某加油站一次雷击事故的技术分析

谢宝永

摘要：本文通过对发生在中山市神湾镇某加油站发生雷击造成加油机主板微电子设备损坏的事故进行现场勘查、周围环境分析、剩磁测试和环境电磁场的计算分析，找出该加油站的加油机主板微电子设备损坏的原因是：由于加油站附近接闪雷电流，在附近产生强烈的交变电磁场，而加油机没有做好有效的电磁屏蔽措施，从而使加油机主板的微电子设备遭受损坏，并根据实际情况提出了切实可行的整改意见。

Abstract： This article conducts site survey， analysis of surrounding environment， residual magnetism test and calculation of environmental electromagnetic field on the accident of microelectronic equipment on the main board of the tanker caused by lightning strike at a gas station in Shenwan Town， Zhongshan City. The reason for the damage of the microelectronic equipment of the mainboard of the tanker is that due to the lightning current near the gas station， a strong alternating electromagnetic field was generated nearby， and the tanker did not have effective electromagnetic shielding measures， so that the microelectronic equipment on the main board of the tanker was damaged， and practical rectification opinions were put forward according to the actual situation.

關键词：空间电磁场;屏蔽;技术分析

Key words： space electromagnetic field;shielding;technical analysis

中图分类号：P429                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）04-0198-03

0  引言

2019年7月18日15时10分左右，中山市神湾镇某加油站附近闪电雷鸣，发生雷雨天气，位于加油棚内的加油机主板微电子设备损坏。业主认为造成该次设备损坏的原因可能是由于雷击造成的，希望调查找出原因，避免以后类似情况出现。有关技术人员赶到事发现场进行调查，了解雷电灾害损失情况、发生的具体时间地点和发生时的现场情况，并进行了事故原因的分析。

1  概况

据当时在场加油站工作人员陈述反映，2019年7月18日15时10分左右听到雷声巨响，随后加油站及附近地区断电。雷雨停后，供电部门工作人员沿途对线路进行抢修恢复用电。经加油站工作人员检查发现，1号加油机4号加油枪对应的电路板以及4号加油机23、24号加油枪对应的电路板芯片损坏。

经现场勘查，该加油站位于中山市神湾镇外沙村古神公路与藕围街交接处北侧，北纬22.3375°，东经113.3456°，该区域地势平坦，四周空旷（见图1），附近河网、丘陵密布。该加油站的加油棚高10m，加油站已安装符合国家规范要求的防雷直击设施，并按时进行定期检测。建筑物、防雷装置没有接闪受损的痕迹，已安装的电源、信号电涌保护器（SPD）也并未有受损的迹象。

2  原因分析

2.1 气象环境分析

该加油站位于中山市神湾镇外沙村古神公路与藕围街交接处北侧，北纬22°20′4"，东经113°20′3"，该区域地势平坦，四周空旷，附近河网、丘陵密布，为雷电高风险区。当天气炎热能量累积充足，在强烈的上升气流时易形成积雨云触发强烈的午后热雷雨，伴随剧烈的雷电。

在当天下午中山市气象台监测到大涌、板芙、神湾、坦洲等地正受强雷雨云团影响。2019年7月18日15：00-15：12时左右，从气象雷达回波图（见图2）可看出，雷雨降水云团正影响神湾地区，该区域天气不稳定，有一次强烈的雷雨大风过程;据雷电监测资料显示，该区域雷电活动频繁，属强雷暴天气条件。

2.2 防雷装置和剩磁数据分析

经现场调查，加油站各建筑已安装防雷设施，已进行定期检测。建筑物、防雷装置没有接闪受损的痕迹，安装的电源、信号电涌保护器（SPD）也并未有受损的迹象。根据在雷击电流通路及其附近的铁钉、铁丝、钢管等铁磁性物体被雷击电流的磁场磁化，并留下一定强度的剩磁现象，对加油站场内外部分设施进行剩磁测试，测试结果为：0.2～0.4mT之间。根据《雷电灾害调查技术规范》（QX/T103-2017）[1]和《电气火灾原因技术鉴定方法第2部分：剩磁法》[2]GBl6840.2”中的数据判定，测试剩磁数值小，未发现受直击雷受损的痕迹，可排除受到直击雷的影响。

2.3 空间电磁场影响分析

雷电流对地接闪时，回在接闪附近空间产生强大的交变电磁场，根据《计算机场地通用规范》（GB/T2887-2011）[3]要求，当磁场强度达2.4×10-4T（特斯拉）或2.4Gs（高斯）时，2.4Gs约为：191A/m，就可以使微电子设备发生永久性损坏。

2.3.1 雷电流接闪点与加油站最小的距离与雷电流大小的关系

雷电流接闪分两种类型，一种是在加油站的建（构）筑物的接闪器上接闪雷电流，一种是在加油站附近接闪雷电流;由于在现场调查分析中发现这次雷击过程没有在加油站的接闪器上接闪雷电流，因此，我们重点分析在加油站附近接闪雷电流的情况，根据《建筑物防雷设计规范》[4]雷闪数学模型（电气-几何模型）

2.3.2 加油站附近接闪雷电流的电磁场强度计算分析

当加油站附近发生雷电闪络，雷电波将以耦合、传导和空间LEMP辐射等方式向外传播，并损坏附近设备。当雷电流在加油站附近接闪时，其产生的无衰减磁场强度H0，相当于LPZ0区内的磁场强度，则如图5所示。

根据式（1）-（3），我们可以计算出2019年7月18日15：00-15：15，在加油站附近发生雷电流接闪时，加油站的磁场强度，计算结果见表1。

由表1可以看出，当加油站附近发生接闪65kA或以上的雷电流时，雷电流在加油站产生的磁场强度可以使加油站内微电子设备发生永久性损坏。为了保护加油机内部的微电子设备，需要对加油机进行电磁屏蔽。

3  防护对策

加油站场所属于第二类防雷类别，按国家规范[4]要求第二类防雷的建（构）筑物场所应防护150kA的雷电流，150kA雷电流可以在加油站附近71.4m的地方接闪雷电流，并且可以在加油站产生强度为334.7A/m的磁场，而这一磁场强度可以使加油站内、没有采用电磁屏蔽措施的微电子设备遭受永久性损坏，而加油机安放在加油棚之下，四周几乎没有任何电磁屏蔽措施，因此，加油机中的芯片很容易遭受损坏，为了保护加油机内部的电子设备，需要对加油机内部做好电磁屏蔽措施，并且使150kA雷电流产生的334.7A/m的磁场强度降低到191A/m以下，因此屏蔽系数可根据式（4）变换得：

4  结论

本文通过现场勘查、气象环境、剩磁测试分析和空间电磁场的计算分析，找出该加油站造成设备损坏的原因是：由于加油站附近接闪雷电流，在附近产生强烈的交变电磁场，而加油机没有做好有效的电磁屏蔽措施，从而使加油机主板的微电子设备遭受损坏。通过此次分析可知，日常工作生活中，虽然看不见、摸不着空间的交变电磁场，但强大的交变电磁场是微电子设备损坏的元凶，因此做好电磁屏蔽措施是加油站防御雷电灾害、保障安全的措施之一。

参考文献：

[1]QX/T103-2017，雷电灾害调查技术规范[M].气象出版社，2017，10.

[2]电气火灾原因技术鉴定方法第2部分：剩磁法（GB16840.2）[M].北京：中国标准出版社，1997.

[3]GB/T2887-2011，计算机场地通用规范[M].北京：中国标准出版社，2011，10.

[4]GB50057-2010，建筑物防雷設计规范[M].北京：中国计划出版社.