雷電災害及防護措施探討

■陸人治

（浙江省氣象局浙江杭州310017）

雷電災害及防護措施探討

■陸人治

（浙江省氣象局浙江杭州310017）

雷電由于其瞬間的高電壓、高溫度特性，易對人和建筑物、設備造成傷害或者損害，為此本文詳細分析了雷電的分布規律、成因及危害，對現在建筑物的防雷接地裝置結構進行了探討，綜合分析了不同裝置的特點，為今后的防雷方案制定提供了借鑒。

分布規律 接地 防雷

雷電多形成于積雨云中，積雨云上下不停地運動會摩擦生電，就形成了帶電荷的云層。不同質量的帶電物質富集于云層上下兩端，形成帶電中心。當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時，就形成云間放電。當帶負電荷的云層向下靠近地面時，地面的凸出物、金屬等會被感應出正電荷。當到達一定程度，二者相遇即形成對地放電。云層與大地之間的放電是直擊雷，會破壞建筑物、電氣設備，傷害人畜。這種放電時間短促，電流則異常強大，放電時會產生強烈的光，即“閃電”。同時釋放出大量熱能，瞬間使空氣溫度和壓強增高、增大，具有極大的破壞力，往往會造成火災和人畜的傷亡。

1　雷電分布的一般規律

總的分布規律：熱而潮的地區比冷而干燥的地區雷電多；山區大于平原，平原大于沙漠;陸地大于湖海；雷電高峰月都在七、八月，活動的時間多在14至22時。局部分布規律：土壤電阻率較小的局部地區或突變區域容易落雷；地下埋有導電礦藏的地區容易落雷;山中平地、風口或順風的河谷的落雷幾率大于峽谷、湖旁、海邊；空曠地中的孤立建筑物，建筑群中的高聳建筑物易受雷擊；屋旁的大樹、接收天線、山區輸電線等容易受雷擊。建筑物雷擊部位的規律：屋角一檐角的雷擊率最高；屋頂的坡度不超過40度時，坡角愈大，屋脊的雷擊率愈大；屋面受雷擊的情況極少。

2　雷電的危害

雷電由于會產生強大的雷擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波、瞬變的電磁場和強烈的電磁輻射等綜合物理效應，對建筑物、電子電氣設備和人、畜造成危害，是一種嚴重的氣象自然災害

2.1雷電流熱效應的危害

當雷電擊在樹木或建筑物構件上，物體由于內部水分變成水蒸氣，迅速膨脹，產生巨大的爆炸力，造成破壞；當雷電流通過金屬體時，如果金屬體的截面積不夠大時，甚至可使其熔化。

2.2雷電流沖擊波的危害

雷電的瞬時溫度和氣壓均很高，能夠產生爆炸式的沖擊波。雷電通道徑向擴展速度遠大于大氣中的聲速，但是很快就衰減，沖擊波轉變為聲波，就聽到雷的隆隆聲。

2.3雷電的靜電感應的危害

雷雨臨空，裸露的金屬板物（如金屬屋頂）由于靜電感應而帶上與積雨云下端電荷異號的電荷，積雨云一旦放電，金屬屋頂面形成的電場就可以產生對地面物很高的電位差(即高電壓)，就可能產生閃絡，這被稱為二次雷效應。這種形式的雷擊起因于靜電感應，而被稱為感應雷擊。

2.4雷電的電磁感應的危害

由于雷電流有極大峰值和陡度，強大的雷電產生靜電場變化、磁場變化和電磁輻射，嚴重干擾無線電通信和各種設備的正常工作，在一定范圍內造成許多微電子設備的損壞，引起火災

3　雷電危害的種類

直擊雷：即落地雷，是云體與地面（特別是突起物）之間，由于帶電的性質不同，形成很強的電場把大氣擊穿發生迅猛放電現象。

感應雷：帶電的云層由于靜電感應和電磁感應作用，使地面某一范圍帶上相反的電荷，由直擊雷引起的局部高電位現象，叫做“二次雷”或稱“感應雷”。

球形雷球雷(即球狀閃電)是一種橙色或紅色的類似火焰的發光球體，偶爾也有黃色、藍色或綠色的。球雷火球可輻射出大量的熱能，因此它的燒傷力比破壞力要大。

4　現代建筑物防雷接地裝置結構的研究

4.1接地的含義

把電氣設備與接地裝置連接起來，稱為接地。電氣設備的接地是保證人身安全及電氣設備正常工作的重要部分。接地裝置由接地體和接地線組成，影響接地電阻的主要原因有土壤電阻率、接地體的尺寸、形狀及埋入深度、接地線與接地體的連接等。按目的不同可分為：保護接地、工作接地和防雷接地。

4.2防雷接地裝置的結構

在防雷工程中，人們往往習慣將接地電阻的大小，作為衡量防雷工程質量的最重要指標。然而，理論和實踐證明，接地網的結構較接地電阻更應受到重視。現代建筑物，即標志著建筑物內有供電、計算機、通訊等系統在運行。為了這些系統的安全運行，往往需要多種類別的接地裝置，怎樣合理、科學的處理其相互關系也就成為不可回避的問題。

4.3獨立接地逐漸被共同接地方式代替

獨立接地是指需要接地的系統分別獨立地建立接地網，且各接地網之間要求有足夠的距離。由于各接地系統之間不會造成相互干擾而在六、七十年代廣泛應用。但近年來共同接地方式更為普遍，這是主要因為：（1）各通訊系統、計算機系統和電源系統的接地是為了獲得一個零電位點。如果各系統分別接地，當發生雷擊的時候各系統接地點的電位可能相差很大。對于計算機網絡，調制解調器和網卡將首先被擊穿。（2）在一座樓房或一個建筑群范圍內，獨立接地方式時要求各地網之間至少要有足夠大的距離，而這種互相沒有電氣聯系的地網是相當困難的，尤其在現代的大城市更是如此。

4.4一點接地及干擾分析

電磁干擾可分為導電性電磁干擾和輻射性電磁干擾，前者的干擾能量是通過線材或電纜從一個電路傳送到另一個電路的。減少導電性電磁干擾的途徑是通過電路的合理設計、采用濾波器和電路的合理接地來實現；輻射性電磁干擾的干擾能量是通過空氣中的電磁場傳送的。通常在設計電子設備外殼、箱體以及布置設備的線路、接地線時，通過選用理想的屏蔽材料、構造技術和合理布置設備的線路、接地線，以及采用科學的接地技術來減少輻射性電磁干擾。由此可見，做好接地是有效防止電磁干擾的重要途徑。

4.5環形接地和等電位連接

環形接地網就是把接地體沿建筑物周圍圍成一個閉合環。這樣的接地網可以使界面以內的電場分布比較均勻，減少跨步電壓對人的危害，也可減少室內在被雷擊時，由于地面電位梯度大產生對設備高電壓反擊的危險。等電位連接是把建筑物內所有金屬物，統統用電氣連結的方法連接起來，使整個建筑物空間成為一個良好的等電位體。當雷電襲擊的時候，在這建筑物內部和附近大體上是等電位的，而不會發生內部設備被高電位反擊和人被電擊的事故。由于采用等電位連接，不但使建筑物及內部設備防雷能力大大提高，也可以放寬對建筑物接地電阻的要求,減少建設投資，減低施工難度。

5　結論

本文對配電系統中浪涌電流產生的各種原因進行了詳細介紹和分析，根據雷電的各種不同類型的危害，在配電系統中作出相應不同的保護措施的見解，進一步探討現代建筑物防雷接地裝置結構的研究，為今后的對建筑物防雷措施研究及方案制定提供了借鑒。

[1]林維勇.著《建筑物防雷設計規范》北京:中國計劃出版社,2001.

[2]孫景群.著《大氣電學手冊》北京:科學出版社,1995.

[3]王德言.等《建筑物電子信息系統防雷技術規范》北京:中國建筑工業出版社,2004.

P446[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-400-1