西潮河闸防雷实践与分析

张元刚

西潮河闸防雷实践与分析

张元刚

一、概况

西潮河闸位于江苏省射阳县新洋港东南1.7km处的海堤上，为中型水闸，1965年7月建成并投入运行。西潮河闸共4孔，总净宽40m，单孔净宽10m。西潮河闸办公楼及闸身启闭机房屋顶均设有避雷带。西潮河地区为独立排水区，流域水系范围：斗龙港以北、新洋港以南、通榆河以东、海堤以西的大丰、射阳、亭湖区三县区678km2，直接承担排涝面积62万亩。

强烈雷击会造成水工建筑物及管理系统的巨大损失。2007年7月，西潮河地区出现强雷暴天气，西潮河闸自动化监控系统因遭受雷击全部瘫痪，硬盘录像机被击毁，多台电脑、电视机被烧毁。

二、雷电的形成及特点

1.雷电的形成

雷电是大气中一种自然现象，带电的云层称为雷云，所谓雷击是指带电的云层与另一部分带异种电荷的云层或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电，同时产生强烈的闪光并伴随巨大的声音。云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑和人、畜没有很大影响。而云层对大地的放电，可造成人员伤亡和社会经济的重大损失，尤其是对弱电设备，雷灾损失非常严重，并且对电子、通讯、广播等会产生严重影响。

2.雷电的主要特点

（1）冲击电流大。其电流高达几万到几十万安培。

（2）时间短。一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电。整个过程一般不会超过60微秒。

（3）频率高。雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒。

（4）冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。

三、雷电的种类、危害及防护

雷电主要有四种类型：直击雷、感应雷、雷电侵入波、球形雷。

1.直击雷

（1）直击雷主要危害高层建筑，是带电云层（雷云）与建筑物、其他物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。

（2）直击雷的防护。防避直击雷通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。

2.感应雷

（1）感应雷是指当雷云来临时地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生出很高的静电电压（感应电压），其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压往往会造成建筑物内的导线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸，产生危及人身安全或对供电系统造成危害。另一种情况是，在雷电闪击时，由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，又或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。

（2）感应雷的防护。①电源防雷：根据不同建筑物的防雷要求，对其配电系统电源采用相应防雷一体化防护；②信号系统防雷：根据通讯线路的类型、通讯频带、线路电平等选择通讯避雷器，将通讯避雷器串联在通讯线路上；③等电位联接：等电位联接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。将机房内的主机金属外壳、设施管路、电缆桥架、铝合金窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带或其他已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间应尽量附加多次相互连接。④金属屏蔽及重复接地：在做好以上措施基础上，还应采用有效屏蔽、重复接地等办法，避免架空导线直接进入建筑物楼内和机房设备，尽可能埋地缆进入，并用金属导管屏蔽，屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地，最大限度削减从各种导线上引入雷电高电压。

3.雷电侵入波

雷电冲击波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。为了防止雷电侵入波沿低电压线路进入室内，低压线路最好采用地下电缆供电，并将电缆的金属外皮接地。采用架空线供电时，在进户外装设一组低压阀型避雷器或2～3mm的保护间隙，并与绝缘子铁脚一起接地。

4.球形雷

在雷电频繁的雷雨季节，偶然会发现殷红色、灰红色、紫色、蓝色的“火球”，直径一般十到几十厘米，人们习惯称之为“球形雷”，较为罕见。防避球形雷最好在雷雨天不要打开门窗，并在通风管道等空气流动处装上金属保护网，然后做良好接地。

四、西潮河闸防雷方案

西潮河闸位于射阳县黄沙港镇境内，年雷暴日为46天，属多雷区，加之地处水陆交界处，建筑物及其内部设备极易遭受雷击。所以本着“安全、可靠、先进、经济、适用”的原则，根据国家有关防雷技术规范的要求，结合工程实际情况，西潮河闸采取了如下防雷方案：

1.直接雷防护

利用办公楼、启闭机房屋顶的避雷带和四周墙面内的柱钢筋作为引下线，与梁钢筋相互焊接，组成一个完整的接地系统，把进入建筑物的水管、金属管道等金属构件作良好电气连接。这样，整座水闸、办公楼就形成了一个理想的“法拉第笼”屏蔽网，不但能使雷电流有良好的散流途径，均压分流，而且整座建筑物形成统一的等电位系统，保持均压作用。

为改善接地效果，在办公楼背面及西潮河闸南北端各增设一组接地体，并与现有接地连成一体，以形成共用接地装置，其接地电阻不大于1.0Ω。

2.感应雷与雷电侵入波防护

在直击雷防护措施完善合格的前提下，对雷电入侵的可能通道进行必要的防护。

（1）在综合布线时避免将线缆靠近避雷带或引下线布设，因为避雷带及其引下线有雷电流通过时会在周围的邻近导体上产生较强的感应电动势，从而对线路上的设备造成损害。进出户线路采用埋地缆进入，并用金属导管屏蔽，屏蔽金属管在进入建筑物或机房前重复接地，铠装电缆两端金属外皮接地，其冲击接地电阻均小于30Ω。

（2）电源系统的防护

①在总配电房配电柜安装一只电源防雷箱，作为电源一级防护，使大部分雷电能量在该级得到初步释放。②在办公楼配电箱及闸控室两配电盘分别安装一只电源防雷箱，作为电源二级防护，以降低电源线的雷电波残压，防止其进一步危害设备。③在各视频监控线路分别安装一只防雷器，各电脑采用电源防雷防雷专用插座，以进一步降低雷电能量，保护设备。

五、结语

雷电防护不是简单的避雷设施的安装，而是一项要求高、难度大的系统性工程。除了要依据系统防雷的科学理论采取相应的防护措施，进行有针对性的防护外，还应委托有资质的专业防雷检测机构定期检测防雷设施，设立防范雷电灾害责任人，对新增建筑和新增设备的防雷系统应进行重新设计和建设。这样，当雷电袭击时，才能保障建筑物及其内部人员、设备等安全，确保水利工程的正常运行和管理

（专栏编辑：周 权）

江苏省盐城市西潮河闸管理所 224300）