雷害之后談防雷

1、雷害之后談防雷剛剛過去的這個夏季，全國各地發(fā)生了多起雷電災害事故。特別是雷電造成的群死群傷事故。我們知道雷電是一種壯觀的自然現(xiàn)象，當帶電的積云即雷云與大地間或雷云之間帶有異性電荷時，即可能發(fā)生放電現(xiàn)象。雷擊是一種自然災害。當雷云與房屋、電力線路、電力設(shè)備等設(shè)施、以及人、畜時，會產(chǎn)生極高的過電壓和極大的過電流。所波及的范圍內(nèi)，可能造成設(shè)施或設(shè)備的毀壞或造成大規(guī)模停電、火災和爆炸；還可能直接傷及人、畜。因此，提高對雷電災害的認識、加強對雷電及防雷措施的研究、以致建立雷電觀測及預報系統(tǒng)都是各級政府、企事業(yè)單位、乃至家庭、個人日益關(guān)注、亟待解決的問題。1雷電災害雷云放電是長空氣間隙中的一種火花放電。對

2、于積云的起電過程，比較常見的理論認為，在水蒸汽飽和狀態(tài)的大氣中，水滴在上升的強大氣流作用下被噴散。這時，所形成的微小水顆粒帶負電，而留下的較大水滴則帶正電。風把帶負電的微小顆粒帶到很遠的地方；帶正電的水滴或者作為雨水降落，或者保持懸浮狀態(tài)，形成帶正電荷的雷云。因此云層的絕大部分帶負電，而在其頂部則有一正電荷層，其高度通常為9km12km，靠近正電荷層的底部有少量帶正電的雜質(zhì)。負電荷中心距地面上大約500m10000m。雷云的底部距地面可能只有150m。一般認為，雷云的電位最少有100MV。人眼看到的對地雷擊似乎是一次單一的耀眼的放電，雖然有時也可能見到亮度的變化。但有用旋轉(zhuǎn)鏡頭照相機拍下的照片

3、或電視錄像揭示，大多數(shù)雷擊是重復的，即在第一次雷擊形成的放電通道中，會有多次放電尾隨。雷電流主要特點是，雷電流多為負極性；波前時間短，最長可達10s；波形中有一強電流部分，其持續(xù)時間約幾十微秒；強電流之后便是一個弱電流波尾，其持續(xù)時間可達幾百微秒，這一部分電流是導致高溫損壞的原因，故稱“熱雷閃”。帶電積云是構(gòu)成雷電的基本條件。當帶不同電荷的積云互相接近到一定程度，或帶電積去與大地凸出物接近到一定程度時，發(fā)生強烈的放電和耀眼的閃光。由于放電時溫度高達20000，空氣受熱急劇膨脹，發(fā)出爆炸的轟鳴聲。這就是閃電和雷鳴。按照雷云對地放電的方式可分為直擊雷、感應雷和球雷等。（1）直擊雷帶電積云與地面目標

4、之間的強烈放電稱作直接雷。直擊雷的放電開始時，微弱發(fā)光的通道以107cm/s108cm/s的平均速度跳躍式地向地面伸長，被稱為先導放電通道。先導放電期間，每次跳躍前進約50m，并停頓30ms50ms。帶電積云接近地面時，在地面凸出物之間的電場強度達到25kV/cm30kV/cm時，即發(fā)生由帶電積云向大地發(fā)展的跳躍式先導放電，持續(xù)時間約為5ms10ms，平均速度為100km/s1000km/s，當先導放電達到地面凸出物時，即發(fā)生從地面凸出物向積云發(fā)展的極明亮的主放電，其放電時間僅50ms100ms，放電速度約為光速的1/51/3，即約為60000km/s100000km/s。主放電向上發(fā)展，于云

5、端即告結(jié)束。主放電結(jié)束繼續(xù)有微弱的余光，持續(xù)時間約為30ms150ms。大約50的直擊雷有重復放電的性質(zhì)，平均每次雷擊有三、四個沖擊，最多能出現(xiàn)幾十個沖擊。第一次雷擊可分為先導放電與主放電兩個階段。先導放電通常起始于云層中，云中局部的電荷集中區(qū)使電場強度達到空氣的臨界擊穿值（在海拔較低的干燥空氣中約為25kV/cm30kV/cm，在海拔較高的充滿水滴的空氣中約為10kV/cm）時，先導放電就開始了。先導由高度電離的核組成，這個電離位于放電的前端，并被一個直徑約為30m、長度約為50m的電暈層所包圍。先導是分級向地面推進的，每一級之間要間歇若干微秒，其平均傳導速度大約150km/s。如果雷擊中心

6、距地面3000m，則先導需要20ms才能到達地面。先導放電之后，開始主放電階段。主放電的速度大約為光速的1050。雷電流大約從幾千安到數(shù)百千安。一次雷擊的全部放電時間一般不超過5000ms。雷云對地面凸出物直接放電時，將有數(shù)十至數(shù)百千安的雷電流流入地下，會在雷擊點及其連接的金屬部位（或潮濕的樹干等導電性比較好的部位）產(chǎn)生極高的對地電壓，可能直接導致接觸電壓電擊和跨步電壓的觸電事故。根據(jù)相關(guān)報道，6月20傍晚，佛出市順德區(qū)容桂細胺南頭路口某建筑工地發(fā)生的雷擊事件應屬于直接電擊的事故，當時正在約5m高處樓頂灌注混凝土的兄弟倆不幸被擊中，1人當場死亡，1人重傷（可能終生癱瘓）；而6月26日下午，浙江

7、省臨海市杜橋鎮(zhèn)30名村民，聚集在樹下一簡易帳逢里賭博時遭到雷擊，致17人死亡的事件應屬于由于雷擊形成跨步電壓的觸電事故。（2）感應雷感應雷也稱作雷電感應或感應過電壓。分為靜電感應雷和電磁感應雷。靜電感應雷是由于帶電積云接近地面，在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷引起的。在帶電積云與其他客體放電后，架空線路導線或?qū)щ娡钩鑫镯敳康碾姾墒ナ`，以大電流、高電壓沖擊波的形式，沿線路導線或?qū)щ娡钩鑫飿O快地傳播。近二十年來人們的研究表明，放電流柱也會產(chǎn)生強烈的靜電感應。電磁感應雷是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場引起的。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導體上感應出

8、很高的電動勢。如系開口環(huán)狀導體，開口處可能由此引起火花放電；如系閉合導體環(huán)路，環(huán)路內(nèi)將產(chǎn)生很大的沖擊電流。與直擊雷造成的個別人員傷亡和財產(chǎn)損失相比，感應雷造成的網(wǎng)絡(luò)運行中斷等事故，影響面更廣，損失更大。據(jù)報道，上海各類雷電事故中，由感應雷造成的占到80。去年，上海一段地鐵線路在一個雷電天氣中遭感應雷襲擊，電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，造成運行中斷。同一天，浦東局部地區(qū)電網(wǎng)遭雷擊，電力供應短時中斷。就家用及辦公類的電子設(shè)備而言，可能引起感應雷擊的通道主要有天線、饋線、電源線路、信號線路和接地線路。建筑物中所有電子設(shè)備的天線、饋線、電源線、信號線、接地線、出入建筑物中各種電源線路、具有公共接地的建筑物中的金屬

9、管道等，都會給其中的電子設(shè)備群體引入感應雷。北京今夏報道的7起感應雷雷擊事故已造成百萬元經(jīng)濟損失。（3）球雷球雷是雷電放電時形成的發(fā)紅光、橙光、白光或其他顏色光的火球。出現(xiàn)的概率約為雷電放電次數(shù)的2。其直徑多為20cm左右；其運行速度約為2m/s或更高一些；其存在時間為數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘。球雷是一團處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體。球雷通常是包有異物的水滴在極高的電場強度作用下形成的。在雷雨季節(jié)，球雷可能從門、窗、煙囪等通道侵入室內(nèi)。河南省新鄉(xiāng)市獲嘉縣2003年8月16日報道，當日16時30分，獲嘉縣馮莊鎮(zhèn)職莊村某村民家遭到球型雷襲擊，電話機被擊毀，電話線被擊斷成多截，靠電話機20cm處的墻壁被擊出一個直

10、徑20cm的坑，靠該墻背面浴池上的瓷磚被震脫落，該雷又反彈到對面墻壁上擊出一個直徑60cm的坑，外墻的磚被擊出。經(jīng)分析，該村民家住在村邊，房屋位置相對較高，幸虧當時無人在家，否則，損失將更大。此外，直擊雷和感應雷都能在架空線路或在空中金屬管道上產(chǎn)生沿線路或管道的兩個方向迅速傳播的高壓沖擊波雷電侵入波。雷電侵入波的傳播速度在架空線路中約為300m/ms，在電纜中約為150m/ms。由于雷電具有電流很大、電壓很高、沖擊性很強等特點，有多方面的破壞作用，破壞力很大。雷電可造成設(shè)備和設(shè)施的損壞、可造成大規(guī)模停電、可造成人員生命財產(chǎn)的損失。就其破壞因素來看，雷電具有電性質(zhì)、熱性質(zhì)和機械性質(zhì)等三方面的破壞

11、作用。2防雷措施所謂防雷一般是通過合理，有效的手段將雷電流的能量盡可能安全地引入大地，防止其進入被保護的建筑物、構(gòu)筑物等被保護設(shè)施。建筑物、構(gòu)筑物直擊雷的防護已經(jīng)是一個很早就被重視的問題?，F(xiàn)在的防護手段基本采用有效的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)作為接閃器，通過引下線使直擊雷能量瀉放入地。根據(jù)國際電工委員會的最新防雷理論、外部和內(nèi)部的雷電保護已采用面向電磁兼容性（EMC）的雷電保護新概念。對于感應雷的防護，已經(jīng)同直擊雷的防護同等重要。感應雷的防護通常是在被保護設(shè)備前端并聯(lián)一個參數(shù)匹配的防雷器。在雷電流的沖擊下，該防雷器在極短時間內(nèi)與地網(wǎng)形成通路，使雷電流在到達設(shè)備之前，通過防雷器和地網(wǎng)泄放入地。當雷電

12、流脈沖泄放完成后，防雷器自動恢復為正常高阻狀態(tài)，使被保護設(shè)備繼續(xù)工作。另外，為了防止雷電感應產(chǎn)生的高電壓，應將建筑物、構(gòu)筑物內(nèi)的金屬設(shè)備、金屬管道、金屬構(gòu)件、鋼屋架、鋼窗、電纜金屬外皮，以及突出屋面的放散管、風管等金屬物件與接地裝置相連。屋面結(jié)構(gòu)鋼筋宜綁扎或焊接成閉合回路。平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架、電纜相距不到100mm時，須用金屬線跨接，跨接點之間的距離不應超過30m，交叉相距不到100mm時，交叉處也應用金屬線跨接。雷雨天氣，人、畜應避免在空曠日高處站立或行走。如有條件可以進入有寬大金屬構(gòu)架或有防雷設(shè)施的建筑物、以及汽車、船只內(nèi)。避雨時，還應注意腳下地面的干燥程度，盡量站在離墻壁、樹干8m10

13、m以外的地方，以防止發(fā)生跨步電壓電擊事故。如遇緊急情況，處于跨步電壓區(qū)域內(nèi)的人應盡量靠攏兩腳，不要隨意行走，以減輕跨步電壓的傷害。雷雨天氣，在戶內(nèi)應注意防止雷電侵入波的危險，除按規(guī)定設(shè)置避雷器外，戶內(nèi)人員應離開照明線、動力線、電話線、廣播線、收音機和電視機的電源線或天線，以及與其相連的各種金屬設(shè)備，以防止這些線路或設(shè)備對人體發(fā)生二次放電。在雷雨天氣，還應及時關(guān)閉門窗，以防止球雷的侵入。3防雷檢查防雷檢查應在每年雷雨季之前進行。對于直擊雷防護方面，一般應根據(jù)被保護建筑物或構(gòu)筑物的地理位置、周圍的地理環(huán)境、建筑物或構(gòu)筑物的外觀，檢查其避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)的安裝使用情況；引下線及地網(wǎng)和導體等電位連

14、接的安裝及使用情況等內(nèi)容。對于感應雷防護方面，防雷檢查主要包括電源、信號和天線三個部分。這部分檢查的主要內(nèi)容包括已有雷電防護設(shè)備的性能和使用狀況；受雷電流危害的歷史記錄；需保護設(shè)備的主要工作參數(shù)、工作狀態(tài)和設(shè)備的接口形式；需保護設(shè)備的地線連接情況等項內(nèi)容。防雷檢查應特別注意地網(wǎng)方面的檢驗。對雷電的防護就是要為雷電流提供一條快捷、安全的通道使其安全地泄放入大地。因此地網(wǎng)狀況及使用效果的好壞直接影響到對雷電整體防護的效果。除獨立避雷針外，在阻值滿足要求的前提下，防雷接地裝置和其他接地裝置共用。防雷接地電阻的阻值一般應不大于10。當人類社會進入電子信息時代后，雷災出現(xiàn)的特點與以往有極大的不同，可以概括為以下幾個方面，第一，受災行業(yè)面大大增加，從電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展到幾乎所有行業(yè)，特點是與高新技術(shù)關(guān)系最密切的領(lǐng)域，如航天航空、國防、郵電通信、計算機、電子工業(yè)、石油化工、金融證券等。第二，雷電災害的空間范圍擴大了，從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場從三