雷電對沿海水工程的危害及防雷設施的管理

潘志富，高德應，劉二軍

(連云港市市區水工程管理處，江蘇 連云港 222003)

0 前 言

雷電是一種自然現象，也是自然災害的一種，地球上任何時間都存在雷電活動。有研究發現，每秒會出現1 900陣雷雨，且伴隨500次閃電，這其中就有超過百個的炸雷擊落在地面，導致建筑物、電器等被破壞，進而導致火災出現。這種十分壯觀的自然現象，破壞力也是非常巨大的[1]。1987年，聯合國確定雷電為危害人類安全的十大災害之一。水工程設施承擔著水工程管理及維護的責任，其所具有的防雷能力對水利工程安危及人民財產安全產生直接影響，因此，提高水工程防雷設施的能力尤為重要。

1 雷電知識概述

雷電是一種大氣中放電現象，多在積雨中出現。積雨云形成時，一些云團帶正電荷，另一些云團帶負電荷。它們對大地產生靜電感應，使得地面或建筑物表面出現異性電荷，當電荷積累至一定程度時，不同電荷云團間，或云團與大地之間的電場強度可以直接擊穿空氣，并開始產生游離放電，這個現象被稱為“先導放電”。云團對地面的先導放電是云團向地面作跳躍式發展的，當到達地面時，就會由地面產生向云團的逆導主放電。在主放電階段，由于異性電荷會被劇烈中和，導致出現較大的雷電流，并隨之出現較強烈的巨響及閃電，進而形成雷電。雷電主要有直擊雷、感應雷及雷電波侵入、球形雷等[2]。直擊雷是指雷電直接在地面、防雷裝置以及建筑物上產生電效應、機械力或熱效應。感應雷是指雷電在雷云之間或雷云對地面的放電，并在戶外傳輸信號、設備連接線及電磁感應處侵入設備，使得串聯線路中間或終端的電子設備運行受到損害。感應雷強度沒有直擊雷猛烈，但發生幾率遠遠高于直擊雷。直擊雷只在雷云對地面閃擊時才可能對地面造成較大傷害，而感應雷不論雷云對地面閃擊或雷云對雷云出現閃擊都有可能導致其出現并造成相應的災害。雷電波侵入是指雷電電流的峰值及陡度較大，在其周圍出現瞬變電磁場，在這電磁場中架空線路及管線都會感應到電動勢，并沿著線路直接侵入室內，導致室內人身安全受到威脅[3]。球形雷是特殊雷電現象，一般類似紅色火焰的發光球體，直徑約為15 cm，存在時間很短。一旦接觸到物體或電氣設備時就會出現燃燒或爆炸，主要是沿著建筑物孔洞進入室內，多數沿帶電導體消失。

2 雷電對沿海水工程產生的危害

2.1 直接雷擊的影響

雷電直接擊中水工程建筑物或暴露在外的各種設備及線纜時，可能會在瞬間產生數萬伏乃至數十萬伏的高壓，導致火花放電出現，進而形成巨大的機械能量及熱能，對工程建筑物和設備產生威脅，甚至會對人身安全也產生很大威脅[4]。

2.2 雷電波侵入

雷電雖然未對水工程建筑物或設備直接擊中，但擊中與建筑物或設備相連的金屬管線，利用傳導方式經過電阻性耦合使得雷電波進入建筑物中，對與建筑物或設備相連的計算機控制系統及設備產生威脅。

2.3 雷擊電磁脈沖干擾

當雷擊出現時，由于雷電流會迅速出現變化，在周圍空間出現瞬時變化的強電磁場，使得附近導體感應到較強的電動勢，進而導致出現強大的雷擊電磁脈沖，經感性耦合或容性耦合后，電磁輻射會出現脈沖過電壓及過電流導致相應設備被損害[5]。隨著現今科技的發展，越來越多的水工程管理單位采用微機控制，而微電子設備所具有的高度集成化、小工作電流及低工作電平的特點，又導致絕緣強度較低，耐過電壓及過電流能力較差等缺點，因此很容易導致計算機出現誤動作，或計算機系統被永久性破壞。

2.4 地電位反擊

當水工程設備中未采用等電位接地等措施，且由于接地系統本身具有不同的接地途徑，導致沖擊接地電阻出現差異。且當對雷擊電流進行泄放時，地電位出現升高，且不平衡現象明顯，當地電位差已經超過設備本身具有的抗電強度后，也會導致出現反擊，進而影響水工程設備的正常使用。

3 沿海水工程防雷設施的管理及維護

3.1 外部防雷

在水工程防雷措施實施前，僅僅是在建筑物屋頂處設置避雷帶，而在其他地方沒有設置防雷措施，因此，需要對其他地方設置防雷措施。可以在建筑上裝設避雷針，由于水工程的建筑物多呈坡形瓦頂，設置其他避雷帶難度較大，且會對工程美觀性產生影響。更為重要的是，對沿海水工程來說，雷雨季節也是防汛關鍵時期，室外工作在這時不可避免，為了保證人身安全，就可以選擇防護半徑較大的避雷針進行直接的防直擊雷。根據防雷設計所需要參照的規范，應該首先對建筑物預計次數進行計算，從而對建筑物的防雷類別進行確定。

3.2 內部防雷

雷電侵入微電子設備的途徑是多樣的，傳播途徑主要有輻射耦合和傳導耦合。傳導耦合又分為傳導電阻耦合、電磁感應及靜電感應耦合等。也就是說，雷電直接侵入計算機通信網絡途徑有電源系統侵入、信號傳輸通道侵入及機房屏蔽不良、地電位反擊等。就電源防雷來說，雷電過電壓對電子設備產生的損害是由電源線路引入導致的。依據雷電保護區的實際劃分，建筑物外部是直擊雷產生區域，在這一區域內的電子設備遭受損害的概率最大，危險性最高，將其設置為0區。而建筑物內部及計算機機房中所處的位置是非暴露區，可以將其分為1區及2區，越往建筑物內部去，所遭受雷擊的危險越低。由于水工程在防洪及供水上的突出意義，且在水工程中大量弱電自動化設備被應用，因此水工程的信息系統應具備較高的防雷擊等級。就信號防雷來說，水工程在建設工程監控系統時，需要在其中安裝單體式信號避雷器，對室外智能球形攝像機實施控制信號防雷。由于經費限制，防雷設施在應急改造過程中一般不會考慮信號防雷。但隨著現今信息技術的發展和普及應用，信號防雷的重要性越來越突出。可以通過在其中加裝網絡信號服務器或電話數據信號防雷器、加裝視頻信號防雷器的方式實現對線路的集中保護。

3.3 防雷電設施的維護

為了保證防雷電設施的可靠效果，就需要建立相應的維護保養制度。首先，每年應在雷雨季節前做好防雷電設施的定期檢查工作，還可以根據具體情況展開不定期檢查；其次，檢查防雷電設施各處明導體有無因銹蝕損傷而導致出現折斷，如出現銹蝕，需要及時更換；再次，檢查接閃器有無因雷擊后出現融化或折斷，避雷器瓷套有無出現裂紋等情況，定期對其展開預防性實驗；第四，檢查斷接卡子有無出現接觸不良；第五，檢查接地裝置周圍有無出現沉陷；最后，檢查有無因鋪設其他管道或挖土導致接地裝置中斷的情況。

4 結 語

沿海水工程防雷措施的設置情況是影響水工程正常運行的重要因素，甚至直接影響水工程的安危及工作人員的生命財產安全，因此相關管理部門應對水工程防雷措施加強重視。隨著現代化水工程的推進，水工程管理設施的信息化及自動化程度越來越高，提高水工程防雷管理能力顯得尤為重要。本文簡單分析了水工程防雷設施的設置情況，使得水工程防雷能力得到加強，保障了水工程運行的安全性，具有十分顯著的效果，是保障水工程經濟效益與社會效益的有益舉措。

參考文獻：

[1] 鄧偉,楊虎,邊旦洛布.農村中小學校防雷安全措施探討[J].現代農業科技,2017(18):165-167.

[2] 石瑩輝.人工影響天氣作業點防雷技術的有效規范研究[J].河南農業,2017(32).

[3] 白旭,李迪.防雷設施檢測設備校準裝置的應用研究[J].儀表技術,2015(10):22-26.

[4] 王翠萍.民航空管通信導航監視設施設備防雷工作研究[J].江蘇科技信息,2015(25):46-52.

[5] 呂祿,張家安.防雷設施安裝中應注意的問題[J].氣象研究與應用,2009(1):85-87.