探析雷電的形成、危害及現(xiàn)代防雷技術

摘 要：近些年來，隨著高層建筑物的不斷涌現(xiàn)及弱電子設備的廣泛應用，雷電災害愈演愈烈。尤其是在夏季，各地區(qū)雷電發(fā)生頻率更是居高不下，不僅會損失電子設備、中斷通訊，損毀建筑物，甚至還會嚴重威脅到人身安全，由此造成的影響及損失不可估量。因此，掌握雷電的形成機理及危害，并在此基礎上提出現(xiàn)代防雷技術措施，對于盡可能減少雷電造成的影響及損失，進而保障人們的日常生產(chǎn)生活安全等具有重要意義。

關鍵詞：雷電;形成;危害;現(xiàn)代防雷技術

雷電作為自然界中的一種常見的放電現(xiàn)象，是聯(lián)合國公布的最為嚴重的十大自然災害之一。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全世界平均每分鐘都會發(fā)生2000次雷暴過程，全球每年由雷擊造成的爆炸、火災等事故發(fā)生率較高，雷擊造成的人員傷亡數(shù)量在1萬人以上。鄭州市位于華北平原南部及河南省的中部偏北地區(qū)，境內(nèi)包括平原、山地與丘陵等多種地貌類型。鄭州市地處北溫帶大陸性季風氣候區(qū)，在氣候、地形的影響下導致該地區(qū)雷電災害頻發(fā)，且由雷擊造成的危害及影響也相當嚴重。據(jù)統(tǒng)計，鄭州市年平均雷暴日為22.6d，且雷電主要集中在每年夏季的6～8月份，大約占到全年總雷暴日數(shù)的77.7%，以7月份雷電發(fā)生頻率最高，占到夏季雷電總?cè)諗?shù)的45.4%，占到全年總?cè)諗?shù)的35.2%。近些年來，隨著社會經(jīng)濟與信息技術的快速發(fā)展、城市高層、智能化建筑物的顯著增多，由雷電造成的影響及危害越來越不容忽視。基于此，本文重點探討了雷電的形成、危害及現(xiàn)代防雷技術，以切實保障人們的生產(chǎn)、生活安全。

一、雷電的形成

雷電指的是云內(nèi)、云與大地或云與云之間產(chǎn)生的一種常見的放電現(xiàn)象。夏季午后受到太陽輻射的影響，近地層的空氣溫度將會明顯升高，空氣密度會有所下降，與此同時將會產(chǎn)生一定的上升運動。水汽在上升過程中將會不斷冷卻進而凝結成為小水滴或冰晶粒子，最終形成云團。然而此時由于上層的空氣密度較大而逐漸下沉，在上下氣流的摩擦與碰撞作用下，水滴與冰晶將會分別帶有正、負兩種電荷。通常情況下，云的上層為正電荷，云的底層為負電荷，待正負電荷聚集到一定程度后將會產(chǎn)生一定的電位差，一旦電位差較大時往往會產(chǎn)生強烈的放電現(xiàn)象，即形成雷電天氣過程。雷電電荷經(jīng)過放電往往會產(chǎn)生強烈的雷電流，并擊穿空氣，進而形成一個放電通道，這一過程中出現(xiàn)的強烈閃光即為閃電。由于放電過程中的溫度較高，甚至能達到2000℃，空氣在熱力作用下會快速膨脹，在此過程中還會產(chǎn)生爆炸的沖擊波，由此產(chǎn)生的聲音即為雷聲。

二、雷電的分類及危害

（一）直擊雷及其危害

直擊雷即為地面隆起物與帶電云層之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。直擊雷具有較強的殺傷力，能夠在瞬間使人畜斃命。另外，直擊雷發(fā)生時往往伴隨有放電現(xiàn)象，同時還會產(chǎn)生強烈的電壓，直接對地面發(fā)電機與電力設施產(chǎn)生嚴重危害，甚至還會出現(xiàn)大面積的停電事故。除此之外，雷電擊中物體時還會在短時間內(nèi)產(chǎn)生較高的熱量，并導致物體的溫度顯著上升，甚至還會導致金屬物體出現(xiàn)熔化。在雷電的沖擊作用下，云層攜帶的電荷極易進入到建筑物，再加上溫度較高極易導致建筑物內(nèi)部的線路出現(xiàn)短路，嚴重影響建筑物內(nèi)部的日常活動，甚至引發(fā)火災、爆炸等安全事故，對建筑物及人們的生命財產(chǎn)安全構成嚴重威脅。

（二）雷電感應及其危害

電磁感應與靜電感應是最為常見的兩種雷電感應現(xiàn)象。當帶有大量電荷的云層與地表某凸起物距離比較近時，受到電荷相互作用的影響，地面凸起物的頂部往往會積聚大量與云層相異的電荷。帶電云層放電時，地面凸起物頂部的電荷往往會掙脫異性電荷的束縛而沿著凸起物快速傳播。而且在此過程中，雷電會產(chǎn)生較強的磁場，并在地面凸出物周圍的金屬導體的表面產(chǎn)生較高的電壓，此時一旦人畜或電氣設備與金屬物體相互接觸時，往往會產(chǎn)生二次放電，不僅會嚴重影響電氣設備的正常運行，甚至還會危及人畜的生命安全。

（三）球形雷及其危害

球形雷即雷電以球狀或橢球狀進行傳播的一種現(xiàn)象，球形雷發(fā)生時往往會產(chǎn)生較亮的白光或紅光。相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，球形雷的傳播速度大約為2m/s。球形雷往往“無孔不入”，能夠通過窗戶、煙囪、門等多種途徑進入到室內(nèi)，進而嚴重損壞建筑物，甚至危及生命。

（四）侵入波及其危害

侵入波指的是雷電擊中建筑物、輸電線路等金屬材料，在此過程中往往會產(chǎn)生強烈的電壓、電流，并沿著金屬材質(zhì)管道或輸電線路等途徑快速傳播，進而嚴重損壞輸電線路及用電器。雷電侵入波是發(fā)生頻率較高且危害比較嚴重的雷擊形式之一。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，雷電侵入波引起的雷擊事故占到低壓天氣系統(tǒng)雷擊事故總數(shù)的70%以上，嚴重甚至還會出現(xiàn)人員傷亡。

三、現(xiàn)代防雷技術

（一）躲避

若無法做好雷電災害的防護工作，在雷雨災害來臨之前應當及時將家用電器、精密電子設備等設備關閉，并及時拔掉電源插頭，進而斷開電器設備與外界網(wǎng)絡線之間的相互連接。另外，還應當構建一套比較完善的雷電探測與預警系統(tǒng)，以確保有效躲避雷電災害，進而最大限度地減少雷電災害造成的影響及損失。

（二）引流入地

引流入地是指在建筑物內(nèi)外相連的網(wǎng)線、電線等傳輸設備、接地線等上安裝有效地避雷泄流裝置。在無雷電時此種裝置不會影響到傳導線路。一旦出現(xiàn)有直擊雷或感應雷電時，由雷電產(chǎn)生的電波往往會沿著上述導體進入到室內(nèi)。為防止室內(nèi)物體遭受損壞，避雷裝置將會充分發(fā)揮作用，導致電阻明顯下降，并使整個線路位于短路狀態(tài)，既能夠?qū)﹂W電進行有效分流，還能將雷電流引入大地，進而保障室內(nèi)設備的安全性。

（三）均衡連接

均衡連接也被稱為搭接或等電位連接，既能夠有效避免產(chǎn)生雷電高電位反擊現(xiàn)象，還能保障導體閃絡過程中的安全性。閃電電源屬于一個電流波，往往由防雷裝置為雷電流提供多種低阻抗通道。因此，應當使用粗導線將閃電流流通部位與各金屬物之間相互焊接，以確保等電位。一旦有閃電通過時，各個位置處的電位能夠同時增加。就高樓而言，通常可以使用引下線、避雷針等防雷裝置作為閃電通道，每間隔一段距離在大樓上設置一個均壓環(huán)，并將該均壓環(huán)與引下線之間進行等電位連接，直至其與地極相互連接為止。通常情況下建筑結構的接地電阻位于20～30Ω之間。

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作者簡介：李雷茹（1970-）男，漢族，河南洛陽人，大專學歷，助理工程師，從事防雷工作。