一起由通讯基站引发的雷灾调查
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作者: 周其
【摘要】通过对通信基站及邻近村庄雷击事故现场进行调查、询问、勘察、结合市气象台当时的气象资料，通过理论计算和科学推断来分析此次雷击事故的灾害性质及致害原因，并提出防范措施及建议。
【关键词】通信基站直击雷击雷电感应雷灾调查
2011年5月13日上午10时，本所接到电话称2011年5月8日下午15时左右在嵊州里南乡八宿屋村相家岭片发生雷击事故，导致该片130户人家的织机、茶机、电视机等遭受不同程度的损坏，其中一户人家屋脊一角被雷击损坏。当地村民怀疑近几年该村雷击事故明显增多与山顶的两个通讯基站建成有关。由于此次受害面较广，本所立即组织有关人员赶赴现场进行调查。
一、现场勘察情况
1.1村子现场勘察情况
相家岭片为嵊州市里南乡八宿屋村附近的一个自然村，该村坐落于狗头坪山半山腰（东经120°40.95’，北纬29°24.109’，海拔215m），周围群山环绕。
全村137户人家所有建筑物均无外部防雷装置，村中住宅和织机作坊中低压配电线路和有线电视线缆均采用架空敷设，无任何屏蔽措施，且线路入户端未做任何接地处理。建筑物内所有织机和茶机都未接地，大部分织机作坊无吸尘措施，室内布满棉絮飞尘。
从灾害现场勘察结果来看，除一村民家屋脊一角受损、两户织机作坊起火外，其余均为织机、茶机、电视机等数量不等的设备及家用电器损坏。其中受损的织机多数是控制箱损坏，受损的茶机多数是温度控制仪和电箱损坏。除火灾现场外，电源、信号线路均无烧焦痕迹。据村民反映，本次受灾户数占全村总户数的90%以上，初步统计损坏的设备有织机40台、茶机53台、电视机48台，而且许多设备均是在拉下电闸或拔下插头之后仍然受损。本次灾害事件未接到人员伤亡报告。
根据目击村民描述：在8日下午15时左右，当时去山上采茶回来走到操场的时候看见电信铁塔顶部一道绿橙橙的闪光沿竹园瞬间到达枫树那里，随后立刻听见一声巨响。
根据另一目击村民描述：在8日下午15时左右，当时在自家楼顶，突然看见一道闪光从西南方向以极快的速度过来，当反应过来时发现一房子屋脊已被打坏。同时反映溪边一户人家当时坐在自家院子里，突然一道闪光从外面射进来并且炸开，声音很响。
1.2两基站现场勘察情况
调查组对分属移动公司和电信公司的两通讯基站进行了实地勘察和初步检测，两基站位于八宿屋村相家岭片西面的山顶上（东经120°40.73’，北纬29°24.145’，海拔290m），其中电信铁塔高45m，移动铁塔高35m，电信铁塔位于移动铁塔的西南面，两塔相距约25m。经测量，电信基站铁塔接地电阻为3.8Ω，移动基站铁塔接地电阻为3.4Ω。据两基站工作人员介绍，两基站地网互不相连。两基站的电源共用相家岭片三相电网，从村里架空直接进入，信号光缆由村里架空电源附近架空进入基站。经测量，用于悬挂架空电源、信号线的架空钢绞线接地电阻为900Ω。
二、勘察结果的分析
2.1两基站在雷电防护方面对相家岭片的作用
经换算，两基站与屋脊受雷击村民家的水平距离为360m、高度差为75m，两基站与村子最西侧（东经120°40.845’，北纬29°24.175’，海拔241m）的水平距离为196m、高度差为49m（基站与村庄的位置关系可参考雷电侵入图）。两基站对该村在雷电防护方面存在以下作用：
（1）基站采用避雷针（即铁塔）作为接闪装置，其作用是将可能会袭击建筑物的闪电吸引到它上面，再引入地下，以此保护建筑物免受直击雷击。经检测，两基站铁塔本身的状态符合接闪条件，如有雷电击在铁塔上则能将其顺利引导入地。
（2）但避雷针越高，其总体防雷效果并不是越好。当其相对高度增加的同时，附近区域遭受雷击的概率也相应增加。对此，可采用国家标准《雷电防护第2部分：风险管理》GB/T 21714.2-2008/IEC 62305-2：2006中的等效雷电截收面积公式加以论证：取山顶基站位置为一个点，取村庄为零地面，则该点在基站没有建造之前的等效雷电截收面积为：
Ad=9ΠH2（其中H=75m）
在基站建成后，垂直高度增加45m（以电信铁塔为例），则该点的雷电截收面积为：
A ’d=9ΠH’2（其中H ’=75+45=120m）
则：A’d÷Ad=9ΠH’2÷9ΠH2=1202÷752=2.56
即该区域在铁塔建成之后，其截收相同雷击次数的等效截收面积至少为原来的2.56倍。所以该区域在铁塔建成后，受雷击概率是增加的。
（3）感应过电压引起的雷电波侵入：雷电在各种金属管线上感应出的高电压脉冲，即由于雷雨云对铁塔（大地）或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，它们在附近区域（一般1-2km左右范围）的各种金属管线中感应出几KV到几十KV的高电位，以波的形式沿导线传播，通过共用电源线路侵入村内建筑物内部，这种感应高压可以轻而易举把用户没有安装防雷装置的电子、电器设备造成损坏。
2.2村庄防雷现状分析
（1）村内所有建筑物均无防直击雷措施，当雷电直接击中建筑物时，则导致建筑物损坏。（2）村内低压配电线路和有线电视线缆均采用架空敷设，未采取接地、屏蔽、安装SPD等措施。当雷电感应到架空线路时，则以雷电波的形式侵入村内建筑物内部，侵害电气设备。（3）村内织机上有较多开口环路金属部件，当附近发生雷击时，其电磁效应将会在环路金属部件上感应出较大的电动势，达到一定强度时环路金属部件缺口处会发生空气击穿现象，产生电火花。而织机作坊内布满棉絮飞尘，极易起火燃烧，存在较大火灾安全隐患。
三、灾害判定
天气形势：根据嵊州市气象台提供的当日气象资料，5月8日白天嵊州处于高空槽前暖切北抬的过程中，天气形势不稳定，且当日最高气温达35℃以上，容易发生局地强对流天气。 天气实况：嵊州西南部自8日12时-17时有雷电活动，有几处雷达回波强度达50dBZ以上，属强回波范畴，极易产生强雷电。附近里南自动气象站14-15时一小时降水量达16.1毫米。
从天气资料和村民描述可以确定，该地区在8日下午15时左右发生了强雷暴天气。
3.1综合以上信息由此判定此次灾害的性质为雷击灾害，致害原因主要是由雷雨天气过程造成的直击雷和雷电感应
（1）由于建筑物没有安装防直击雷装置，一村民家屋脊受直击雷击损坏。
（2）在该次雷击过程中产生强烈的二次感应雷效应，侵害村民家中的生产设备、电器等。由于村民家中没有防雷电波侵入、防雷电感应措施，导致生产设备、电器内的敏感电子元件损坏。同时，雷电感应在织机金属部件上产生电火花，引燃棉絮，从而导致部分织机起火。
3.2此次雷灾调查无法确定的问题
（1）村民在描述本次雷击现象的证词中，相互之间存在描述不一致的情况，并且铁塔附近未发现发生直击雷的切实物证。根据《雷电灾害调查与鉴定技术规范》DB33/T778-2010有关条文，不能确定铁塔上方是否发生过直击雷，也不能确定造成一村民屋脊受损的直击雷是从铁塔上引下来的。
（2）基于上条同样的原因，以及雷电灾害的不可实验性，不能确定本次雷电灾害与两基站之间是否存在直接因果关系。
四、雷电灾害防范措施及建议
4.1对相家岭片的建议
（1）建议对建筑物采取防直击雷措施（安装避雷带或避雷网）；电源线路改为全线套金属管埋地布设方式，有条件的可在电源入户端安装电涌保护器（SPD）；埋设接地体，将织机、茶机等生产设备做好等电位连接并与接地体相连。（2）注意及时清扫织机作坊内的易燃灰尘，消除火灾隐患。
4.2对两基站的建议
建议两基站的配电线路与村内配电线路分离并保持一定的安全距离。否则，架空电源线应采取以下防雷电感应及防雷电波入侵措施，以防止雷电通过配电线路入侵到村民家中。
（1）架空电源线宜改为全线埋地进入基站；（2）电源线的铠装金属外皮应改单端接地为双端接地；（3）在村外电源转接处设置避雷器。
五、结论
此类由通讯铁塔引发的事故几乎每年都会发生，通讯铁塔的存在对雷击环境的改变是不争的事实，但是附近建筑物没有采取任何防雷措施，其本身也是很大的安全隐患，尤其是对室内的电子、电器设备，在雷雨天气发生时，很容易通过雷电感应造成损坏。因此，不断完善农村防雷装置是防止或减少此类灾害事件发生的重要途径。
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