通信基站施工雷击伤害措施

　　摘要：以桂中正在施工的高山移动通信基站工地遭到雷击案例，阐述高山通信基站施工现场雷击事故的电场原理，雷电对人体造成伤害的原因，提出避免雷电伤害的防范措施。

　　关键词：高山通信基站，雷击，电场，防范措施

　　2020年5月16日13：50，桂中某正在施工的高山移动通信基站（北纬24º14'，东经108º48'）建设工地遭到雷击，致使两个施工人员受伤昏迷倒地，其中：一人（称为甲）左手臂和左脚大母指、二指、三指、四指的指背到脚背一片区域的皮肤受到灼伤；另一人（称为乙）左手掌和左脚后根往上约3cm处受到灼伤，背部受到擦伤。事发当时天气为多云，工地上方有云，有阳光，没有下雨。当时移动通信基站的杆式铁塔（称为杆塔）已经立好，用钢绞线做材料与杆塔没有绝缘的三方拉线（称为拉线）也已经安装固定好，正在进行地线施工、基站设备基座浇灌水泥浆、拉线涂防锈漆等工作，现场施工人员5人。约13:50现场人员突然听到一声雷响，正在进行基站设备水泥底座施工的施工员甲和正在给杆塔拉线涂防锈漆的施工员乙同时昏迷倒下，几分钟后清醒，乙可自行下山，甲需要他人搀扶才能下山。送到医院后诊断为：除乙的背部擦伤属摔伤外，甲、乙的其他受伤部位均属电击灼伤，结合当时现场的情况可以确定为雷击伤害。

　　1事故发生的静电场原理

　　雷雨云静电场的形成。桂中地区5月已经进入雷雨季节，虽然事发当时还出太阳，但工地上方有云，根据当时的照片来看，工地上方的云就是积雨云。积雨云在外电场、重力和大气剧烈运动的同时作用下，云团内部降水粒子（大粒子）和云粒子（小粒子）因感应起电、温差起电、破碎起电等起电机理而生产带有正、负电荷的带电离子。在空间电场力和重力的共同作用下，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部和下部分别积累两种不同的电荷：正电荷和负电荷，云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷雨云。研究表明，雷雨云上部为正电荷区，下部为负电荷区。带电荷的雷雨云会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影，即下部带负电荷的雷雨云与带正电荷的地面形成一个静电场[1]。雷电发生的电场分析。（1）雷电发生前的静电场分析。该事故现场的山头就是电场的地面凸起部位，山顶附近的电场会比地面上的电场要强得多。由于该杆塔底座和拉线底端全部都打在石灰石上，石灰石为绝缘体，而且杆塔、避雷针、拉线均没有接地线，所以整个杆塔与大地是绝缘的。这时候的整个杆塔就相当于放置在雷雨云与山头之间静电场中的一个导体，在静电场的作用下，杆塔上避雷针顶端感应出与雷雨云相反的正电荷，杆塔和拉线底部感应出与地面相反的负电荷。甲乙两个施工员分别在铁塔的两条拉线下施工，脚上穿了绝缘鞋，也相当于两个导体分别放置于两条拉线下端与山头地面之间形成的静电场中，同样感应出上正下负的感应电荷。（2）雷电形成分析。当甲施工员完成塑料薄膜的铺盖站起来时，由于左手上臂与铁塔拉线突然靠近，根据电场强度的计算式：E＝Q×er/(4πε0r2)[2]，电场强度E与距离r的平方成反比，随着带感应正电荷的甲左手上臂与带感应负电荷的拉线下端的靠近，它们之间形成的电场强度就会急剧增加。当电场强度超过空气的击穿强度3×104V/cm时，甲左上手臂与拉线之间的空气被电击穿，空气被电击穿后就会形成良导体，这时整个杆塔与甲的身体就连通成了一个导体。根据导体在静电场中的静电平衡原理，导体是一个等电势，这时甲的脚与大地之间的电势差就是原来拉线（杆塔）底端与大地之间的电势差（假设为U1），由于刚浇灌了水泥浆的设备基座与埋在其中间的地线形成较好的导体连接并接入大地，所以，甲的脚与设备基座之间的电势差就是U1。根据电场强度E与电势差U之间的关系E＝U/d，当电势差U不变时电场强度与距离d成反比，这时甲的左脚与设备基座之间的电场强度就会突然增大。由于甲穿着绝缘鞋，绝缘鞋的橡胶鞋底不容易被击穿，而此时绝缘鞋布面已经湿了，鞋面的绝缘效果基本失效，当甲的左脚与设备基座之间电场强度超过空气的击穿强度3×104V/cm时，左脚背与设备基座之间的空气被击穿，形成导体。这时杆塔、甲的身体通过击穿了的空气所形成的导体接入到大地，大地与杆塔的避雷针顶部形成了等电势，铁塔的避雷针顶部与雷雨云之间的电势差就是大地与雷雨云之间的电势差，杆塔高度18m，避雷针长度1.5m，就相当于大地与雷雨云之间的电势差不变，距离突然减少约19.5m，电场强度突然增大，特别是避雷针顶部尖端对电场的局部加强作用，使靠近避雷针顶部尖端的电场强度超过空气的击穿强度3×104V/cm而发生击穿，并以电子崩的方式形成雷雨云与大地之间放电的通路，形成打雷。（3）雷击伤害事故发生的原因分析。雷电是一个自然现象，如果掌握它的规律做好预防是不会受到伤害的。该伤害事故之所以发生，主要原因是杆塔和避雷针下引线没有接保护地线，使得雷雨云与大地之间的放电不能直接通过避雷针和保护地线来完成，而通过电击穿空气，经过人的身体来完成。

　　2避免高山通信基站施工工地被雷击伤害的措施

　　分析表明，高山上的电场比平地更强，在山上搭建基站铁塔更容易使空气被电击穿而产生雷电，所以，做好施工过程的雷击防范尤为重要。（1）先做好防雷保护，再进行铁塔施工。由于高山基站的地线往往施工难度大，很多施工队习惯于先立好杆塔再进行地网施工。杆塔立好后，在地网做好之前杆塔和避雷针没有接保护地，这不仅不能对杆塔下面的人员和设备起到保护作用，还会因为杆塔和避雷针针尖对电场的局部加强作用更容易发生空气被电击穿引发放电而对人身和设备造成伤害。为此，在进行基站建设时，应先把地网做好，安装好对铁塔施工作业面有效防雷保护的临时避雷针，再进行铁塔架设施工，待铁塔架设完成，将地线与铁塔及避雷针下引线连接好后再拆除临时避雷针。临时避雷针的安装也需要注意防雷击的问题。可采用在地面把避雷针和杆安装好，用一根截面积不小于相关规范标准要求、长度适度的多股软铜线作为临时连接线，将地线接到临时避雷针下引线上（如果避雷针直接焊接到杆上，则可直接接到杆的底端），再将避雷杆立起来。该临时连接线接好后尽量顺直摆放，不宜盘绕，以免因连接线盘绕电感的存在对突增的雷电电流形成很大的感抗而产生很高的暂态电压，也会对人员造成伤害。如果铁塔是在地面组装好后再立起来的铁塔（包括杆塔），则可不用安装临时避雷针，安装方法与安装临时避雷针的方法一样。待铁塔安装好，将地线与避雷针下引线、铁塔接好后再将临时连接线拆除。（2）严格规范地线系统施工。高山站的情况比较复杂，条件比较有限，地线系统施工难度大，地网的施工和接地电阻往往也难于达到相关规范标准要求，有些工程队就会放低了要求。然而，地网的设计和施工是否规范，接地电阻是否达到相关规范标准要求，决定了通信基站的防雷效果，地网不规范、接地电阻太大会使雷击时接地点出现很高的暂态高压而发生闪络电弧对人员造成伤害，所以，高山通信基站的地线系统更需要严格执行相关的规范标准。（3）避开雷雨季节和雷雨天气施工。在做一年的工程计划安排时，应避免将高山通信基站的施工安排在雷雨季节。施工前应关注天气预报，施工过程中更要关注实时的天气变化，出现雷雨天气（雷雨云）时应立即停工，做到不盲目赶工，不冒险作业。

　　3结语

　　本文通过对一个高山通信基站施工现场雷击事故的电场原理分析，提出了雷电对人体造成伤害的原因，提出了避免雷电伤害的防范措施。

　　参考文献

　　[1]郑明，刘刚，周冰，李炬添.风电场防雷与接地[M].北京：中国水利水电出版社，2016.

　　[2]梁灿彬，秦光戎，梁竹健，梁灿彬.普通物理学教程，电磁学[M].北京：高等教育出版社，2018.

　　[3]李春杨,李泽平.无线通信设备防雷措施与防雷设计方式探索[J].中国新通信,2016,18(21):10.

　　[4]吕德胜,高鹏.移动通信基站引入雷电的主要途径及防护措施[J].硅谷,2011(16):117.

　　[5]曹江海.通信机房的建设及防雷击措施[J].铁道通信信号,2010,46(10):65-66.

　　[6]孙君厚,赵志国,金兆华.通信机房和设备的防雷技术与实践研究[J].科技创新与应用,2012(15):61.

　　作者：杨召江 单位：中国电信广西公司