電涌保護器（SPD）也并未有受損的跡象。

2? 原因分析

2.1 氣象環境分析

該加油站位于中山市神灣鎮外沙村古神公路與藕圍街交接處北側，北緯22°20′4"，東經113°20′3"，該區域地勢平坦，四周空曠，附近河網、丘陵密布，為雷電高風險區。當天氣炎熱能量累積充足，在強烈的上升氣流時易形成積雨云觸發強烈的午后熱雷雨，伴隨劇烈的雷電。

在當天下午中山市氣象臺監測到大涌、板芙、神灣、坦洲等地正受強雷雨云團影響。2019年7月18日15：00-15：12時左右，從氣象雷達回波圖（見圖2）可看出，雷雨降水云團正影響神灣地區，該區域天氣不穩定，有一次強烈的雷雨大風過程;據雷電監測資料顯示，該區域雷電活動頻繁，屬強雷暴天氣條件。

2.2 防雷裝置和剩磁數據分析

經現場調查，加油站各建筑已安裝防雷設施，已進行定期檢測。建筑物、防雷裝置沒有接閃受損的痕跡，安裝的電源、信號電涌保護器（SPD）也并未有受損的跡象。根據在雷擊電流通路及其附近的鐵釘、鐵絲、鋼管等鐵磁性物體被雷擊電流的磁場磁化，并留下一定強度的剩磁現象，對加油站場內外部分設施進行剩磁測試，測試結果為：0.2～0.4mT之間。根據《雷電災害調查技術規范》（QX/T103-2017）[1]和《電氣火災原因技術鑒定方法第2部分：剩磁法》[2]GBl6840.2”中的數據判定，測試剩磁數值小，未發現受直擊雷受損的痕跡，可排除受到直擊雷的影響。

2.3 空間電磁場影響分析

雷電流對地接閃時，回在接閃附近空間產生強大的交變電磁場，根據《計算機場地通用規范》（GB/T2887-2011）[3]要求，當磁場強度達2.4×10-4T（特斯拉）或2.4Gs（高斯）時，2.4Gs約為：191A/m，就可以使微電子設備發生永久性損壞。

2.3.1 雷電流接閃點與加油站最小的距離與雷電流大小的關系

雷電流接閃分兩種類型，一種是在加油站的建（構）筑物的接閃器上接閃雷電流，一種是在加油站附近接閃雷電流;由于在現場調查分析中發現這次雷擊過程沒有在加油站的接閃器上接閃雷電流，因此，我們重點分析在加油站附近接閃雷電流的情況，根據《建筑物防雷設計規范》[4]雷閃數學模型（電氣-幾何模型）

2.3.2 加油站附近接閃雷電流的電磁場強度計算分析

當加油站附近發生雷電閃絡，雷電波將以耦合、傳導和空間LEMP輻射等方式向外傳播，并損壞附近設備。當雷電流在加油站附近接閃時，其產生的無衰減磁場強度H0，相當于LPZ0區內的磁場強度，則如圖5所示。

根據式（1）-（3），我們可以計算出2019年7月18日15：00-15：15，在加油站附近發生雷電流接閃時，加油站的磁場強度，計算結果見表1。

由表1可以看出，當加油站附近發生接閃65kA或以上的雷電流時，雷電流在加油站產生的磁場強度可以使加油站內微電子設備發生永久性損壞。為了保護加油機內部的微電子設備，需要對加油機進行電磁屏蔽。

3? 防護對策

加油站場所屬于第二類防雷類別，按國家規范[4]要求第二類防雷的建（構）筑物場所應防護150kA的雷電流，150kA雷電流可以在加油站附近71.4m的地方接閃雷電流，并且可以在加油站產生強度為334.7A/m的磁場，而這一磁場強度可以使加油站內、沒有采用電磁屏蔽措施的微電子設備遭受永久性損壞，而加油機安放在加油棚之下，四周幾乎沒有任何電磁屏蔽措施，因此，加油機中的芯片很容易遭受損壞，為了保護加油機內部的電子設備，需要對加油機內部做好電磁屏蔽措施，并且使150kA雷電流產生的334.7A/m的磁場強度降低到191A/m以下，因此屏蔽系數可根據式（4）變換得：

4? 結論

本文通過現場勘查、氣象環境、剩磁測試分析和空間電磁場的計算分析，找出該加油站造成設備損壞的原因是：由于加油站附近接閃雷電流，在附近產生強烈的交變電磁場，而加油機沒有做好有效的電磁屏蔽措施，從而使加油機主板的微電子設備遭受損壞。通過此次分析可知，日常工作生活中，雖然看不見、摸不著空間的交變電磁場，但強大的交變電磁場是微電子設備損壞的元兇，因此做好電磁屏蔽措施是加油站防御雷電災害、保障安全的措施之一。

參考文獻：

[1]QX/T103-2017，雷電災害調查技術規范[M].氣象出版社，2017，10.

[2]電氣火災原因技術鑒定方法第2部分：剩磁法（GB16840.2）[M].北京：中國標準出版社，1997.

[3]GB/T2887-2011，計算機場地通用規范[M].北京：中國標準出版社，2011，10.

[4]GB50057-2010，建筑物防雷設計規范[M].北京：中國計劃出版社.