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垃圾填埋場綜合雷電防護方法與應用技術分析

發布時間：2023-11-03 08:15:49

摘要：垃圾填埋場屬于雷電高發區域，遭遇雷電時容易出現地磅故障、變壓器燒壞等問題，還可能會引發火災，造成安全事故。因此，加強垃圾填埋場防雷工作特別必要。本文首先介紹了垃圾填埋場雷擊風險，接著重點探究了垃圾填埋場綜合雷電防護方法與應用技術，以供同行參考。

引言

在人類的日常生活和生產中產生了大量的垃圾。目前，中國城市垃圾最常見的處理方法是填埋。垃圾填埋場通常建在土地利用價值小、人口密度低、相對空曠的郊區，具有成本低、見效快的特點。但由此帶來的問題較多：土地面積大，攔截雷擊的等效面積大，每年導致被雷擊的概率很高；此外，垃圾填埋場常常會是由不同類型的生活垃圾分解和發酵形成填埋氣體。這些氣體大都為沼氣，主要由CH₄、CO₂、以及少量CO、O₂、N₂、H₂、H₂S等氣體組成。釋放出來的沼氣如果濃度累積5%-10%，當遇到雷擊、高溫、金屬與清除劑碰撞產生的靜電火花，或垃圾場運行過程中產生的機械火花時，不可避免地會發生火災或爆炸事故。而當前我國有些地區對生活垃圾填埋場的雷電防護還不夠重視。許多生活垃圾填埋場防雷設施不完善，容易出現雷擊造成生命財產損失的風險。因此，本文著重探討垃圾填埋場的綜合防雷方法及應用技術。

1、垃圾填埋場雷擊風險分析

（1）垃圾填埋場一般部署在城市郊區相對開闊的區域，附近沒有高層建筑，同時人口密度低，土地使用價值小，可使用面積大。按照GB50057-2010《建筑防雷設計規范》，建（構）筑物等效截面積較大，預計每年雷擊次數也較大。若垃圾填埋場遭到雷擊，直接雷擊垃圾填埋場會形成熱效應、雷電效應，這極有可能會引發火災或者爆炸事故。

（2）填埋的生活垃圾產生可燃性沼氣。據統計，每噸含200公斤的有機垃圾可形成100m3沼氣。結合CJJ93-2003《城市生活垃圾衛生填埋場運行維護技術規程》獲悉，當填埋場內甲烷氣體濃度達到1.25%以上的時候，工作人員需要及時采取相應的安全策略，防止CH₄濃度達到5%的爆炸極限；如果發生雷擊或明火，垃圾山往往會帶來火災。CH₄、CO₂、H₂、H₂S均屬于容易引發火災以及爆炸的危險氣體。

（3）雷電對垃圾填埋場員工安全構成威脅。垃圾填埋場的工作環境開闊凸出，容易受到直接雷擊。一些體積大的設備極易帶來側閃絡，常常會因為接觸電壓、側閃絡、跨步電壓會對而對操作人員造成傷害。雷電電流對人體的最小損傷值大概是100A，人體在雷擊點一帶能夠承受30-50kV的跨步電壓。閃電的特征頻率、陡度以及電流都很高，電流幅度能夠達到數千安培，遠超過人體所可以承受的最小損傷值。結合IEC/TR60479-4:2011 Ed.2.0，雷電對人類潛在危害的百分比如下所述：側面閃絡20%至25%；直接雷擊3%至5%；跨步電壓40%至50%，接觸電壓15%至20%。在垃圾填埋場的工作表面上，會對人體帶來傷害。

（4）雷電對垃圾填埋場的電子設備和電子系統造成不同程度的危害。如果垃圾填埋場的雷擊較低。在電壓分配系統中，雷電電流通過電路作用于垃圾填埋場的滲濾液回收設備、除臭設備、焚燒設備等電氣設備上，常常會導致其發生故障，嚴重時還會使得電氣設備直接損壞；如信號線被雷電擊中，雷電電流通過信號線作用于氣體監測、設備運行監測、消防檢測、室外生產運輸監測等設備設施，常常會導致其發生故障或受到損壞，使得工作人員無法獲取垃圾填埋場各種操作設備的狀態。

2、垃圾填埋場雷電防護方法與應用技術

2.1直擊雷防護

結合相關防雷規范了解到，垃圾填埋場為二類防雷建（構）筑物，需要采取相應的雷電防護方法與技術。結合垃圾填埋場特征，依據經濟合理、技術先進、安全可靠的理念，需要采取規格不超過10m×10m或者12m×8m的防雷網，并且將其在垃圾山底部土壤含水量最高的層安裝封閉式水平防雷接地極，鍍鋅扁鋼截面積不小于4mm×25mm，每間隔5m設置專用銅包鋼接地棒進行防雷接地，要求其規格直徑20mm、長度2500mm；并且要求和封閉的水平接地體進行焊接。沿垃圾山周邊縱向每隔10m或者12m用鍍鋅扁鋼作引下線，焊接在垃圾填埋場工作面或頂部。從填埋場底部水平每隔10m或8m使用鍍鋅扁鋼作為水平閉合環，同時要和縱向扁鋼焊接到填埋場的工作面或頂部，構成10m×10m或12m×8m的網格，讓整個垃圾山被封閉在一個大型防雷網罩中。這種部署最大的優點是電位分布以及電流分布均很均勻，無電位差，可以結合實際需求保護特定部位；對于不用于屋頂密封的垃圾填埋場頂部的防雷，除了上述防雷網絡外，還應考慮頂部的沉降問題。因此，頂部不能使用鍍鋅扁鋼進行防雷，應使用截面積不小于50mm2的鍍鋅鋼絞線，最大為10m×10m或12m×8m的防雷網和與垃圾山整體防雷網進行等電位連接，覆蓋網絡內的整個垃圾山。

2.2垃圾填埋場作業面防雷

填埋場地勢比較高，對周圍環境而言屬于一個孤立而危險的環境。此外，工作人員在上面操作的大型金屬機械很容易受到雷電襲擊，所以需要部署移動式垂直升降避雷針，以防止直接雷擊，使所有人員都在避雷針的保護范疇內。此外，需要避免電壓對人體造成危害。避雷針的高度以及數量是結合垃圾填埋場工作面的移動、面積大小以及形狀來明確的。接地線要求和填埋場的防雷網進行等電位連接，過渡電阻要求補充0.2Ω。

2.4接地裝置和等電位連接措施

接地系統和等電位連接是垃圾填埋場綜合雷電防護工作不可或缺的組成方面。因為接地裝置無法破壞垃圾填埋場防滲系統、地表水以及地下水排水系統、滲濾液分流系統、滲瀝液處理系統，所以接地裝置選擇50m×50m網格水平敷設，深度0.8m，接地極間距5m。在早期放電避雷針的安裝位置留有接地端子。此外，將每個避雷針與等電位連接，在等電位邊緣均勻選取各點作為防雷引下線Φ16根以上銅芯線與接地網連接，銅芯線需穿管。

2.3垃圾填埋場配電系統防雷

低壓配電系統應具有防止雷電波侵入以及雷電感應的防護方法。可以將耐壓能力為 10 /350 μs 電涌保護器( SPD)部署在主進線配電柜做1級雷電防護；后續可以將耐壓水平為8 /20 μs SPD部署在電氣設備配電箱柜中進行2級雷電防護；在信號端設置與其耐受電壓水平相符的信號保護器（SPD），并且提前向地面釋放雷電電流，以避免強雷電流對設備帶來損壞。

3、結語

總之，由雷擊形成的電火花可能會引起垃圾填埋場有機氣體的爆燃，給人們財產和生命安全構成極大威脅。相關部門需要高度重視垃圾填埋場的雷電防護工作。要根據地方實際，采取綜合雷電防護方法，盡可能避免雷擊事故的發生，確保垃圾填埋場的安全運行。

作者：吳經尊，吳景壇，殷啟元，余安然

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