雷電災(zāi)害及防護(hù)措施探討

■陸人治

（浙江省氣象局浙江杭州310017）

雷電災(zāi)害及防護(hù)措施探討

■陸人治

（浙江省氣象局浙江杭州310017）

雷電由于其瞬間的高電壓、高溫度特性，易對(duì)人和建筑物、設(shè)備造成傷害或者損害，為此本文詳細(xì)分析了雷電的分布規(guī)律、成因及危害，對(duì)現(xiàn)在建筑物的防雷接地裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討，綜合分析了不同裝置的特點(diǎn)，為今后的防雷方案制定提供了借鑒。

分布規(guī)律 接地 防雷

雷電多形成于積雨云中，積雨云上下不停地運(yùn)動(dòng)會(huì)摩擦生電，就形成了帶電荷的云層。不同質(zhì)量的帶電物質(zhì)富集于云層上下兩端，形成帶電中心。當(dāng)異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場(chǎng)擊穿時(shí)，就形成云間放電。當(dāng)帶負(fù)電荷的云層向下靠近地面時(shí)，地面的凸出物、金屬等會(huì)被感應(yīng)出正電荷。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定程度，二者相遇即形成對(duì)地放電。云層與大地之間的放電是直擊雷，會(huì)破壞建筑物、電氣設(shè)備，傷害人畜。這種放電時(shí)間短促，電流則異常強(qiáng)大，放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光，即“閃電”。同時(shí)釋放出大量熱能，瞬間使空氣溫度和壓強(qiáng)增高、增大，具有極大的破壞力，往往會(huì)造成火災(zāi)和人畜的傷亡。

1　雷電分布的一般規(guī)律

總的分布規(guī)律：熱而潮的地區(qū)比冷而干燥的地區(qū)雷電多；山區(qū)大于平原，平原大于沙漠;陸地大于湖海；雷電高峰月都在七、八月，活動(dòng)的時(shí)間多在14至22時(shí)。局部分布規(guī)律：土壤電阻率較小的局部地區(qū)或突變區(qū)域容易落雷；地下埋有導(dǎo)電礦藏的地區(qū)容易落雷;山中平地、風(fēng)口或順風(fēng)的河谷的落雷幾率大于峽谷、湖旁、海邊；空曠地中的孤立建筑物，建筑群中的高聳建筑物易受雷擊；屋旁的大樹、接收天線、山區(qū)輸電線等容易受雷擊。建筑物雷擊部位的規(guī)律：屋角一檐角的雷擊率最高；屋頂?shù)钠露炔怀^(guò)40度時(shí)，坡角愈大，屋脊的雷擊率愈大；屋面受雷擊的情況極少。

2　雷電的危害

雷電由于會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的雷擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、瞬變的電磁場(chǎng)和強(qiáng)烈的電磁輻射等綜合物理效應(yīng)，對(duì)建筑物、電子電氣設(shè)備和人、畜造成危害，是一種嚴(yán)重的氣象自然災(zāi)害

2.1雷電流熱效應(yīng)的危害

當(dāng)雷電擊在樹木或建筑物構(gòu)件上，物體由于內(nèi)部水分變成水蒸氣，迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的爆炸力，造成破壞；當(dāng)雷電流通過(guò)金屬體時(shí)，如果金屬體的截面積不夠大時(shí)，甚至可使其熔化。

2.2雷電流沖擊波的危害

雷電的瞬時(shí)溫度和氣壓均很高，能夠產(chǎn)生爆炸式的沖擊波。雷電通道徑向擴(kuò)展速度遠(yuǎn)大于大氣中的聲速，但是很快就衰減，沖擊波轉(zhuǎn)變?yōu)槁暡ǎ吐牭嚼椎穆÷÷暋?/p>

2.3雷電的靜電感應(yīng)的危害

雷雨臨空，裸露的金屬板物（如金屬屋頂）由于靜電感應(yīng)而帶上與積雨云下端電荷異號(hào)的電荷，積雨云一旦放電，金屬屋頂面形成的電場(chǎng)就可以產(chǎn)生對(duì)地面物很高的電位差(即高電壓)，就可能產(chǎn)生閃絡(luò)，這被稱為二次雷效應(yīng)。這種形式的雷擊起因于靜電感應(yīng)，而被稱為感應(yīng)雷擊。

2.4雷電的電磁感應(yīng)的危害

由于雷電流有極大峰值和陡度，強(qiáng)大的雷電產(chǎn)生靜電場(chǎng)變化、磁場(chǎng)變化和電磁輻射，嚴(yán)重干擾無(wú)線電通信和各種設(shè)備的正常工作，在一定范圍內(nèi)造成許多微電子設(shè)備的損壞，引起火災(zāi)

3　雷電危害的種類

直擊雷：即落地雷，是云體與地面（特別是突起物）之間，由于帶電的性質(zhì)不同，形成很強(qiáng)的電場(chǎng)把大氣擊穿發(fā)生迅猛放電現(xiàn)象。

感應(yīng)雷：帶電的云層由于靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上相反的電荷，由直擊雷引起的局部高電位現(xiàn)象，叫做“二次雷”或稱“感應(yīng)雷”。

球形雷球雷(即球狀閃電)是一種橙色或紅色的類似火焰的發(fā)光球體，偶爾也有黃色、藍(lán)色或綠色的。球雷火球可輻射出大量的熱能，因此它的燒傷力比破壞力要大。

4　現(xiàn)代建筑物防雷接地裝置結(jié)構(gòu)的研究

4.1接地的含義

把電氣設(shè)備與接地裝置連接起來(lái)，稱為接地。電氣設(shè)備的接地是保證人身安全及電氣設(shè)備正常工作的重要部分。接地裝置由接地體和接地線組成，影響接地電阻的主要原因有土壤電阻率、接地體的尺寸、形狀及埋入深度、接地線與接地體的連接等。按目的不同可分為：保護(hù)接地、工作接地和防雷接地。

4.2防雷接地裝置的結(jié)構(gòu)

在防雷工程中，人們往往習(xí)慣將接地電阻的大小，作為衡量防雷工程質(zhì)量的最重要指標(biāo)。然而，理論和實(shí)踐證明，接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)較接地電阻更應(yīng)受到重視?，F(xiàn)代建筑物，即標(biāo)志著建筑物內(nèi)有供電、計(jì)算機(jī)、通訊等系統(tǒng)在運(yùn)行。為了這些系統(tǒng)的安全運(yùn)行，往往需要多種類別的接地裝置，怎樣合理、科學(xué)的處理其相互關(guān)系也就成為不可回避的問(wèn)題。

4.3獨(dú)立接地逐漸被共同接地方式代替

獨(dú)立接地是指需要接地的系統(tǒng)分別獨(dú)立地建立接地網(wǎng)，且各接地網(wǎng)之間要求有足夠的距離。由于各接地系統(tǒng)之間不會(huì)造成相互干擾而在六、七十年代廣泛應(yīng)用。但近年來(lái)共同接地方式更為普遍，這是主要因?yàn)椋海?）各通訊系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電源系統(tǒng)的接地是為了獲得一個(gè)零電位點(diǎn)。如果各系統(tǒng)分別接地，當(dāng)發(fā)生雷擊的時(shí)候各系統(tǒng)接地點(diǎn)的電位可能相差很大。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)制解調(diào)器和網(wǎng)卡將首先被擊穿。（2）在一座樓房或一個(gè)建筑群范圍內(nèi)，獨(dú)立接地方式時(shí)要求各地網(wǎng)之間至少要有足夠大的距離，而這種互相沒(méi)有電氣聯(lián)系的地網(wǎng)是相當(dāng)困難的，尤其在現(xiàn)代的大城市更是如此。

4.4一點(diǎn)接地及干擾分析

電磁干擾可分為導(dǎo)電性電磁干擾和輻射性電磁干擾，前者的干擾能量是通過(guò)線材或電纜從一個(gè)電路傳送到另一個(gè)電路的。減少導(dǎo)電性電磁干擾的途徑是通過(guò)電路的合理設(shè)計(jì)、采用濾波器和電路的合理接地來(lái)實(shí)現(xiàn)；輻射性電磁干擾的干擾能量是通過(guò)空氣中的電磁場(chǎng)傳送的。通常在設(shè)計(jì)電子設(shè)備外殼、箱體以及布置設(shè)備的線路、接地線時(shí)，通過(guò)選用理想的屏蔽材料、構(gòu)造技術(shù)和合理布置設(shè)備的線路、接地線，以及采用科學(xué)的接地技術(shù)來(lái)減少輻射性電磁干擾。由此可見，做好接地是有效防止電磁干擾的重要途徑。

4.5環(huán)形接地和等電位連接

環(huán)形接地網(wǎng)就是把接地體沿建筑物周圍圍成一個(gè)閉合環(huán)。這樣的接地網(wǎng)可以使界面以內(nèi)的電場(chǎng)分布比較均勻，減少跨步電壓對(duì)人的危害，也可減少室內(nèi)在被雷擊時(shí)，由于地面電位梯度大產(chǎn)生對(duì)設(shè)備高電壓反擊的危險(xiǎn)。等電位連接是把建筑物內(nèi)所有金屬物，統(tǒng)統(tǒng)用電氣連結(jié)的方法連接起來(lái)，使整個(gè)建筑物空間成為一個(gè)良好的等電位體。當(dāng)雷電襲擊的時(shí)候，在這建筑物內(nèi)部和附近大體上是等電位的，而不會(huì)發(fā)生內(nèi)部設(shè)備被高電位反擊和人被電擊的事故。由于采用等電位連接，不但使建筑物及內(nèi)部設(shè)備防雷能力大大提高，也可以放寬對(duì)建筑物接地電阻的要求,減少建設(shè)投資，減低施工難度。

5　結(jié)論

本文對(duì)配電系統(tǒng)中浪涌電流產(chǎn)生的各種原因進(jìn)行了詳細(xì)介紹和分析，根據(jù)雷電的各種不同類型的危害，在配電系統(tǒng)中作出相應(yīng)不同的保護(hù)措施的見解，進(jìn)一步探討現(xiàn)代建筑物防雷接地裝置結(jié)構(gòu)的研究，為今后的對(duì)建筑物防雷措施研究及方案制定提供了借鑒。

[1]林維勇.著《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2001.

[2]孫景群.著《大氣電學(xué)手冊(cè)》北京:科學(xué)出版社,1995.

[3]王德言.等《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

P446[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-400-1