雷電對沿海水工程的危害及防雷設施的管理

潘志富，高德應，劉二軍

(連云港市市區(qū)水工程管理處，江蘇 連云港 222003)

0 前 言

雷電是一種自然現(xiàn)象，也是自然災害的一種，地球上任何時間都存在雷電活動。有研究發(fā)現(xiàn)，每秒會出現(xiàn)1 900陣雷雨，且伴隨500次閃電，這其中就有超過百個的炸雷擊落在地面，導致建筑物、電器等被破壞，進而導致火災出現(xiàn)。這種十分壯觀的自然現(xiàn)象，破壞力也是非常巨大的[1]。1987年，聯(lián)合國確定雷電為危害人類安全的十大災害之一。水工程設施承擔著水工程管理及維護的責任，其所具有的防雷能力對水利工程安危及人民財產(chǎn)安全產(chǎn)生直接影響，因此，提高水工程防雷設施的能力尤為重要。

1 雷電知識概述

雷電是一種大氣中放電現(xiàn)象，多在積雨中出現(xiàn)。積雨云形成時，一些云團帶正電荷，另一些云團帶負電荷。它們對大地產(chǎn)生靜電感應，使得地面或建筑物表面出現(xiàn)異性電荷，當電荷積累至一定程度時，不同電荷云團間，或云團與大地之間的電場強度可以直接擊穿空氣，并開始產(chǎn)生游離放電，這個現(xiàn)象被稱為“先導放電”。云團對地面的先導放電是云團向地面作跳躍式發(fā)展的，當?shù)竭_地面時，就會由地面產(chǎn)生向云團的逆導主放電。在主放電階段，由于異性電荷會被劇烈中和，導致出現(xiàn)較大的雷電流，并隨之出現(xiàn)較強烈的巨響及閃電，進而形成雷電。雷電主要有直擊雷、感應雷及雷電波侵入、球形雷等[2]。直擊雷是指雷電直接在地面、防雷裝置以及建筑物上產(chǎn)生電效應、機械力或熱效應。感應雷是指雷電在雷云之間或雷云對地面的放電，并在戶外傳輸信號、設備連接線及電磁感應處侵入設備，使得串聯(lián)線路中間或終端的電子設備運行受到損害。感應雷強度沒有直擊雷猛烈，但發(fā)生幾率遠遠高于直擊雷。直擊雷只在雷云對地面閃擊時才可能對地面造成較大傷害，而感應雷不論雷云對地面閃擊或雷云對雷云出現(xiàn)閃擊都有可能導致其出現(xiàn)并造成相應的災害。雷電波侵入是指雷電電流的峰值及陡度較大，在其周圍出現(xiàn)瞬變電磁場，在這電磁場中架空線路及管線都會感應到電動勢，并沿著線路直接侵入室內(nèi)，導致室內(nèi)人身安全受到威脅[3]。球形雷是特殊雷電現(xiàn)象，一般類似紅色火焰的發(fā)光球體，直徑約為15 cm，存在時間很短。一旦接觸到物體或電氣設備時就會出現(xiàn)燃燒或爆炸，主要是沿著建筑物孔洞進入室內(nèi)，多數(shù)沿帶電導體消失。

2 雷電對沿海水工程產(chǎn)生的危害

2.1 直接雷擊的影響

雷電直接擊中水工程建筑物或暴露在外的各種設備及線纜時，可能會在瞬間產(chǎn)生數(shù)萬伏乃至數(shù)十萬伏的高壓，導致火花放電出現(xiàn)，進而形成巨大的機械能量及熱能，對工程建筑物和設備產(chǎn)生威脅，甚至會對人身安全也產(chǎn)生很大威脅[4]。

2.2 雷電波侵入

雷電雖然未對水工程建筑物或設備直接擊中，但擊中與建筑物或設備相連的金屬管線，利用傳導方式經(jīng)過電阻性耦合使得雷電波進入建筑物中，對與建筑物或設備相連的計算機控制系統(tǒng)及設備產(chǎn)生威脅。

2.3 雷擊電磁脈沖干擾

當雷擊出現(xiàn)時，由于雷電流會迅速出現(xiàn)變化，在周圍空間出現(xiàn)瞬時變化的強電磁場，使得附近導體感應到較強的電動勢，進而導致出現(xiàn)強大的雷擊電磁脈沖，經(jīng)感性耦合或容性耦合后，電磁輻射會出現(xiàn)脈沖過電壓及過電流導致相應設備被損害[5]。隨著現(xiàn)今科技的發(fā)展，越來越多的水工程管理單位采用微機控制，而微電子設備所具有的高度集成化、小工作電流及低工作電平的特點，又導致絕緣強度較低，耐過電壓及過電流能力較差等缺點，因此很容易導致計算機出現(xiàn)誤動作，或計算機系統(tǒng)被永久性破壞。

2.4 地電位反擊

當水工程設備中未采用等電位接地等措施，且由于接地系統(tǒng)本身具有不同的接地途徑，導致沖擊接地電阻出現(xiàn)差異。且當對雷擊電流進行泄放時，地電位出現(xiàn)升高，且不平衡現(xiàn)象明顯，當?shù)仉娢徊钜呀?jīng)超過設備本身具有的抗電強度后，也會導致出現(xiàn)反擊，進而影響水工程設備的正常使用。

3 沿海水工程防雷設施的管理及維護

3.1 外部防雷

在水工程防雷措施實施前，僅僅是在建筑物屋頂處設置避雷帶，而在其他地方?jīng)]有設置防雷措施，因此，需要對其他地方設置防雷措施?？梢栽诮ㄖ涎b設避雷針，由于水工程的建筑物多呈坡形瓦頂，設置其他避雷帶難度較大，且會對工程美觀性產(chǎn)生影響。更為重要的是，對沿海水工程來說，雷雨季節(jié)也是防汛關鍵時期，室外工作在這時不可避免，為了保證人身安全，就可以選擇防護半徑較大的避雷針進行直接的防直擊雷。根據(jù)防雷設計所需要參照的規(guī)范，應該首先對建筑物預計次數(shù)進行計算，從而對建筑物的防雷類別進行確定。

3.2 內(nèi)部防雷

雷電侵入微電子設備的途徑是多樣的，傳播途徑主要有輻射耦合和傳導耦合。傳導耦合又分為傳導電阻耦合、電磁感應及靜電感應耦合等。也就是說，雷電直接侵入計算機通信網(wǎng)絡途徑有電源系統(tǒng)侵入、信號傳輸通道侵入及機房屏蔽不良、地電位反擊等。就電源防雷來說，雷電過電壓對電子設備產(chǎn)生的損害是由電源線路引入導致的。依據(jù)雷電保護區(qū)的實際劃分，建筑物外部是直擊雷產(chǎn)生區(qū)域，在這一區(qū)域內(nèi)的電子設備遭受損害的概率最大，危險性最高，將其設置為0區(qū)。而建筑物內(nèi)部及計算機機房中所處的位置是非暴露區(qū)，可以將其分為1區(qū)及2區(qū)，越往建筑物內(nèi)部去，所遭受雷擊的危險越低。由于水工程在防洪及供水上的突出意義，且在水工程中大量弱電自動化設備被應用，因此水工程的信息系統(tǒng)應具備較高的防雷擊等級。就信號防雷來說，水工程在建設工程監(jiān)控系統(tǒng)時，需要在其中安裝單體式信號避雷器，對室外智能球形攝像機實施控制信號防雷。由于經(jīng)費限制，防雷設施在應急改造過程中一般不會考慮信號防雷。但隨著現(xiàn)今信息技術的發(fā)展和普及應用，信號防雷的重要性越來越突出?？梢酝ㄟ^在其中加裝網(wǎng)絡信號服務器或電話數(shù)據(jù)信號防雷器、加裝視頻信號防雷器的方式實現(xiàn)對線路的集中保護。

3.3 防雷電設施的維護

為了保證防雷電設施的可靠效果，就需要建立相應的維護保養(yǎng)制度。首先，每年應在雷雨季節(jié)前做好防雷電設施的定期檢查工作，還可以根據(jù)具體情況展開不定期檢查；其次，檢查防雷電設施各處明導體有無因銹蝕損傷而導致出現(xiàn)折斷，如出現(xiàn)銹蝕，需要及時更換；再次，檢查接閃器有無因雷擊后出現(xiàn)融化或折斷，避雷器瓷套有無出現(xiàn)裂紋等情況，定期對其展開預防性實驗；第四，檢查斷接卡子有無出現(xiàn)接觸不良；第五，檢查接地裝置周圍有無出現(xiàn)沉陷；最后，檢查有無因鋪設其他管道或挖土導致接地裝置中斷的情況。

4 結(jié) 語

沿海水工程防雷措施的設置情況是影響水工程正常運行的重要因素，甚至直接影響水工程的安危及工作人員的生命財產(chǎn)安全，因此相關管理部門應對水工程防雷措施加強重視。隨著現(xiàn)代化水工程的推進，水工程管理設施的信息化及自動化程度越來越高，提高水工程防雷管理能力顯得尤為重要。本文簡單分析了水工程防雷設施的設置情況，使得水工程防雷能力得到加強，保障了水工程運行的安全性，具有十分顯著的效果，是保障水工程經(jīng)濟效益與社會效益的有益舉措。

參考文獻：

[1] 鄧偉,楊虎,邊旦洛布.農(nóng)村中小學校防雷安全措施探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2017(18):165-167.

[2] 石瑩輝.人工影響天氣作業(yè)點防雷技術的有效規(guī)范研究[J].河南農(nóng)業(yè),2017(32).

[3] 白旭,李迪.防雷設施檢測設備校準裝置的應用研究[J].儀表技術,2015(10):22-26.

[4] 王翠萍.民航空管通信導航監(jiān)視設施設備防雷工作研究[J].江蘇科技信息,2015(25):46-52.

[5] 呂祿,張家安.防雷設施安裝中應注意的問題[J].氣象研究與應用,2009(1):85-87.