談雷電火災的發生及預防對策

摘 要:本文在列舉了雷電引發火災案例的基礎上，分析了雷電產生的多種效應及不同危害，提出了預防雷電引發火災的安全措施及對策。

關鍵詞:雷電火災引燃效應熱效應機械效應

中圖分類號:X932文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0055-02

雷電災害是聯合國“國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。據有關資料統計，全球每分鐘有800次雷擊發生，雷電引發的火災每年達5萬多起，有幾萬公頃森林毀于雷擊起火，全世界因雷電火災造成的經濟損失達10億美元。雷電引發的災害如同臺風、暴雨洪水一樣殘酷無情。雷害中破壞作用極為嚴重的是雷電流引發火災。雷電與火災好似一對惡魅，形影不離所到之處無不釀成危害和災難。

雷電引發的火災是觸目驚心的，1989年8月12日中國石油公司青島市黃島油庫一座萬噸非金屬油罐(5號)，在雷雨中一場炸響起火爆炸，接著又引發了旁邊的4號罐起火，不久又引起了附近1萬噸的1、2、3號金屬罐也爆裂起火。大火燒了足足104個小時，14名消防戰士和5名油庫工作獻出了生命，66名消防人員和12名油庫工人燒成重傷，大火燒掉了3.6萬噸原油和物資設備，造成經濟損失達7000萬元。1997年7月，原蘇聯某彈藥庫因雷擊起火引起爆炸，炸彈橫飛數小時，死亡340人，重傷無數，釀成極大災禍，損失慘重。1987年3月26日，美國航天局(NASA)的“大力神”半人座火箭從卡納維拉爾角基地發射升空不到一分鐘，距地高度4700m處引發雷擊起火。突然失控導致失敗，地面指揮中心不得不用無線電系統將其引爆，造成經濟損失達1.7億美元……

雷電是怎樣產生的？為什么雷電會引發火災？

國際電工委員會組織防雷標準(IEC/TC-6131Z)對雷電是這樣定義的。雷電是大氣中雷暴云產生放電十分壯觀的天氣現象。是任何方式無法避免它的生成，無法使它消除的自然災害。

1 雷電的形成

雷電是來自雷雨云與之大地的一種放電過程。宇宙和地球都是一個強大的磁場。大氣電場不僅有正負離子存在，而且，有帶正負體電荷的云霧粒子生成。在一定條件下，由于大氣電場重力和大氣對流作用等因素，使濃積云演變發展形成積雨云—雷暴去雷云大氣電場較為強烈，當雷云形成發展使大氣電場強度達到3×104V·cm-1時，此刻云區空氣會被擊穿產生電離，從而引起正負荷電中心。空氣被鼓動穿電離時形成一道明亮的流光像梯級一樣逐級伸向地面。稱之為梯級光導。其傳播速度為3×107cms-1，當荷電中心的梯級光導逐級延伸到地面5～50m高度時，此刻經雷暴去感應形成強大的地面大氣電場，并產生由地面向上發展的箭式光導與之下行的梯級光導迅速會合，產生回擊。形成明亮的光柱，產生劇烈的中和放電，發出驚天動地的雷鳴。這一放電過各稱之為雷電閃擊。

2 雷電的危害

那么雷電又是怎樣引發火災的呢？雷電引發火災主要產生于雷電流的熱效應的破壞作用，根據焦耳楞次熱效應定律，電能在轉換成為光能、熱能、機械能等的同時要作功。雷電流同電流一樣具有相同的伏安特性。一個典型的雷電功率大功約為10億kW。遠遠超過世界上任何一個發電廠。

2.1 引燃效應和熱效應

雷電放電通道溫度很高，能致使可燒物燃燒，與金屬接觸處能使金屬熔化，熔化深度可達0.35～1.55mm深。如果輸電線路或者輸電線路的避雷線遭受雷擊，有時被燒斷數股;混凝土構件的表層也可被燒熔化。雷擊磚石，表層也會有時被燒熔化。

2.2 機械效應

雷擊放電的峰值電流可高達幾十KA(千安培)至幾百KA，且放電時間只有幾微秒，放電時溫度會驟然升高至6000～10000℃，能使物體產生膨脹，水氣蒸發，電氣短路等引起燃燒、起火、爆炸。雷擊同時會使用周圍的空氣被擊穿產生電離使氣壓突變，溫度驟變及電磁感應產生脈沖波和高頻輻射，對建筑物體、人畜及電氣設備、信息交流等造成嚴重的破壞作用。

雷電在地閃過程中，雷電流很大，作用時間極短，根據雷電流的伏安特性，當雷擊在建筑和其它物體上時，由于物體的感撫作用，會產生很大的壓降，電位差可高達幾千至幾十萬伏。特別是對于建筑物結構的之間隙處，引入管道的開口處，供電線路接觸不良的外露部分產生電火花，電弧或閃路放電等現象，這種暫態過電壓不但會造成電子設備的損壞，使易燃易爆氣體引起火災爆炸會嚴重危及人身事故和傷亡。

3 雷電火災的預防

3.1 高層建筑雷電火災的預防措施

市場建筑近年來的雪展趨勢十分迅速，各種賓館、辦公樓和民房等到如雨后春筍的崛起，這些聳立于眾多建筑物之中的高層建筑，因其獨特的建筑結構和高度，已構成了都市防雷的一個體系。

無論從直接雷形成過程分析，還是雷電感應、反擊和側擊的可能性角度考慮，高層建筑是雷擊的主要對象。而現行的規范對高層建筑防雷沒有明確的規定，有的依據民用一類建筑物的標準執行，有的參照國際傳統做法實施。這樣給防火檢查和工程驗收帶來了一定的難度。

(1)防雷裝置的選擇

接閃器應根據建筑物頂部的結構來設置，普遍采用的辦未能是針、網、帶結合。當項部是平面型且有直升機停機坪的情況下，用避雷網較實際，當然在沿屋頂周圍的避雷網連線上加裝一定數量的短針，防雷效果會更佳。這樣既有防雷作用，又有消雷效果，使接閃和消雷并存。因為高層建筑的本身高度已接近云層，符合裝設消雷器的條件，而且裝設短針以后，既不影響建筑物的美觀，又不妨礙直升機升降。

部分高層建筑其頂部是電梯間、避難層、水箱或煙囪。此時，在這些突出物上應加裝避雷針，其余層面裝設避雷帶即可。

現在有些高層建筑物上用半導體少長針消雷器取代傳統的避雷針或網，已取得一定的經驗。

高層建筑建造時，大多采用混凝土框架結構或全鋼架結構，基礎深入地面。我們可利用建筑物的柱作為引下線，梁當作均壓環，基礎是一個現成的接地體。只要在建造時把柱、鋼盤或鋼柱連成一體就是一個引下和接地系統，不必另設引下線、均壓環和接地體。

(2)側擊、繞擊的預防方法

雷擊發生時，雷電通道是枝狀伸展的。這樣，高層建筑有遭到側擊和繞擊的危險。而高層建筑中的門窗、陽臺鐵欄桿，更是側擊和繞擊的主要目標。所以應間隔三層把門窗與柱中的鋼筋連接，使門窗成為一個接閃裝置。側擊或繞擊發生時，門窗受雷，雷電流順著柱中的鋼筋到達基礎而流散。

(3)樓頂廣告牌、信號燈的防雷處理方法

現在城市中的許多高層建筑因其高聳顯眼，而成為廣告設置的理想場所，有的建筑機都已被廣告牌包圍，使原有的防雷系統作用減弱或失去。因此有必要對防雷系統作一定的加強和處理。

對突出屋面的廣告牌鐵架，應把鐵架和原有防雷系統連接起來，組成一個新的防雷接閃體系。這時，廣告霓虹燈和彩燈的電源不能采用就近借用的手段，而應在變配電室架設專用線路，線路上還要設避雷器。不然，雷擊時的雷電流就會順著霓紅燈和彩燈供電線路而侵入到原有供電系統中，造成大面積停電事故，嚴重時會引起火災。

當廣告牌設在高層建筑樓頂以下時，應防側擊和繞擊措施。具體方法應根據廣告牌的大小，用數根導線與作為引下線的建筑物柱中的鋼盤多點連接起來。

3.2 露天堆場雷電火災的預防措施

近年來，由于生產的飛速發展，帶來了倉儲業的興旺，大量室外露天堆場應運而生。這些堆場，無論從規模、儲存物質的危險性和價值等衡量，一旦發生雷擊，其損失和影響非常大。例1983年9月10日，上海嘉定縣桃浦第一倉庫紅麻堆垛被球狀雷擊中，一個堆垛首先起火，緊接著周圍鄰近堆垛冒起了火焰。因當時正刮著7級大風，風助火勢，加上燃燒區空氣對流劇烈，形成一股旋風，火焰高達近40米。在不到2個小時內，庫區大部受災，損失達700多萬元。

所以，露天堆垛與高層建筑一樣，成為防雷的一個新問題，特另是對糧棉及易燃、可燃物品的堆場，防雷設施更不可少。

露天堆場采用多針或避雷線保護比較實際，因露天堆場面積大，安裝針或線時應充分籌劃針、堆垛及造價之間的關系。針高選擇20米左右，過高安裝困難，不易固定，過多、針數太多，影響單個堆垛容量。避雷針安裝后，堆垛位置和高度應嚴格限制，因為變換堆垛位置和超過規定高度會越出避雷針的保護范圍。

球狀雷的襲擊也是露天堆垛防軒二個難題。因為當今對球狀雷的完整預防措施還沒有一個方案。但就橫向球雷，堆場的圍墻能達到一定的預防效果。當然圍墻最好用鋼絲網作隔離物，這樣當球雷從外面漂向堆場內時，會被鐵絲網阻擋而消失，磚砌或水泥板圍墻上裝設數根平等鐵絲網也能阻擋一部分球雷。

堆場的地理位置選擇也是防雷的一個方面。地形最好略高于周圍地區。這樣庫區地表面上層就干燥，增加了土壤的電阻率，從而減少落雷。對低洼地區的堆場，要采用人工開溝掘河的辦法，降低地下水位。經常落雷的區域，盡量不作可燃、易燃物質的堆場。

3.3 儲罐、工藝裝置雷電火災的預防措施

露天儲罐防雷依規范要求參照工業二類建構筑物標準執行，但在實際工作中應根據所儲存和生產物質性質的本身結構來考慮防雷對策。

具有一定規模的氣罐、油罐群，既要考慮單罐防雷，更應從罐群整體上符合要求。新建造的氣罐、油罐群現在比較領先的方法是裝設消雷器。在罐群的中間或落雷方向上設置一個或數個消雷器。無論從防雷安全，還是經濟角度，效果都是比較明顯的。

從大量的雷擊統計資料來分析，鋼筋混凝土油罐遭雷擊的可能性比鋼質罐大，其主要危害來自雷電感應。現在許多單位往往把防雷的主要目標放在避雷針上，而忽略了雷電感應的預防。鋼筋混凝土罐在建造時，罐壁罐頂上的鋼筋一定要連成閉合回路，更不允許鋼筋裸露在混凝土外。

對鋼質油罐避雷針的安裝問題，歷來有爭論。就防雷原理而言，裝有阻火器的鋼質油罐，實質上具備了整體防雷要求，只要接地可靠，不需另設獨立或罐頂避雷針。有些油罐的占地面積大，呼吸閥與罐頂中心的水平距離大大超過0.6m，這時應加裝避雷針。

浮頂油罐和氣罐，因其壁、頂之間是絕緣的，所以跨接線一定要可靠。現在有的沉降式煤氣罐依靠導向輪跨接，其作用是不可靠的。

黃島油庫雷擊后，各有關單位紛紛對各種形式的罐體進行了防雷加固措施，從一定程度上提高了防雷安全可靠性，但也有些盲目的舉措。有的單位為防止球狀雷的襲擊，在原來的金屬罐上加裝避雷網、帶等，這種方法不足取，因為從球狀雷擊的形式來說，針、網等很難預防。到目前為目，有效防止球狀雷襲擊措施還沒有形成，只能在局部采取一些措施。

地面油罐的呼吸閥，安裝圓形鋼板防護罩效果較好。防護罩有內、外兩層，用不小于4mm厚的鋼板制成圓柱型，直徑1m，內罩直徑960mm，罩上應均勻打直徑為0.5mm的孔1000個左右。安裝時，內外罩應和罐體連接，混凝土罐還應單獨接地。

地下油罐的呼吸閥不能獨立設置，應在呼吸閥周圍砌小屋來保護，為了更有效的防止球雷，小房的換氣窗不能用木質的，應用二層鋼板窗。鋼板窗厚不小于4mm，且應在板上均勻打直徑為10mm的通氣孔，安裝時要做好接地。

參考文獻

[1]楊仲江.雷電防護科學與技術專業課程設置研究.中國科教創新導刊，2008(3).