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文檔簡介

二、雷電的危害49?雷電能產生哪些破壞作用?雷電的破壞作用有熱效應、機械效應、電磁效應、靜電感應效應、電磁輻射效應、雷電反擊、沖擊波效應等。雷電發(fā)生時,其強大的電流、熾熱的高溫、猛烈地沖擊波、劇變的電磁場,以及強烈的電磁輻射等物理效應,給人類社會帶來了極大的危害,造成人員傷亡、起火爆炸、嚴重損失。雷電危害波及面廣,人類社會活動、農業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、建筑、電力、通信、航空航天、交通運輸、石油化工、金融證券等各行各業(yè),幾乎無所不及。什么事雷電的熱效應?雷電的熱效應有哪些破壞作用?在雷暴云對地放電時,強大的雷電流從雷擊點注入被擊物體,由于雷電流幅值高達數(shù)十至數(shù)百千安,其熱效應可以再雷擊點局部范圍內產生高達6000-10000^,甚至更高的溫度,能夠使金屬熔化,樹木、草堆被引燃;當雷電波侵入建筑物內低壓供配電線路時,可以將線路熔斷。這些由雷電流的巨大能量使被擊物體燃燒或金屬材料熔化的現(xiàn)象都屬于典型的雷電流的熱效應破壞作用,如果防護不當,就會造成災害。什么是雷電的機械效應?雷電的機械效應有哪些破壞作用?在發(fā)生雷擊時,雷電的機械效應所產生的破壞作用表現(xiàn)為兩種形式:雷電流流過金屬物體時產生的電動力;(2)雷電流注入樹木或建筑構件時在它們內部產生的內壓力。由電磁學可知,載流導體周圍的空間存在著磁場,在磁場中的載流導體又會受到電磁力的作用。如圖1.12所示,兩根載有相同方向雷電流的長直導體,導體A上的電流在其周圍空間產生磁場,導體B在這一磁場中將受到一個電磁力的作用,其方向垂直指向導體A。同理,載流導體A也受到一個電磁力的作用,方向垂直指向導體B。兩根平行載流導體之間就存在著電磁力的相互作用,這種作用力稱為電動力。在這種電動力的作用下,兩根導體之間將相互吸引,有靠攏的趨勢。同理,如果i1與i2反向,則兩根導體在電動力的作用下就會相互排斥,有分離的趨勢。因此,在雷電流的作用下,載流導體就有可能會變形,甚至會被折斷。按安培定律,兩根長直平行載流導體之間的電動力計算公式,凡含有拐彎部分的載流導體或金屬構件,其拐彎部門將受到電動力的作用,拐彎處的夾角越小,受到的電動力就越大。所以拐彎夾角為銳角時,所受到的電動力相對較大,而當拐彎處的夾角為鈍角時,所受到的電動力相對較小。因此,在防雷施工中,布設成平行,銳角或繞直角的避雷引下線會受到雷電的機械效應的損壞。被擊物體內部產生內壓力是雷電流機械效應破壞作用的另一種表現(xiàn)形式。由于雷電流幅值很高且作用時間又很短,當雷擊于樹木或建筑構件時,在它們的內部將瞬時地產生大量熱量。在短時間內熱量來不及散發(fā)出去,以致使這些內部的水分被大量蒸發(fā)成水蒸氣,并迅速膨脹,產生巨大的內壓力。這種內壓力是一種爆炸力,能夠使被擊樹木劈裂和使建筑構件崩塌。雷暴云對地放電時,強大的雷電流的機械效應表現(xiàn)為擊毀桿塔和建筑物,劈裂電力線路的電桿和橫擔等。.什么是雷電的電磁效應?雷電的電磁效應有哪些破壞作用?雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度,能在所流過的路徑周圍產生很強的暫態(tài)脈沖磁場,這種快速變化的脈沖磁場交鏈導體回路時,能在回路中感應出電動勢,產生電壓和過電流。過電壓的伏值一般可達幾十萬伏,會使鏈接的電氣設備絕緣發(fā)生閃絡或擊穿,損壞電子設備,甚至引起火災和爆炸,造成人身傷亡。.什么是雷擊電磁脈沖?雷擊電磁脈沖是一種干擾源。指閃電直接擊在建筑物防雷裝置和建筑物附近引起的效應。絕大多數(shù)是通過連接導體的干擾。如:雷電流或部分雷電流被雷擊擊中的裝置的電位升高以及電磁輻射干擾。.什么事雷電感應和雷電侵入波?閃電發(fā)生時,在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應,它可能使金屬部件之間產生電火花,這就是人們常說的雷電感應,當架空導線上感應產生過電壓波后,過電壓波向導線兩側傳播,當它沿線路進入建筑物內時,將會對建筑物內的信息系統(tǒng)和電氣設備造成損壞。這種沿線路進入建筑物內的感應過電壓波常稱為雷電侵入波。什么是雷電的靜電感應效應?雷電的靜電感應效應有哪些破壞作用?在各種金屬屋頂或架空線路上,會因為其上空的帶電雷暴云層的存在產生靜電感應,帶上與云層相反的電荷,當先導到達地面時,回擊發(fā)生,先是通道中的電荷與金屬屋頂或架空線路上的異號電荷迅速中和,如果發(fā)生在金屬屋頂上,在金屬屋頂上未被中和的電荷形成對地的高電位,如果沒有通路泄放金屬屋頂上的電荷,金屬屋頂上與屋內的人或金屬設備之間就會發(fā)生擊穿放電,危害人的生命和損壞設備,如有金屬屋頂上靜電感應的電荷泄放的通路,但泄放通路不暢,電阻值過大,電流通過接觸不良處時就會產生火花放電,點煙易燃易爆物體,發(fā)生火災。如果發(fā)生在架空線路上,未被中和的電荷失去束縛就可以自由運動,形成過電壓波,會沿架空導線兩側傳播,當它沿線路進入建筑物內時,將會對建筑物內的信息系統(tǒng)和電氣設備造成損壞。什么是電磁輻射效應?電磁輻射效應有哪些破壞作用?感應雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度,能在所流過的路徑周圍產生很強的暫態(tài)脈沖磁場,根據(jù)電磁感應定律,這種脈沖磁場在大氣中向外輻射,到達電子設備所在空間,當電磁強度超過電子設備的耐受能力時,會對這些電子設備造成損害,如計算機會發(fā)生誤動。什么是雷電反擊?雷電反擊會產生哪些破壞作用?由電路原理可知,電流流過有電阻與電感串聯(lián)支路時,將會在分支導體的電感、電阻和接地電阻上產生壓降,使防雷裝置中各個部位的對地電位都有不同程度的升高。由于雷電流持續(xù)時間很短,這種電位升高現(xiàn)象所持續(xù)的時間也很短,所以稱之為暫態(tài)電位升高。由于雷電流的幅值很大,所以雷電流流過接地裝置及接地裝置相連接的電氣設備外殼、桿塔和架構等處時,沿途產生的電壓降(暫態(tài)高電位)可能達到數(shù)十萬伏至數(shù)百萬伏。它與周圍金屬體之間發(fā)生空氣間隙擊穿,這種現(xiàn)象稱為雷電反擊。發(fā)生反擊后,唄反擊的金屬體帶上高電位,它又有可能繼續(xù)對其周圍的其他金屬體反擊,從而可能引發(fā)多個金屬體之間的一系列反擊。導致嚴重的設備損壞和人員傷亡。雷電襲擊人體的形成有哪些?(1) 直接雷擊:所謂直接雷擊是指雷閃直接擊中受害者,這種情況受害者至少在開始時身體上通過全部雷電電流,而且最大可能是雷電電流從頭部輸入,經軀干,由腳底進入大地。這種情況是受害者受害最嚴重的情況。所以直接雷擊致死的事例不少,但是。被直接雷擊后有短暫昏迷,呼吸和心臟跳動未發(fā)生停止的報道也有,所以當雷擊致假死(停止呼吸、心臟停止跳到、但身上未出現(xiàn)紫藍色斑塊或斑點)時不應放棄或停止搶救。(2) 接觸雷擊:接觸雷擊是指雷擊其他物體時,與雷擊物體接觸的人受到的雷擊,接觸雷擊往往使受害者短時麻痹,有時也會昏迷甚至死亡,但總的來講,它比直接雷擊受害要輕。但接觸雷擊發(fā)生的幾率比直接雷擊高得多。(3) 旁側閃絡:旁側閃絡和上面講的接觸雷擊都是雷電沒有直接擊中受害人,而是擊中受害人附近的物體,由于被雷擊物帶高電位,而向它附近的人閃擊放電。有時由于較遠地方的物體受雷擊,能通過金屬線輸送高電位,或感應產生高電位與附近的人發(fā)生側閃絡造成人員傷亡。(4) 跨步電壓:在發(fā)生雷擊時,雷電流流經接地體散入大地,由于土壤散流電阻的存在,經接地體散入大地的雷電流,將在周圍土壤中產生壓降,壓降的大小隨著距雷電流入地點距離的增加而減小,使雷電流入地點附近地面上不同點之間出現(xiàn)電位差。如果人站在這塊具有不均勻電位分布的地面上,則在人的兩只腳之間就存在著一定的電位差,這種電位差與電流強度、土壤電阻率分布、跨步長短有關,同樣的土壤情況下,電流強度越大,步長越大,這種電位差越高。在工程上,常將人跨一步的長取為0.8m,并把這一距離兩端的電位差稱為跨步電壓。當跨步電壓大到超過人的承受能力時,便足以使人受到電擊甚至死亡。人類社會進入電子信息時代后,雷災出現(xiàn)了哪些新特點?雷電是眾多大氣現(xiàn)象中的一種,自然界這種強大的放電能夠直接擊在建筑物或防雷裝置上或從建筑物的側、旁擊在建筑物上,危害地面上的建筑物等物體和人、畜的生命;但雷電產生的強大電磁脈沖(LEMP),具有極大的破壞性。隨著現(xiàn)代化進度的加快,特別是信息產業(yè)的迅猛發(fā)展,自動控制、通信和計算機網絡等微電子設備和電子系統(tǒng)在各種行業(yè)內外得到日益增加的廣泛應用,雷擊事故帶來的損失和影響也越來越大,尤其是在經濟發(fā)達國家和地區(qū),雷電造成的電子設備直接經濟損失達雷電災害總損失的80%以上,概括起來,有以下特點:(1)受災面大大擴大。從電力、建筑這兩大傳統(tǒng)領域擴展到幾乎所有行業(yè),尤其是與高新技術關系最密切的領域,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。(2) 從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。從二維空間的閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變?yōu)槿S空間閃電的脈沖電磁場,無孔不入地造成災害,因而防雷工程已從防直擊雷、感應雷進入防雷電電磁脈沖(LEMP)。前面是指雷電的受災行業(yè)面擴大了,這兒指雷電災害的空間范圍擴大了。(3) 雷災的經濟損失和危害程度大大增加了。它襲擊的對象本身的直接經濟損失有時并不大,而由此產生的間接經濟損失和影響就難以估計。例如1999年8月27日凌晨2時,某尋呼臺遭受雷擊,導致該臺中斷尋呼數(shù)小時,其直接損失是有限的,但間接損失將大大超過直接損失。產生上述特點的根本原因,也就是關鍵性的特點是雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。全球及我國的雷電災害情況如何?在20世紀末,聯(lián)合國組織的國際減災十年活動中,雷電災害被列為對人類生活影響最嚴重的十大自然災害之一。美國將雷電列為排名第二的天氣殺手,根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)天氣局的統(tǒng)計,雷電比颶風和龍卷風造成的人員傷亡還要多,美國平均每年因雷電災害致死73人,傷300多人。我國是雷電災害頻繁發(fā)生的地區(qū),根據(jù)中國氣象局雷電防護管理辦公室1998-2001各年的《全國雷電災害典型實例匯編》統(tǒng)計,每年發(fā)生的雷電災害有近萬次,造成的人員傷亡超過1萬人,所導致的火災、爆炸等時有發(fā)生。雷擊的主要對象有哪些?(1) 曠野孤立的或高于20m的建筑物和構筑物,如涼亭、大樹等。(2) 金屬屋面、磚木結構的建筑物和構筑物。(3) 河邊、湖邊、土山頂部的建筑物和構筑物。(4) 低洼地區(qū)、地下水出口處、特別潮濕處、山坡與稻田水面交界處、地下有導電礦藏處或土壤電阻率較小處的建筑物和構筑物。(5) 山谷封口處的建筑物和構筑物。(6) 城市里的煙筒及地面上有較高尖頂?shù)慕ㄖ锖蜆嬛锘蜩F塔。同一區(qū)域容易遭受雷擊的地點有哪些特點?(1) 土壤電阻率較小的地方,如有金屬礦床的地區(qū)、河岸、地下水出口處、湖沼、低洼地區(qū)和地下水位高的地方。(2) 山坡與稻田接壤處。(3) 具有不容電阻率土壤的交界地段。易受雷擊的建(構)筑物有哪些?(1) 高聳突出的建筑物,如水塔、電視塔、高樓等;排出導電塵埃、廢棄熱氣柱的廠房、管道等;(2) 內部有大量金屬設備的廠房;(3) 地下水位高或有金屬礦床等地區(qū)的建(構)筑物;(4) 孤立、突出在曠野的建(構)筑物;(5) 鐵路集中地樞紐、鐵路終端和高架輸電線等拐角處及金屬管線集中地交叉地點;(6) 收音機天線、電視及天線和屋頂上的各種金屬突出物,如旗桿等。雷電是否也有有益于人類的方面?能給人類帶來哪些好處?雖然全球每年有不少人、畜在雷擊下喪生,一些建筑物、設備被毀壞,然而,雷電也有其益于人類之處。(1) 在生命起源的早起過程中,雷電曾扮演過重要角色,具有不可磨滅的功勛。生命起源的化學演化說認為,早期的地球冷卻后,火山噴發(fā)出的大量氣體,如氫、氮、甲烷、氨、一氧化碳、二氧化碳和水汽等,在紫外線、宇宙空間輻射以及早期地球上雷電的作用下,原始大氣中生成一些前所未有的有機化合物,并由雨水帶進海洋。含有有機物的海水在億萬年的進化中逐漸合成了蛋白質、核酸等復雜的高分子物質,最后,具有自我復制和繁殖能力的原始生命體終于產生了。早在1952年,這一理論就已被美國科學家通過實驗所證實。(2) 在人類進化史上,正是雷擊森林起火,啟發(fā)了人類學會用火。森林中被火燒死的動物軀體,遠比活剝生吞來得有滋味,富于營養(yǎng)。這使遠古人學會了吃熟食,促進了人體的發(fā)育及大腦的發(fā)展。雷電帶來的火使人類在進化史上跨進了一大步。(3) 在農業(yè)上,雷電具有多方面功勞:雷雨在生長季節(jié)會給農作物帶來充足雨水。雷電會使空氣中的氧和氮電離并化合成一氧化氮和二氧化氮,他們被雨水溶解,落地后與土壤中的礦物質化合成易被植物吸收的氮肥。人們發(fā)現(xiàn),在常受雷電打擊的高壓電線附近土壤中氮肥充足,作物生長茂盛,這正是閃電在空氣高溫制肥的功效。有人估計,每年因雷電落在地面的氮素約有4億t。雷電還可引起地面和高空之間的電位差,這個電位差越大,植物光合作用和呼吸作用就越強烈。據(jù)研究,雷雨后1?2d內植物的生長和新陳代謝特別旺盛。如果在作物的生長期內有5?6次雷電,農作物成熟期將提前一周左右。(4) 雷電可以凈化大氣環(huán)境。雷電產生時,強烈的光化學作用會使空氣中的一部分氧氣發(fā)生化學反應,生出具有殺菌作用的臭氧。因此,一場雷雨過后,空氣中彌漫著少量臭氧,加之雷雨時空氣中灰塵被沖刷,令人感到格外清新舒適。另外,伴隨雷雨而上升的氣流,可將停滯于對流層下面的污染大氣帶到10km以上的高空,起到擴散的作用。(5) 雷電中儲存著巨大的可利用的能量,它一次放電能量就達1~10億J。美國某工程物理研

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