搅拌站雷电防护设计浅析

于瑞平 陈勇伟 王成芳

①甘肃民安现代防雷技术有限公司②甘肃省气象服务中心 ③江西省气象局

在我国基础行业与建筑业的发展过程中，搅拌站在各项工程项目中得到广泛应用，搅拌站主体多为金属框架结构，且多安装于野外空旷地带，极易遭受雷击，导致设备损坏或造成人员伤亡。因此，做好混凝土搅拌站的雷电防护工作尤为重要。本文通对案例的综合分析，说明沥青搅拌站防雷设计的重要性，供广大防雷同仁参考。

1 概述

临合高速1标段沥青搅拌站主要包括沥青工艺生产区与LNG液化天然气储存罐区，因搅拌站主体均为金属结构，位于野外空旷地带，非常容易遭到直接雷击，闪电发生时，直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射。由于搅拌站采用计算机自动化控制，集成度和自动化程度高，设备对雷电电磁脉冲和电压过电流的耐受能力很低，容易遭受雷击损坏。轻则损坏设备，影响生产进行。重则造成火灾和人员伤亡，出现重大安全事故[1]。因此，为了保护生产区内人员的安个及保证生产的顺利进行，搅拌站防雷系统应具备防直接雷击和感应雷击的能力和措施。

2 雷电防护原理

（1）直击雷：直击雷防护采用外部避雷系统：由避雷针、避雷带（避雷网）、引下线、接地体构成，需要定期检查检测，防止雷击产生的巨大能量直接作用在建筑物上而引发破坏性事故。

（2）感应雷：感应雷防护采用SPD防雷系统，将可能遭受雷电感应并产生雷击浪涌的线路进行必要的屏蔽、接地和等电位连接，防止电源线路中过电压对线路板、集成芯片的损坏以及对人员的闪击，同时保护数据及资料的完整性。

3 气候与环境

3.1 我国气候特征

中国幅员辽阔，跨纬度较广，距海远近差距较大，加之地势高低不同，地形类型及山脉走向多样，因而气候受大陆、大洋的影响非常显著，是世界上季风最典型、季风气候最显著的地区。中国的气候具有夏季高温多雨、冬季寒冷少雨、高温期与多雨期一致的季风气候特征。从气候类型上看，东部属季风气候，西北部属温带大陆性气候，青藏高原属高寒气候。从温度带划分看，有热带、亚热带、暖温带、中温带、寒温带和青藏高原区。从干湿地区划分看，有湿润地区、半湿润地区、半干旱地区、干旱地区之分。而且同一个温度带内，可含有不同的干湿区；同一个干湿地区中又含有不同的温度带。因此在相同的气候类型中，也会有热量与干湿程度的差异。地形的复杂多样，使气候更具复杂多样性。

中国年降水量空间分布的规律是：从东南沿海向西北内陆递减。各地区差别很大，大致是沿海多于内陆，南方多于北方，山区多于平原，山地中暖湿空气的迎风坡多于背风坡。

3.2 临夏气候条件与雷电环境

临夏回族自治州平均海拔2000m，大部分地区属温带大陆性气候，年平均气温6.3℃，降雨量537毫米，无霜期为157天。根据甘肃省闪电定位系统资料，临夏回族自治州2000年8月至2014年5月的雷电环境为：临夏回族自治州的雷电天气出现于每年的4月至10月中旬期间，且在5月中旬、8月到9月中旬为雷电的高发期；每月的5号到10号、14号到22号为雷电的高发期，同时在雷电季节每天都有雷暴活动发生；临夏回族自治州的雷电流强度主要分布在20 kA～120kA之间，雷电流强度最大值则达到460kA。从以上闪电资料分析中可以看出，临夏回族自治州的雷电高发期也是本地工业、农业和人们生产活动的主要时间段，因此雷电可能对人们的人身安全、财产安全与大型设备带来一些危害。

3.3 临合高速1标段沥青搅拌站区地质条件

临合高速1标段沥青搅拌站地处甘肃省临夏回族自治州，为青藏高原、黄土高原和秦岭山脉的交汇地带。部分路段相对高差大，山体破碎、风化严重，滑坡、泥石流、崩塌发育。地层以二叠系板岩及三叠系砂岩、板岩为主，地质构造复杂，发育一系列压扭性断层。

4 防雷方案的设计及依据

4.1 设计内容

根据现场勘查与临合高速1标段项目部负责人员的介绍，临合高速1标段沥青搅拌站的防雷工程设计内容如下所示。

（1）搅拌站沥青工艺生产区直击雷防护装置避雷针1支、接地网1个阻值为10Ω。

（2）搅拌站总配电室、分配电室公用接地网1个阻值为4Ω，其中在总配电室安装一级电涌保护器（Uc=385V，In=60kA，Imax=100kA，Up≤3.0kA）；分配电室安装第二级电涌保护器（Uc=385V，In=40kA，Imax=65kA，Up≤2.5kA）。

（3）搅拌站LNG液化天然气储存罐区安装独立避雷针1支、避雷针接地网1个阻值为10Ω，LNG液化天然气储存罐区接地网1个阻值为4Ω。《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）[2]；《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2012）；《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058-92）[3]；《民用爆破器材工厂设计安全规范》（GB50089-2007）；《爆炸和火灾危险环境防雷装置检测技术规范》（QX/T110-2009）。

4.2 设计依据

4.3 设计方案

（1）搅拌站沥青工艺生产区直击雷防护设计。搅拌站沥青工艺生产区的主要设备有沥青罐6个高度3m；矿粉罐1个高度31米；排粉罐1个高度为18m。根据现场勘查情况，在沥青工艺生产区矿粉罐顶部安装1支高为5m的避雷针，于搅拌站外侧空闲地面处安装1组接地网，接点电阻为10Ω。搅拌站的所有罐体、沥青罐与金属部件均应进行接地，且接地点不少于2处。接地材料选用接地模块，搅拌站沥青工艺生产区接地网总计需安装6块接地模块。

（2）搅拌站配电室雷电防护设计。搅拌站总配电室均无接地，且总配电室没有安装电涌保护器。根据现场对搅拌站的供配电室的勘查情况，本次设计中在搅拌站总配电室安装第一级电涌保护器（参数：Uc=385V，In=60kA，Imax=100kA，Up≤3.0kA），分配电室安装第二级电涌保护器（参数：Uc=385V，In=40kA，Imax=65kA，Up≤2.5kA）；两个配电室安装一组公用地网阻值为4Ω，共计需安装10个接地模块。

（3）LNG液化天然气储存罐区直击雷防护设计。搅拌站LNG液化天然气储存罐区天然气罐体与其它设备均无接地，且无直击雷防护装置。本次设计中在搅拌站LNG液化天然气储存罐区安装一座高度为26米的避雷塔，避雷塔接地电阻为10Ω，需安装6块接地模块；在LNG液化天然气储存罐区安装1组地网，阻值为4Ω，需安装10块接地模块。在罐区车道处安装防静电球与接地端子各1个，LNG液化天然气储存罐区罐体与所有设备均与罐区地网进行接地，且接地点不少于两处。

5 结束语

该防雷工程位置空旷，发生雷击的可能性极大，通过本方案的设计施工，两年来的运行实践，效果良好，有力的保障了生产运行，经济效益明显，为沥青搅拌站防雷设计做了有效铺垫。