一次農(nóng)村雷擊事故的分析

徐國慶

(浙江省常山縣氣象局，浙江常山 324200)

2013年3月19日，常山縣經(jīng)歷一次強雷暴天氣。本次過程中，全縣共發(fā)生地閃309次，平均地閃強度為50～60 kA。

常山縣東案鄉(xiāng)里村村農(nóng)戶李某住宅樓在此次強雷暴過程中遭受雷擊。經(jīng)縣防雷所技術(shù)人員現(xiàn)場查勘，發(fā)現(xiàn)遭受雷擊的建筑是一棟4層高小樓房，屋頂設(shè)置有高聳的金屬裝飾物 (本次雷擊被雷擊中損壞)。據(jù)李某及周圍鄰居描述，當晚雷雨交加，時不時聽到外面很大的打雷的聲音，突然聽到一聲巨大的響聲，李某聽到屋頂有東西掉落，而其鄰居的房頂被墜落的金屬裝飾物砸了一個大洞。在雷擊現(xiàn)場，防雷所技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，屋頂金屬裝飾物長約4 m，是現(xiàn)今農(nóng)村常見的不銹鋼裝飾物，屋頂瓦片散落一地，閣樓的一扇鋁合金窗戶炸裂，玻璃碎了一地，閣樓幾處開關(guān)已經(jīng)炸開，屋內(nèi)所有電源線路損壞，屋頂太陽能的電源電線因強大的雷電流造成絕緣層脫落。該村在本次過程有不少于6臺電視機被雷擊穿，其他各類設(shè)備，如電腦，水泵等也損壞了少數(shù)。

1 雷電特點

查看雷電過程的檢測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)本次過程有如下幾個特點。

1.1 雷閃頻次較高，且集中

本次過程常山縣共發(fā)生地閃309次，其中東案鄉(xiāng)共28次，占總數(shù)的9.1%。在地閃頻次上，全縣1 h發(fā)生地閃共291次，占總地閃次數(shù)的94.2%。

1.2 地閃強度較大，主要為負地閃

平均地閃強度為50 kA，主要集中在常山縣中部宋畈、東案等地，最高地閃強度達到83 kA。本次過程中，負地閃共為295次，占總次數(shù)的95.5%(圖1)。

圖1 2013年3月19日常山縣雷閃的分布情況

2 原因分析

2.1 擊雷造成的熱效應(yīng)和機械效應(yīng)

經(jīng)對現(xiàn)場仔細查看，發(fā)現(xiàn)不銹鋼裝飾物在頂部有些被高溫熔化的孔洞，且裝飾物底部也出現(xiàn)開裂的狀況。由此可以斷定，雷電流直接從該金屬裝飾物傳入地下，并在下傳過程中產(chǎn)生強大的熱量，但是由于金屬裝飾物未做任何防雷接地，強大的雷電流無法在金屬裝飾物底部得到釋放，從而瞬間產(chǎn)生強大的機械效應(yīng)和熱效應(yīng)，導(dǎo)致金屬裝飾物底部水泥和周圍瓦片炸裂，同時不銹鋼底部熔化、開裂，最終導(dǎo)致不銹鋼裝飾物從頂樓墜落。

此外，閣樓的窗戶最高處出現(xiàn)局部的破損且鋁合金窗口底部炸裂。這是因為雷直接擊中窗戶，而鋁合金窗戶同樣未做任何防雷接地，因此在鋁合金窗戶與內(nèi)部金屬欄桿結(jié)合處產(chǎn)生熱效應(yīng)和機械效應(yīng)，最終墻壁炸裂。

2.2 感應(yīng)過電壓

當雷電流在不銹鋼底部的時候，在墻壁邊上及內(nèi)部的線路感應(yīng)出過電壓，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，幾千伏到幾十千伏的高電位，產(chǎn)生極大的瞬間電流，一方面造成內(nèi)部線路的損壞及開關(guān)的炸裂，以及墻壁上線路電線的絕緣層脫落;同時，未斷開電源線路或信號線路的電視、電腦、電話等設(shè)備也因承受不住高電壓而損壞;另一方面又對線路經(jīng)過的路徑放電，產(chǎn)生熱效應(yīng)和機械效應(yīng)，使屋內(nèi)墻壁基礎(chǔ)線路裸露且周圍成焦黑狀。

3 防御措施

3.1 外部防雷

3.1.1 接閃器

接閃器是防雷裝置中用于接閃雷擊的部位，要求材質(zhì)為金屬或?qū)щ娢矬w，形式主要有接閃桿、接閃帶、接閃網(wǎng)等。根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求，住宅頂部應(yīng)沿女兒墻、屋脊、屋檐及檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)接閃桿或接閃帶，接閃桿的保護范圍是全部屋面及以下部位。采用接閃網(wǎng)帶作為接閃器，則要求根據(jù)不同的建筑防雷類別組成不同規(guī)格的網(wǎng)格，其中3類建筑，要求網(wǎng)格不大于20 m×20 m或24 m×16 m，突出屋面的金屬物體，如不銹欄桿等應(yīng)與防雷裝置保持電氣連通。

目前農(nóng)村建房經(jīng)常設(shè)置一些金屬裝飾物，而這些金屬裝飾物是接閃器的優(yōu)良材料，以其作為接閃器，既保持了美觀，同時也兼具防雷接閃的功效。

3.1.2 引下線

引下線是將接閃器與接地裝置連接起來的紐帶，是將接閃器接到的雷電流傳遞到接地裝置上，從而達到泄流的目的。目前，農(nóng)村建房普遍采用磚混結(jié)構(gòu)，因此，在建房時應(yīng)在合適的位置敷設(shè)直徑不小于12 mm圓鋼作為引下線，引下線布設(shè)的位置需避開電源、信號等線路。

3.1.3 接地裝置

接地裝置的作用是將引下線傳遞過來的雷電流釋放到大地極上。接地裝置分為人工接地裝置和自然接地裝置，主要的區(qū)別在是否與地基一體。其中，自然接地裝置是最為經(jīng)濟有效的方式，它充分利用了建筑物基礎(chǔ)鋼筋和基礎(chǔ)地梁，不但節(jié)省了材料，同時也增加了接地極與大地的接觸面。人工接地裝置主要用于已建房屋的防雷改造中;或在自然接地極的接地電阻值無法達到標準要求時，人工接地裝置用于進一步增加接地面積，從而達到降低接地電阻值的目的。目前人工接地裝置的材料主要是40 mm×4 mm的扁鋼與50 mm×50 mm×5 mm的角鋼。

3.2 內(nèi)部防雷

3.2.1 電磁屏蔽

農(nóng)村電源線路均架空入戶，各類線路雜亂，而根據(jù)電流的電磁效應(yīng)，通電的線路會在另一條相鄰的線路產(chǎn)生感應(yīng)電勢，為了屏蔽感應(yīng)電勢，入戶的線路應(yīng)穿金屬管，并沿墻敷設(shè)，金屬管作接地。

3.2.2 等電位連接

在建筑內(nèi)部設(shè)置等電位連接帶，各種進戶金屬管道及線路鎧裝管道均在入戶前有效接地，建筑物內(nèi)的金屬門窗、沐浴金屬管道等連接到等電位連接帶。

3.2.3 防浪涌保護裝置

在建筑物總電源開關(guān)處安裝1級電源浪涌保護器，在供電線路上泄流雷電波過電壓。此外，電視、電話及電腦信號端安裝相應(yīng)級別的信號浪涌保護器，在電視、電腦及各類設(shè)備前端采用防雷插座，作為精細保護。

農(nóng)村雷擊事故的原因很多，除了盲目的建房和設(shè)置金屬裝飾物外，最主要的是人們防雷意識淡薄。因此，一方面要不斷提高農(nóng)村人員的防雷意識，擴大防雷裝置重要性的宣傳;另一方面，要在農(nóng)村建房時，為其提供必要的技術(shù)支持，避免讓原本用于美觀的裝飾物成為“引雷針”。

［1］ 李家啟，李良福.雷電災(zāi)害典型案例分析［M］.北京:氣象出版社，2007.

［2］ GB 50057—2010，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］ 李良福，李家啟.雷電防護關(guān)鍵技術(shù)研究 ［M］.北京:氣象出版社，2008.

［4］ 俞煒波.開化縣農(nóng)村防雷現(xiàn)狀分析及對策建議［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(5):1159-1161.