雷電危害與防護(hù)措施

佟海昕，張 彬

山東省東營市氣象局，山東 東營 257091

1 雷電

雷電是自然界大氣層中在特定條件下形成的放電現(xiàn)象。在大氣層中，云層間或云和地之間的電位差增大到一定程度時，即發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象（閃電）。

閃電是指積雨云中不同符號荷電中心之間的放電過程，或云中荷電中心與大地和地物之間的放電過程，或云中電荷中心與云外大氣不同符號大氣體電荷中心之間的放電過程。

雷電的危害：

雷電破壞作用與峰值電流及其波形有最密切的關(guān)系。雷電流具有電流的一切效應(yīng)，不同的是它在短時間內(nèi)以脈沖的形式通過強大的電流，使其具有特殊的破壞作用：

1）雷電的熱效應(yīng)危害

由于雷電電流很大，通過時間又短，如果雷電擊在樹木或建（構(gòu)）筑物上，被雷擊中的物體瞬間將產(chǎn)生蒸汽，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的爆炸力，造成破壞。

2）雷電的沖擊波危害

雷電放電時，雷電通道的空氣受熱膨脹，形成沖擊波，使其附近的建（構(gòu)）筑物、人、畜受到破壞和傷亡。

3）雷電流機械效應(yīng)危害

雷電流通過導(dǎo)體時，會產(chǎn)生磁場，帶有雷電流的導(dǎo)體在該磁場中會受到電磁力的作用，凡拐彎的導(dǎo)體或金屬件，拐彎抹部分將受到電動力作用，嚴(yán)重的會造成設(shè)備的損壞。

4）雷電的靜電感應(yīng)危害

當(dāng)雷雨云出現(xiàn)時，與其相對應(yīng)的地面上的建（構(gòu)）筑物，由于靜電感應(yīng)作用而帶上相反的電荷，雷擊發(fā)生后雷云所帶的電荷迅速消失，某些建（構(gòu)）筑物由于與地面間電阻較大而不能在短時間內(nèi)消失，因而使形成局部的電勢，造成危害。

5）雷電電磁感應(yīng)危害

雷電流的峰值和陡度極大，在其周圍會形成強大的電磁場，處在電磁場中的導(dǎo)體會感應(yīng)出較大的電動勢，容易間生間隙放電，引起火災(zāi)等。

6）雷電引入高電位危害

直擊雷或感應(yīng)雷（在直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對周圍的導(dǎo)線金屬產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓以致發(fā)生閃擊的現(xiàn)象）產(chǎn)生的高電壓從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬線路引入建筑物或設(shè)備內(nèi)部，造成破壞。

2 雷電的防護(hù)措施

現(xiàn)代防雷技術(shù)強調(diào)全方位防護(hù)（見圖1）（不能以單一的措施來進(jìn)行雷電的防護(hù)，例如只有外部防雷而沒有內(nèi)部防雷的情況下，可能會遭到更大的損失。）、層層設(shè)防（如屏蔽措施的采取、避雷器的安裝），把防雷工程當(dāng)作系統(tǒng)工程來實施。運用系統(tǒng)工程的思維方式（整體性、結(jié)構(gòu)性、層次性和目的性），綜合運用各種技術(shù)將雷電能量以有效路徑向大地泄放或有目的地通過防雷裝置將雷電能量限制到被保護(hù)對象所允許的安全值范圍內(nèi)，以提高雷電的整體防御能力，將雷電損失降到最低。

2.1 建筑物外部雷電防護(hù)

2.1.1 直擊雷防護(hù)措施

防直擊雷的措施：防直擊雷采取的措施是引導(dǎo)雷云通過避雷裝置放電，使雷電流迅速流入大地，從而保護(hù)建（構(gòu)）筑物免受雷擊。具體的避雷裝置有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線等。

2.1.2 防雷電側(cè)擊措施

當(dāng)建筑物高度超過滾球半徑（第一類防雷建筑物的滾球半徑為30m、第二類為45m、第三類為60m）的高度時，建筑物的側(cè)面會遭受雷電側(cè)擊，因此建筑物應(yīng)采取措施防雷電側(cè)擊，通常是沿建筑物四周設(shè)水平避雷帶，滾球半徑高度以上的外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置連接。

2.1.3 防雷電反擊措施

防止雷電反擊的措施有兩種：一種是將建筑物的金屬物體（含鋼筋）與防雷裝置的接閃器、引下線分隔開，并保持一定距離。另一種是，當(dāng)防雷裝置不易與建筑物內(nèi)的鋼筋、金屬管道分隔開時，則將建筑物內(nèi)的金屬管道系統(tǒng)，在其主干管道處與靠近的防雷裝置相連接，有條件時，宜將建筑物每層的鋼筋與所有的防雷引下線連接。

當(dāng)把電氣部分的接地和防雷接地連成一體后，使其電位相等，就不易受到雷電反擊。

2.2 建筑物內(nèi)部雷電防護(hù)

建筑物內(nèi)部防雷系統(tǒng)是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設(shè)備中造成毀壞，這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。當(dāng)建筑物直接遭受雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊時，由雷電放電引起的電磁脈沖和暫態(tài)過電壓波會通過各種途徑侵入建筑物內(nèi)，危及建筑物內(nèi)的各種設(shè)備的安全可靠運行。為了實現(xiàn)內(nèi)部避雷，對于侵入室內(nèi)雷害的防護(hù)是多方面的，需要采取綜合防護(hù)措施，對進(jìn)出各類保護(hù)區(qū)的電線、金屬管道等都連接避雷及過壓保護(hù)器，這些措施主要包括：分流、均壓、屏蔽、接地和合理布線等。

2.2.1 防雷電感應(yīng)措施

雷電感應(yīng)包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。雷電感應(yīng)的危害在于它感應(yīng)出相當(dāng)高的電壓，由此發(fā)生火花放電引起爆炸事故。其防護(hù)措施包括：

1）建筑物內(nèi)的金屬物（如設(shè)備、管道、構(gòu)架、電纜外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬構(gòu)件）和突出屋面的金屬物（如放散管、風(fēng)管等）均應(yīng)接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上（即實現(xiàn)等電位連接）；

2）平行敷設(shè)的長金屬物（如管道、構(gòu)架和電纜外皮等），其相互間距小于100mm時應(yīng)每隔20m～30m用金屬線跨接；

3）防雷電感應(yīng)的接地裝置和電氣設(shè)備接地裝置共用，其工頻接地電阻（接地裝置流過工頻電流時所表現(xiàn)的電阻值）不應(yīng)大于10Ω。室內(nèi)接地干線與防雷電感應(yīng)接地裝置的連接，不應(yīng)少于兩處。

2.2.2 防雷電波侵入措施

1）低壓線路宜全線采用電纜直接埋地敷設(shè)，在入戶端應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上；

2）架空金屬管道，在進(jìn)入建筑物處，應(yīng)與防雷電感應(yīng)的接地裝置相連接；

3）在各種線纜、電纜進(jìn)入建筑物處加裝各種類型的浪涌保護(hù)器。

2.2.3 防雷電電磁脈沖措施

防護(hù)措施有屏蔽接地、等電位連接。

1）屏蔽接地：為防止靜電或電磁的相互感應(yīng)所采取的方法，即抑制電磁波相互干擾的措施；

2）輻射屏蔽接地：在發(fā)生雷擊時，由雷電暫態(tài)電流產(chǎn)生的暫態(tài)電磁脈沖變化是很快的，能使在附近一定范圍內(nèi)的未屏蔽電子設(shè)備受到干擾和損壞。一般采取將電子設(shè)備的金屬外殼有效接地，使其發(fā)揮一定的屏蔽作用。

2.3 等電位連接

將分開的裝置、諸導(dǎo)電物體用等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器連接起來，以減小雷電流在它們之間產(chǎn)生的電位差。

進(jìn)入信息系統(tǒng)所在的建筑物的各類金屬管道和電纜的金屬外層在進(jìn)入建筑物處應(yīng)做等電位連接。

[1]徐啟騰，金良，高文俊.雷電損害風(fēng)險評估[J].廣東氣象，2008，7（增刊）：31.

[2]林奕峰.廣東雷電災(zāi)害風(fēng)險評價與管理體系簡析[J].廣東氣象，2009（增刊）：85.