防雷工程設計所考慮的環(huán)境問題淺談

盧 崴 ，鄧寧文，李 韜

1.玉林市氣象局，廣西 玉林 537000

2.廣西壯族自治區(qū)防雷中心，廣西 南寧 530022

3.賀州市氣象局，廣西 賀州 542800

0 引言

在自然災害中，雷電引起的災害是世界十大自然災害之一。雷電過程表現(xiàn)為強大的沖擊波、劇變的電磁場、強烈的電磁輻射和熾熱的高溫。這些效應將造成人員傷亡，建筑物擊毀，森林起火，電子信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡設備損壞等，帶來無法挽回的經(jīng)濟損失。

雷電災害的孕育、發(fā)生、發(fā)展與區(qū)域環(huán)境狀況有密切關系，主要表現(xiàn)在區(qū)域地理地貌、土壤狀況、人文環(huán)境、氣候環(huán)境等方面，有很大的隨機性。防雷工程保護的對象為建（構）筑物、設備和人。在工程設計之前，應調查研究本地區(qū)具體情況，考慮所處的地理環(huán)境和氣候因素，因地制宜，設計出即經(jīng)濟又安全的防雷工程。防雷工程設計主要考慮建筑物自身空間、所處地理環(huán)境和其建筑物內部各種電氣設備的條件等因素。而該地區(qū)的年平均雷暴日、落雷密度、土壤情況、該地區(qū)的地形地貌及被保護物所處高度等因素,是防雷工程設計所考慮的環(huán)境因素中重要參數(shù)。

1 防雷工程設計所考慮的環(huán)境問題分析

1.1 雷電活動的規(guī)律、頻數(shù)及強度

1.1.1 雷電活動的規(guī)律性

熱、濕的地區(qū)比干、冷的地區(qū)雷暴要多。山區(qū)的雷暴多于平原，平原多于沙漠，陸地多湖海。我國西北地區(qū)年平均雷暴電日在20日以下，是少雷區(qū)；長江以北地區(qū)在20日～40日之間，是多雷區(qū)；北回歸線以北地區(qū)在 40日～60日之間，是高強雷區(qū)；北回歸線以南地區(qū)超過 60日，是強雷區(qū)。

1.1.2 雷電活動的頻數(shù)

區(qū)域內發(fā)生雷擊的年平均次數(shù)。各地閃電發(fā)生率是不同的，同一地區(qū)不同年份、不同月份，閃電發(fā)生率也不同。掌握本地區(qū)的雷電活動概貌和觀測情況，作出本地區(qū)閃電發(fā)生率的統(tǒng)計分布圖是防雷設計的重要資料。

1.1.3 雷電活動的季節(jié)性

夏季雷暴最頻繁，冬季則最少。雷暴的高峰一般出現(xiàn)在7、8月份。

1.2 雷擊年平均密度

1.2.1 雷擊年平均密度

雷擊年平均密度是指區(qū)域單位面積上雷擊大地的年平均次數(shù)，表示雷云對地放電的頻繁程度和強烈程度，它與雷電日呈指數(shù)關系。它是確定雷電對地面或地下建筑物和各類電氣設備以及人員產(chǎn)生危害的重要參數(shù)，是確定建筑物防雷類別設計保護等級的主要依據(jù)。反應出不同地區(qū)雷電活動的強度和雷電發(fā)生的頻數(shù)。可用公式 N1= 0.024Td1.3計算 ，單位為次／（ km2·a）。其中Td是年平均雷暴日，可根據(jù)地方氣象站資料確定。年平均雷電日數(shù)越大的地區(qū)，對地雷擊密度就越大。它對防雷保護設計具有實際意義。

1.2.2 建筑物年預計雷擊次數(shù)

式中：N為表示建筑物年預計雷擊次數(shù)（次/a）；

K為表示校正系數(shù)（一般取1）；

Ng為表示建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度（次/（km 2a））；

Ae為表示與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2）。

當建筑物的長、寬相同時，建筑物越高，則等效面積越大，建筑物受雷擊次數(shù)也就越多。高層建筑物比一般建筑物更應重視防雷保護。

1.3 土壤電阻率

土壤電阻率與土壤結構、土質構造、濕度、溫度以及土壤中含有的可溶性化學物（酸、鹽、堿）有關，因其成分的多樣性，使土壤電阻率數(shù)值有很大差別。土壤越干燥，電阻率就越大。當土壤溫度生高時，電阻率下降，在0℃時土壤由于水分凍結而使電阻率迅速增加。

式中：ρ為土壤電阻率（Ωm）；

P為土壤中水分占的相對體積；

Ρv為土壤中水分的電阻率（Ωm）。

土壤電阻率這些特性，在接地裝置設計中有重要的實用意義。

1.4 雷擊的選擇性

凡地面物能夠提供低阻抗的地方，對閃電放電通道都有吸引作用，阻抗越小，吸引作用會越大，它是防雷設計的一個重要因素。

1.4.1 地質結構

由于地質結構不同，使得地面土壤電阻率分布的不均勻，電阻率低的土壤，其導電性好，易于為雷電流提供低阻抗通路。土壤電阻率有突變的地點，雷擊易發(fā)生。再有地下有金屬礦藏及金屬管線密集處，更易落雷。

1.4.2 地理位置

當放電通道發(fā)展到離地面不遠的空中時，電場受地面物體影響而發(fā)生畸變。山地的東、南坡比西、北坡易發(fā)生雷擊，山口、風口的地點易引雷多。山地中的平地比峽谷多發(fā)生雷擊。臨水的低洼潮濕地點、高聳建筑物和空曠的孤立建筑物、鐵路集中的樞紐和終端、高壓輸電線路轉角處等易于受雷擊。

1.4.3 地面設施

建筑物結構材料所能積蓄電荷的多少直接影響建筑物接閃的頻率。建筑物結構中，如墻、板、梁、柱和基礎內的鋼筋較多，金屬屋頂、金屬構架、電梯間和水箱等部位，附屬在建筑物上的突出物，如電視天線、旗桿、屋頂金屬柱桿等都容易接閃。建筑物上部排氣的煙道、透氣管、天窗和工廠排出導電塵埃的煙囪及廢氣管等也容易接閃。它們冒出的熱氣柱和煙囪常含有大量導電微粒和游離分子氣團比一般空氣易于導電，等于加高了煙囪的高度。建筑物的雷擊頻率是隨建筑物增高而增加的。

1.4.4 內外設備

建筑物內部安裝的大型金屬設備、通入建筑物內的架空和地下金屬管線等都可積蓄大量電荷。也是防雷工程設計前應充分考慮的相關環(huán)境因素。

2 結論

防雷工程設計工作是一門涉及諸多方面因素的系統(tǒng)工程。防雷設計人員不僅要懂得防雷方面的專業(yè)知識，還要懂得建筑方面、電氣方面及氣象等方面有關知識。防雷設計應本著經(jīng)濟、實用、可靠的原則，嚴格遵照執(zhí)行國家有關標準及有關防雷技術的標準要求。

[1]建筑物防雷設計規(guī)范 GB 50057-94，2000.

[2]梅衛(wèi)群，江燕如.建筑防雷工程與設計[M].北京：氣象出版社.