攪拌站雷電防護設計淺析

于瑞平 陳勇偉 王成芳

①甘肅民安現代防雷技術有限公司②甘肅省氣象服務中心 ③江西省氣象局

在我國基礎行業與建筑業的發展過程中，攪拌站在各項工程項目中得到廣泛應用，攪拌站主體多為金屬框架結構，且多安裝于野外空曠地帶，極易遭受雷擊，導致設備損壞或造成人員傷亡。因此，做好混凝土攪拌站的雷電防護工作尤為重要。本文通對案例的綜合分析，說明瀝青攪拌站防雷設計的重要性，供廣大防雷同仁參考。

1 概述

臨合高速1標段瀝青攪拌站主要包括瀝青工藝生產區與LNG液化天然氣儲存罐區，因攪拌站主體均為金屬結構，位于野外空曠地帶，非常容易遭到直接雷擊，閃電發生時，直擊雷放電的能量通過電磁感應和靜電感應方式向四周輻射。由于攪拌站采用計算機自動化控制，集成度和自動化程度高，設備對雷電電磁脈沖和電壓過電流的耐受能力很低，容易遭受雷擊損壞。輕則損壞設備，影響生產進行。重則造成火災和人員傷亡，出現重大安全事故[1]。因此，為了保護生產區內人員的安個及保證生產的順利進行，攪拌站防雷系統應具備防直接雷擊和感應雷擊的能力和措施。

2 雷電防護原理

（1）直擊雷：直擊雷防護采用外部避雷系統：由避雷針、避雷帶（避雷網）、引下線、接地體構成，需要定期檢查檢測，防止雷擊產生的巨大能量直接作用在建筑物上而引發破壞性事故。

（2）感應雷：感應雷防護采用SPD防雷系統，將可能遭受雷電感應并產生雷擊浪涌的線路進行必要的屏蔽、接地和等電位連接，防止電源線路中過電壓對線路板、集成芯片的損壞以及對人員的閃擊，同時保護數據及資料的完整性。

3 氣候與環境

3.1 我國氣候特征

中國幅員遼闊，跨緯度較廣，距海遠近差距較大，加之地勢高低不同，地形類型及山脈走向多樣，因而氣候受大陸、大洋的影響非常顯著，是世界上季風最典型、季風氣候最顯著的地區。中國的氣候具有夏季高溫多雨、冬季寒冷少雨、高溫期與多雨期一致的季風氣候特征。從氣候類型上看，東部屬季風氣候，西北部屬溫帶大陸性氣候，青藏高原屬高寒氣候。從溫度帶劃分看，有熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、寒溫帶和青藏高原區。從干濕地區劃分看，有濕潤地區、半濕潤地區、半干旱地區、干旱地區之分。而且同一個溫度帶內，可含有不同的干濕區；同一個干濕地區中又含有不同的溫度帶。因此在相同的氣候類型中，也會有熱量與干濕程度的差異。地形的復雜多樣，使氣候更具復雜多樣性。

中國年降水量空間分布的規律是：從東南沿海向西北內陸遞減。各地區差別很大，大致是沿海多于內陸，南方多于北方，山區多于平原，山地中暖濕空氣的迎風坡多于背風坡。

3.2 臨夏氣候條件與雷電環境

臨夏回族自治州平均海拔2000m，大部分地區屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫6.3℃，降雨量537毫米，無霜期為157天。根據甘肅省閃電定位系統資料，臨夏回族自治州2000年8月至2014年5月的雷電環境為：臨夏回族自治州的雷電天氣出現于每年的4月至10月中旬期間，且在5月中旬、8月到9月中旬為雷電的高發期；每月的5號到10號、14號到22號為雷電的高發期，同時在雷電季節每天都有雷暴活動發生；臨夏回族自治州的雷電流強度主要分布在20 kA～120kA之間，雷電流強度最大值則達到460kA。從以上閃電資料分析中可以看出，臨夏回族自治州的雷電高發期也是本地工業、農業和人們生產活動的主要時間段，因此雷電可能對人們的人身安全、財產安全與大型設備帶來一些危害。

3.3 臨合高速1標段瀝青攪拌站區地質條件

臨合高速1標段瀝青攪拌站地處甘肅省臨夏回族自治州，為青藏高原、黃土高原和秦嶺山脈的交匯地帶。部分路段相對高差大，山體破碎、風化嚴重，滑坡、泥石流、崩塌發育。地層以二疊系板巖及三疊系砂巖、板巖為主，地質構造復雜，發育一系列壓扭性斷層。

4 防雷方案的設計及依據

4.1 設計內容

根據現場勘查與臨合高速1標段項目部負責人員的介紹，臨合高速1標段瀝青攪拌站的防雷工程設計內容如下所示。

（1）攪拌站瀝青工藝生產區直擊雷防護裝置避雷針1支、接地網1個阻值為10Ω。

（2）攪拌站總配電室、分配電室公用接地網1個阻值為4Ω，其中在總配電室安裝一級電涌保護器（Uc=385V，In=60kA，Imax=100kA，Up≤3.0kA）；分配電室安裝第二級電涌保護器（Uc=385V，In=40kA，Imax=65kA，Up≤2.5kA）。

（3）攪拌站LNG液化天然氣儲存罐區安裝獨立避雷針1支、避雷針接地網1個阻值為10Ω，LNG液化天然氣儲存罐區接地網1個阻值為4Ω。《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）[2]；《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2012）；《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》（GB50058-92）[3]；《民用爆破器材工廠設計安全規范》（GB50089-2007）；《爆炸和火災危險環境防雷裝置檢測技術規范》（QX/T110-2009）。

4.2 設計依據

4.3 設計方案

（1）攪拌站瀝青工藝生產區直擊雷防護設計。攪拌站瀝青工藝生產區的主要設備有瀝青罐6個高度3m；礦粉罐1個高度31米；排粉罐1個高度為18m。根據現場勘查情況，在瀝青工藝生產區礦粉罐頂部安裝1支高為5m的避雷針，于攪拌站外側空閑地面處安裝1組接地網，接點電阻為10Ω。攪拌站的所有罐體、瀝青罐與金屬部件均應進行接地，且接地點不少于2處。接地材料選用接地模塊，攪拌站瀝青工藝生產區接地網總計需安裝6塊接地模塊。

（2）攪拌站配電室雷電防護設計。攪拌站總配電室均無接地，且總配電室沒有安裝電涌保護器。根據現場對攪拌站的供配電室的勘查情況，本次設計中在攪拌站總配電室安裝第一級電涌保護器（參數：Uc=385V，In=60kA，Imax=100kA，Up≤3.0kA），分配電室安裝第二級電涌保護器（參數：Uc=385V，In=40kA，Imax=65kA，Up≤2.5kA）；兩個配電室安裝一組公用地網阻值為4Ω，共計需安裝10個接地模塊。

（3）LNG液化天然氣儲存罐區直擊雷防護設計。攪拌站LNG液化天然氣儲存罐區天然氣罐體與其它設備均無接地，且無直擊雷防護裝置。本次設計中在攪拌站LNG液化天然氣儲存罐區安裝一座高度為26米的避雷塔，避雷塔接地電阻為10Ω，需安裝6塊接地模塊；在LNG液化天然氣儲存罐區安裝1組地網，阻值為4Ω，需安裝10塊接地模塊。在罐區車道處安裝防靜電球與接地端子各1個，LNG液化天然氣儲存罐區罐體與所有設備均與罐區地網進行接地，且接地點不少于兩處。

5 結束語

該防雷工程位置空曠，發生雷擊的可能性極大，通過本方案的設計施工，兩年來的運行實踐，效果良好，有力的保障了生產運行，經濟效益明顯，為瀝青攪拌站防雷設計做了有效鋪墊。