最新备份铁塔下雷击事故的分析项目

备份铁塔下雷击事故的分析项目

铁塔下雷电灾害的分析

厉从明

意义：阜阳市近期雷电灾害发生频繁，作为高大接闪针的铁塔下，发生雷电灾害的概率更大，铁塔主要用途是发射或接收信号，主要有电视广播发射塔、雷达发射塔、通信基站等。由于铁塔的高度高，一般在45米以上，又是金属构件，极易受到雷电的青睐，容易对周围的强、弱电设施造成雷电灾害。我们对阜阳市近期发生在铁塔下的雷电灾害进行调查、分析和计算，找出应对措施，以减少雷电灾害产生的危害，提高防雷的技术水平。

需求分析：铁塔属于高度较高的接闪针，使用范围广泛，具有代表意义。

1、有利于防雷常规检测的开展。

2、提高防雷工程的设计、审核与验收水平。

3、增强雷灾的调查能力。

4、有助于雷评和气候可行性论证的开展。

一、雷灾调查和分析

雷电的雷电灾害危害方式：

铁塔遭受雷击时，强大的雷电流在下行过程中会产生磁场感应、电场感应和电磁辐射等危害方式。

磁场感应：铁塔接闪后雷电流产生的磁场，对附近的设备感应过电流和过电压，损坏设备。

电场感应：铁塔接闪后雷电流产生的强大的电场，通过分布的电容会在周围的导体中感应过电流。

下面对阜阳市的几处铁塔在不同防护条件下引发的雷灾进行调查分析，通过计算磁场感应和电场感应等数据，定性和定量的分析危害方式和危害程度。

1、阜阳市水文局

2006年6月30日下午17时40分左右，阜阳市水文局附近发生较强的雷电，雷电引发断电1小时左右，通电后发现4楼机房上位机不能与遥测终端(FIU)正常通讯，与省水情中心网络连接中断，无线对讲机电源损坏，上位机通讯串口、网络交换机损坏。这次雷击也造成机房内信号接收设备、空调、电脑被烧坏，附近家属楼的部分空调、冰箱、电视、电话被损坏。图1为水文

局铁塔。

图1 水文局铁塔

水文局处在水利局院内，办公楼为5层建筑，水文局机房处在建筑的4楼，铁塔位于办公楼的北部，塔高55米，铁塔距离水文局办公楼的直线距离30米。办公室没有磁场屏蔽措施，对铁塔的接地电阻进行测量，为3.0欧。

⑴计算雷击点的危险半径，根据公式计算电磁波的波长：

λ= c/ f （公式 1 ）

λ -（电磁波的波长）

c-传播速度m/s

f-频率（H

）

Z

首次雷击f 为25k H Z

λ= c/ f

=3*108/25*103

=12000（m）

危险半径为：

λ/2π（公式 2 ）

=1200/2*3.14

≈2000（m）

铁塔危险半径为2公里，雷击时，位于铁塔周围2公里内，都能受以铁塔为中心点，由强到弱的电磁感应。

⑵电磁感应强度的计算：

机房在闪电击于格栅形大空间屏蔽以外附近的情况下，当无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度，相当于处于LPZ0A 和LPZ0B区内的磁场强度（图2 ），应按下式计算。

H 0 =i0 /( 2πs a ) （公式 3 ）

式中：H 0 —屏蔽时所产生的无衰减磁场强度( A / m ) ；

i 0 —最大雷电流( A)

s a —雷击点与屏蔽空间之间的平均距离( m )

图2 附近雷击时的环境情况

s a —雷击点至屏蔽空间的平均距离

H 0 =i0 /( 2πs a )

其中：H 0--首次雷击无屏蔽时，办公室的磁场强度，A/m；

i 0--首次雷击时，雷电流的强度，按（表-1），取值为150KA;

防雷建筑物类别

最大雷电流i 0（ k A）对应的滚球半径R ( m ) 正极

性首次雷

击

负极性

首次雷击

负极

性后续雷

击

正极

性首次雷

击

负极性

首次雷击

负极

性后续雷

击

第一类200 100 50 313 200 127 第二类150 75 37.5 260 165 105 第三类100 50 25 200 127 81

表1 最大雷电流( k A )取值对应表

s a—雷击点与办公室之间的距离，取值为30m；

雷击时：

H 0 =i0 /( 2πs a )

=150000/2*3.14*30

=796 A/m

根据GB/T21431-2008（建筑物防雷装置检测技术规范）当磁场强度大于2.4Gs（约191 A/m）时，电子设备发生永久性损坏。机房计算出的数值796 A/m 远大于磁场强度191 A/m的规范要求，铁塔雷电容易对办公室的设备造成损

害。

⑶电场感应强度的计算：

铁塔释放雷电电波，强大的雷电流流入大地的过程中，使其附近的导体产生感应电压：

U=0.2（ln1000/a-0.5）di/dt（kv/m）

a-雷电流与感应导体的平行距离（m）

di/dt雷电流陡度（Ka/μs）

以平均雷电流di=37.5Ka,波头时间为26μs，经计算的周围导体上的耦合电压值（表2）：

表2 平行距离与导体的感应电压值

铁塔避雷针500m的范围内电子设备都能感应到0.6 kv/m电压，由表2看出，距离铁塔越近，雷电波的强度越大，电子设备遭受过电压的危害越大。

根据以上几个公式计算，雷击点的危险半径约为2公里，磁场强度和电场过电压都远远大于规范要求的数值，机房距离铁塔只有30m，极易受到雷电的危害。

2、阜阳市京九医院：

京九医院位于颍东区，火车站的北侧，北部400米为昊源化工厂，周围无高大建筑物。2010年3月6日下午4点左右，京九医院遭受雷击，3台有线电视，4台电脑网卡，一台路由器击坏，网络光纤引入，碎石机、CT、B超电源拔掉，机器关闭，没有损失。医院为6层22.0米，铁塔高度25米（图2），为2008年才安装的移动信号塔，铁塔采用一根4*40的扁钢接地，引下线距离变压器3米，电话线经过楼后面的引下线附近。