朱宣儒, 林 情, 鄧一曉(防城港市防雷中心, 廣西 防城港 538001)

雷災(zāi)鑒定的常用技術(shù)及分析方法

朱宣儒, 林 情, 鄧一曉
(防城港市防雷中心, 廣西 防城港 538001)

根據(jù)雷電產(chǎn)生的效應(yīng)和雷災(zāi)常見的現(xiàn)象,總結(jié)了雷災(zāi)鑒定的常用技術(shù)及分析方法。指出雷災(zāi)鑒定是根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆r(shí)空特征、雷災(zāi)發(fā)生地理位置環(huán)境、防雷裝置、受損物體及雷擊發(fā)生證據(jù)互相佐證判定的過程。

雷災(zāi)鑒定; 直接雷擊; 間接雷擊; 電磁感應(yīng)

0 引 言

雷電災(zāi)害的鑒定需要尋找證物,如雷擊點(diǎn)、雷擊痕跡、熔痕、雷電流通路。但雷電感應(yīng)造成的損失往往不易發(fā)現(xiàn)證據(jù),這時(shí)應(yīng)充分利用各種手段或方法對(duì)受損物體通過觀察、推理或檢測等手段進(jìn)行鑒定,綜合運(yùn)用各種方法對(duì)各種雷災(zāi)作出合理解釋,正確出具雷災(zāi)鑒定報(bào)告,為相關(guān)受災(zāi)部門或個(gè)人提供建議或法律索賠依據(jù)。

本文根據(jù)多年防雷和雷災(zāi)鑒定的經(jīng)驗(yàn),從雷電效應(yīng)、雷擊現(xiàn)象等多方面介紹了各種雷災(zāi)鑒定的常用技術(shù)及分析方法。

1 直接雷擊鑒定

直接雷擊常造成建構(gòu)筑物直接損壞,引起危險(xiǎn)化學(xué)物品爆炸。如果架空金屬線路遭受雷電直擊,將導(dǎo)致終端儀器設(shè)備爆炸、燒毀或直接焦化。直接雷擊由強(qiáng)大雷電流沿雷電通道泄放,雷電通道表現(xiàn)形式為低阻抗通道,如金屬回路。因此鑒定直接雷擊要首先查找雷擊點(diǎn),并查看受損物體部件或金屬熔痕,通過剩磁檢測儀來定量檢測。剩磁存在于雷電流流過的導(dǎo)體中,如接閃桿、引下線、接地導(dǎo)體或引下線等周圍的鐵磁材料。一般使用剩磁檢測儀需檢測金屬物尖銳部位、連接過渡處才能獲得剩磁最大值。當(dāng)剩磁為0.5～1.0 mT時(shí),基本上可以判定為雷電通路。

2 間接雷擊鑒定

間接雷擊表現(xiàn)為電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)。雷云在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)對(duì)地放電,在通道周圍產(chǎn)生瞬變電磁場,電磁場周圍靜置的金屬物切割磁力線運(yùn)動(dòng),使電磁場周圍金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)且閉合回路產(chǎn)生感應(yīng)電流,損壞儀器設(shè)備或局部發(fā)生火花放電,點(diǎn)燃易燃、易爆氣體或液體。

電子設(shè)備元件的工作電壓一般為12～48 V,耐壓非常低,一般的電壓波動(dòng)都可能導(dǎo)致設(shè)備的誤動(dòng)作。目前,間接雷擊表現(xiàn)為電子儀器設(shè)備的損壞,表現(xiàn)方式為主板元件燒毀或進(jìn)出端口擊穿。

當(dāng)電子設(shè)備受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度為3×10-6T時(shí),電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作;當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到2.4×10-4T時(shí),電子設(shè)備受到永久性損壞,一般網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口的耐沖擊水平設(shè)計(jì)值<100 V。

因此,間接雷擊的鑒定需要通過查看受損物體所處雷擊電磁環(huán)境位置,估算電磁場強(qiáng)度,根據(jù)雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)估算雷電幅值,并尋找落雷點(diǎn)。

當(dāng)鄰近雷擊時(shí),LPZ0區(qū)磁場強(qiáng)度為

(1)

式中:I——雷電流;Sa——雷擊與屏蔽空間之間的平均距離。

后續(xù)區(qū)域屏蔽效能為

SE=20lg(H0/H1)

(2)

式中:H1——LPZ1區(qū)磁場強(qiáng)度。

在實(shí)際工程中,民用電子信息系統(tǒng)設(shè)備機(jī)箱或機(jī)柜一般能提供自然屏蔽效能為20～40 dB,可取SE=20 dB,即H1=10%H0。

當(dāng)附近雷擊對(duì)地放電,Sa=100 m時(shí),對(duì)地放電的雷電流I=100 kA,由式(1)得H0=159.2 A/m。

在考慮設(shè)備機(jī)箱或機(jī)柜自然屏蔽效能時(shí),估算出H1=10%H0=15.92 A/m=2×10-5T,可能導(dǎo)致電子設(shè)備損壞。

間接雷擊除了引燃危險(xiǎn)化學(xué)物品的危害較大外,對(duì)電子設(shè)備雷擊特征不明顯。故此類鑒定必須先查詢雷電監(jiān)測系統(tǒng),再通過查看受災(zāi)物體、受損特征,通過間接雷擊引起的特征進(jìn)一步來確定。

3 雷擊地電位抬升影響

地電位反擊是指:建筑物防雷裝置遭受直接雷擊,在接地裝置上產(chǎn)生高電位,對(duì)周圍與它們靠得近而又沒與它們連接的金屬物體、設(shè)備、線路、人體之間產(chǎn)生巨大的電位差,這個(gè)電位差引起的電擊就是地電位反擊。地電位反擊通常存在兩種形式:① 雷電流流入大地時(shí)產(chǎn)生較大的壓降,使地電位抬高,反向擊穿設(shè)備；② 兩個(gè)地網(wǎng)之間由于沒有足夠的安全距離,當(dāng)其中一個(gè)地網(wǎng)接收雷電流而產(chǎn)生高電位時(shí),則向沒有接收雷擊的地網(wǎng)產(chǎn)生反擊,使該接地系統(tǒng)上帶有危險(xiǎn)的電壓。

防城港市某氣象自動(dòng)觀測站于2014年5月18日和2014年6月9日各發(fā)生了1次雷擊事故。氣象自動(dòng)觀測站示意圖如圖1所示。

圖1 氣象自動(dòng)觀測站示意圖

通過剩磁檢測儀確認(rèn),該觀測站受雷擊于接閃桿。接閃桿與觀測站共用接地裝置,接閃桿受雷擊后各點(diǎn)電位升高。E點(diǎn)電位為

UE=IR-LSAEdI/dt

(3)

將I=100 kA、R=2.5 Ω、L=1.67 μH/m、SAE=6 m、dI/dt=100 kA/10 μs代入式(3),得UE=149.8 kV。 顯然,若雷擊于接閃桿,自動(dòng)站采集箱外殼同樣產(chǎn)生上百千伏地電位。即使采集箱各設(shè)備端口進(jìn)線采用保護(hù)接地或安裝電涌保護(hù)器(處于瞬間等電位聯(lián)結(jié)狀態(tài)),但采集元件板或進(jìn)線端口因絕緣與外殼仍存在電位差,導(dǎo)致采集箱元件損壞。

4 雷電波入侵

當(dāng)雷云對(duì)地放電時(shí),裸露在空氣中的輸配電線路或架空金屬管線產(chǎn)生的沖擊電壓沿線路兩端傳播,導(dǎo)致終端配電設(shè)備或儀器設(shè)備受到?jīng)_擊而發(fā)生短路,使設(shè)備損毀或點(diǎn)燃建筑物內(nèi)易燃、易爆物品。表現(xiàn)形式為雷電波入侵。

當(dāng)雷擊點(diǎn)S>65 m時(shí),根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),架空導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)過電壓可按下式估算:

(4)

當(dāng)雷擊點(diǎn)S≤65 m時(shí),感應(yīng)過電壓按下式估算:

(5)

將I=100 kA、hd=6 m、S=100 m代入式(4),計(jì)算得Ug=150 kV。

通過估算可知,當(dāng)雷擊發(fā)生距離超過65 m時(shí),架空線路均可能產(chǎn)生上百千伏感應(yīng)過電壓,對(duì)導(dǎo)線兩端設(shè)備造成過電壓沖擊;當(dāng)雷擊發(fā)生距離小于65 m時(shí),若周邊無接收或吸引雷電的裝置,則雷電被架空導(dǎo)線吸收。此類雷災(zāi)鑒定應(yīng)先查詢雷電監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生的雷暴情況,再通過查看終端設(shè)備受損情況,線路開關(guān)是否跳閘,電源避雷器是否動(dòng)作,通過剩磁檢測儀進(jìn)一步確認(rèn)是否為雷電波入侵造成的破壞。

5 結(jié) 語

雷災(zāi)鑒定是一項(xiàng)專業(yè)知識(shí)范圍廣、技術(shù)性強(qiáng)、對(duì)人員綜合素質(zhì)及工作驗(yàn)收要求高的工作。雷災(zāi)鑒定采用目測、觀察、檢測等手段尋找雷擊證據(jù),根據(jù)受損體損害、雷暴時(shí)空特征、受災(zāi)體電磁環(huán)境、防雷裝置現(xiàn)狀、綜合布線等情況,通過推理、論證進(jìn)行鑒定。

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Common Techniques and Analysis Methods for Appraisal of Lightning Accident

ZHUXuanru,LINQing,DENGYixiao

(Fangchenggang Lightning Protection Center, Fangchenggang 538001, China)

According to the common effect of lightning and phenomenon of lightning accidents,this paper summarized the common techniques and analysis methods in appraisal of lightning disaster.Appraisal of lightning accident is a determining process at aspects of the spatial and temporal characteristics of thunderstorm lightning occurrence,local geographical environment,lightning protection devices,damaged objects and lightning stroke evidence.

lightning accident appraisal; direct lightning stroke; indirect lightning stroke; electro-magnetic induction

朱宣儒(1979—),男,工程師,從事防雷技術(shù)方面的工作。

TU 856

B

1674-8417(2015)04-0049-03

2014-12-02

林 情(1985—),女,從事防雷技術(shù)工作。

鄧一曉(1986—),女,從事防雷技術(shù)工作。