雷電對現代城市建筑影響及預防技術初探

于光波

黑龍江省雞西市氣象局防雷中心

雷電對現代城市建筑影響及預防技術初探

于光波

黑龍江省雞西市氣象局防雷中心

隨著現代城市的發展和高層建筑的涌現，雷電對現代城市建筑帶來的影響和造成的損失越來越大，如何有效預防雷電的危害，成為城市建筑在進行建設和維護時所需考慮的重要問題。本文從雷電的成因入手，對給現代城市建筑造成的危害進行分析，同時提出了在城市建筑中預防雷電危害的綜合措施，并從整體角度闡述了做好城市防雷氣象預報的重要性。

雷電；城市建筑；預防

雷電是大自然中極為主要而壯美的大氣現象，伴著聲、光、電等多種物理現象，雷電給人們的生活帶來了非常重大的影響。近年來，隨著現代城市高層建筑的不斷興起，雷電給城市建筑造成的危害也越來越大。為了減少雷電災害所帶來的損失，最大程度降低雷電災害的概率，就要研究雷電對現代城市建筑造成的影響，從而采取有效的預防措施。

一、雷電的成因及其對城市建筑所造成的危害

（一）雷電的形式

雷電一般來說，有三種保險形式，分別為直擊雷、感應雷和球形雷。

直擊雷是帶電的云層和大地上某點之間發生的迅猛放電現象。雷電直接擊在建筑構架、動植物上，通過因電效應、熱效應和機械效應等從而造成建筑物損毀及人員傷亡。感應雷是帶電云在于靜電感應作用下，讓地面某一范圍內帶上異種電荷。球形雷則是一種特殊的雷電現象，簡稱球雷。因為球形雷存在的時間較為短暫，對它的研究比較困難，因此到現在為止還沒有統一的說法。球形雷主要是沿著建筑物的孔洞或者打開的門窗進入室內，有的通過煙囪或通氣管道滾進房子，多數沿帶電體而消失。但是這種“火球”到底是怎樣的東西，又是怎樣形成的，則是多種說法，目前還沒有一種說法可以比較完善地解釋這種現象，或在實驗中完整的重構這個現象。

（二）雷電對城市建筑所造成的危害

雷電發生時多半會產生強烈的光，并伴隨著巨大的響聲，這種大自然的強大放電直接擊于建筑物或者防雷裝置之上，或者從建筑物的側、旁擊在建筑物之上，危害地面上的建筑物等物件和人、畜安全；同時雷電產生了強大的電磁脈沖(LEMP)，也具有非常大的破壞性。歸納起來，雷電所造成的危害包括直擊雷電所造成的危害和雷擊電磁脈沖所造成的危害。

1、直擊雷電對建筑物造成的危害

在雷云對地放電的時候，強大的雷電流從雷擊點進入了被擊的物體，由于雷電流幅值高達數十乃至數百千安，其熱效應可以在雷擊點的局部范圍內產生高達6000——10000攝氏度乃至于更高的溫度

2.雷擊電磁脈沖的危害

雷擊電磁脈沖為一種干擾源，是指閃電直接擊在建筑物防雷裝置和建筑物附近從而引起的效應。雷擊電磁脈沖絕大多數是通過連接導體的干擾，比如雷電流或部分雷電流以及被雷電擊中裝置的電位快速升高以及電磁輻射干擾。今年以來，由于信息處理技術的普遍應用，多種電子設備正在普遍地進入各種建筑物內，各個建筑物之間的信息交換與傳遞也日益加強，這就使得雷電脈沖磁場的危害越來越大。雷電流不只是能夠產生脈沖磁場，同時能夠產生脈沖電場，并且能夠以電磁波的方式直接輻射到電子設備中去從而，使電子設備受到干擾甚至被損壞。

二、城市建筑防雷技術

隨著現代科技的發展，人們對防雷技術也有了更進一步的探索，從而采用了一些城市建筑的防雷技術，歸結起來主要有7種：避雷針防雷法、法拉第籠式防雷法、滾球防雷法、E·F避雷保護系統、消雷器防護法、避雷設施保護法、人工影響雷電防雷法。這里主要探討避雷針防雷法及球形雷的預防方法。

（一）避雷針防雷法的原理及適用范圍

1、避雷針防雷法的原理：避雷針防雷法主要利用避雷針高于被保護建筑的高度，讓雷云下的電場發生畸變，以此將雷電流吸引到避雷針上，并且通過引下線和接地裝置導入地面，使被保護的建筑避免遭遇雷電直擊。也就是說避雷針防雷法的實質并不是避雷，而是引雷。

2、避雷針防雷法的適用范圍：避雷針防雷法主要用在防直擊雷，該系統的接閃器有很多，比如避雷針、避雷線、避雷網帶等等。

3、避雷針防雷法的局限

（1）保護范圍不夠穩定。避雷針的保護范圍為一個傘形或屋脊形保護區，保護范圍的張開角度受接閃器設置高度、雷電強度等各參數影響，一些采用30，一些采用60，盡管關于保護角的計算公式有不少，但怎樣精確的確定一直是富蘭克林防雷理論的最大困擾所在。

（2）存在反擊問題。當雷擊避雷針或避雷帶的時候，因為有引下線阻抗，對地電壓可能會達到較高的數值，因此可能會造成接閃器和引下線向周圍設備跳火反擊。此外，避雷針系統也同時存在感應電壓危害、接觸電壓與跨步電壓等問題，這些都需要引起重視。

（二）球形雷的預防方法

球形雷的預防方法經過了很長時間的探索，主要是因為根據實驗，球形雷為空中的帶靜電荷氣霧層運動相互作用放電電離所形成的，球形雷本質上是一個由高速旋轉電子所封閉的等離子球體。其成因主要是來自空氣中的氣霧層電離產生了強電場和高頻電磁振蕩，從而產生一團漩渦狀等離子體。漩渦體不論從存在或消失來說，主要取決于其內部電磁平衡以及能量補充。

三、城市氣象防雷技術工作發展前景分析

（一）不斷強化預測能力。因為進行氣象防雷過程中，無論是事中還是事后控制，都比不上事前對于將要發生的雷電襲擊進行合理規避，所以作為非常重要的事前預測技術工作，氣象防雷工作在日后的發展中，測報雷電襲擊技術的發展是必然趨勢。

（二）創新防雷工作機制。應借鑒傳統上氣象防雷技術工作的不足之處進行持續的改革創新，圖片現有成果的局限性方能更好地推進氣象防雷技術工作的發展。一定要避免以往的錯誤重復出現，在氣象領域內推行總體規劃、分層實施、上下協同的措施，保證防雷工作不管是從縱向還是橫向上，都可以確保信度高度統一與流通，還可以對各方面的資源進行協調，從而真正實現高度配合與工作效率，防止出現因重復工作所導致的浪費問題。

[1]張茂平.智能建筑的幾種有效防雷接地技術措施.工程管理前沿，2015，（6）

[2]張建軍，岳建強，余兵.淺談防雷檢測工作中的幾個技術問題，貴州氣象，2010，（1）

[3]趙宏宇，楊丹.淺談防雷技術存建筑工程設計中的應用，城市建設：下旬，2010，（7）

于光波（1965-），男，山東省即墨市人，學歷：專科，職稱：工程師，研究方向：雷電防御。