幾例感應(yīng)雷的雷擊事例判斷與分析

摘? 要：我們?cè)诶讚魹?zāi)害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)感應(yīng)雷的雷擊災(zāi)害事例遠(yuǎn)多于直擊雷。本文通過(guò)幾例感應(yīng)雷的雷擊災(zāi)害事例分析，揭示了感應(yīng)雷的雷擊破壞路徑及物理原因。

關(guān)健詞：感應(yīng)雷;事例分析;破壞路徑;物理原因

中圖分類號(hào)：TM862? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1671-2064（2019）24-0000-00

1 幾例感應(yīng)雷的雷擊災(zāi)害事例

（1）邵陽(yáng)市交警支隊(duì)車管所檢測(cè)區(qū)（111 ？29′51″E，27°14′39″）位于邵陽(yáng)市雙清區(qū)寶慶東路，地形為小山崗，西北側(cè)有高層建筑。2017年7月12日，車管所檢測(cè)區(qū)電源和信號(hào)線路受到感應(yīng)雷的雷擊破壞，結(jié)果如下：

1）查驗(yàn)受理大廳一臺(tái)電腦主板、鼠標(biāo)損壞。

2）機(jī)動(dòng)車智能查驗(yàn)區(qū)車輛外廓尺寸檢測(cè)儀主機(jī)損壞。

3）機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心工控機(jī)主板和CPU損壞，一個(gè)電源避雷器指示燈亮黃燈報(bào)警;高清攝像頭擊壞5個(gè)，交換機(jī)被打壞5個(gè)，損失約5萬(wàn)元。

4）地磅傳感器被打壞4個(gè)，損失約4萬(wàn)元。

5）值班室監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面損壞14塊。

（2）邵陽(yáng)市電視發(fā)射臺(tái)地處E111°29′51″，N27°13′59″，發(fā)射臺(tái)內(nèi)建構(gòu)筑物有120 米高的發(fā)射鐵塔、配電房、發(fā)射機(jī)房、監(jiān)控室、舊辦公樓和鐵塔公司基站。發(fā)射鐵塔與配電房、發(fā)射機(jī)房、監(jiān)控室緊臨，在發(fā)射鐵塔防直擊雷保護(hù)范圍內(nèi);舊辦公樓和鐵塔公司基站樓聯(lián)在一起，距發(fā)射鐵塔較遠(yuǎn)，約400米。臺(tái)財(cái)務(wù)室設(shè)在舊辦公樓內(nèi)。2018年6月19日傍晚，一次雷暴天氣過(guò)程致使該臺(tái)發(fā)射鐵塔受到直擊雷擊，電源和控制線路受到感應(yīng)雷的雷擊破壞。此次雷電災(zāi)害給該臺(tái)造成了很大的損失，受損情況如下：

1）監(jiān)控系統(tǒng)損壞（包含四臺(tái)液晶電視機(jī)）;

2）信號(hào)監(jiān)視系統(tǒng)損壞;

3）機(jī)房三臺(tái)空調(diào)損壞;

4）發(fā)射機(jī)激勵(lì)器損壞兩臺(tái);

5）財(cái)務(wù)室三臺(tái)電腦損壞;

6）舊辦公樓內(nèi)電器開(kāi)關(guān)及照明燈具損壞若干。

（3）2018年3月22日，在邵東水東江因移動(dòng)基站供電線路與山下居民用電線路共一組變壓器，鐵塔接閃直擊雷后在居民用電線路感應(yīng)了雷電流，致使多戶村民家中電視機(jī)及照明燈具損壞。

（4）2018年5月26日，洞口縣新華賓館前一住宅樓因網(wǎng)絡(luò)線路感應(yīng)雷擊，引發(fā)室內(nèi)窗簾著火，將室內(nèi)家具全部燒毀。

2 感應(yīng)雷的危害成因分析

2.1 電阻耦合（地反擊）

如圖1，兩個(gè)建筑A、B相隔一定的距離，之間有服務(wù)設(shè)施（電源、信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)等線路）連接，而A、B各自獨(dú)立接地。當(dāng)A建筑物上的避雷針接閃后，雷電流經(jīng)引下線流入A處的接地裝置，由于接地電阻的存在，A的地電位會(huì)大幅抬升。假如雷電流20kA，接地電阻1Ω，那么A處的地電位瞬間將達(dá)到20kV，而此時(shí)遠(yuǎn)端B處的地電位為0（通常認(rèn)為20m以外的地電位為0，但實(shí)際情況和土壤電阻率以及雷電流大小有關(guān)）。這時(shí)A、B之間的瞬時(shí)地電位差達(dá)到20kV。而A、B之間的服務(wù)設(shè)施連接在如

此高的電位差情況下就可能受到損壞。

2018年6月19日08時(shí)-6月20日08時(shí)，從雷達(dá)回波圖上可以看到，邵陽(yáng)電視發(fā)射臺(tái)處于強(qiáng)雷暴帶的邊緣。從湖南省雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)查詢，2018年6月19日08時(shí)-6月20日08時(shí)邵陽(yáng)電視發(fā)射臺(tái)1公里范圍內(nèi)閃電記錄，發(fā)現(xiàn)共有三條閃電記錄：分別出現(xiàn)在6月19日20時(shí)58分，閃電強(qiáng)度為-29.8KA; 6月20日4時(shí)02分，閃電強(qiáng)度為-48.0KA; 6月20日5時(shí)44分，閃電強(qiáng)度為-33.5KA。 在這次雷擊損壞設(shè)備事例中，發(fā)射鐵塔作為接閃器對(duì)發(fā)射站房進(jìn)行防直擊雷保護(hù)，接地電阻經(jīng)測(cè)試達(dá)9.5歐姆。舊辦公樓和鐵塔公司基站樓接地電阻達(dá)31.6歐姆，未共地網(wǎng)，但舊辦公樓和鐵塔公司基站樓與發(fā)射站房之間有電源線路和信號(hào)線路相連，電阻耦合（地反擊）致使舊辦公樓內(nèi)財(cái)務(wù)室三臺(tái)電腦損壞和樓內(nèi)電器開(kāi)關(guān)及照明燈具損壞。并對(duì)架空的監(jiān)控系統(tǒng)線路感應(yīng)雷電致使監(jiān)控系統(tǒng)損壞。

2018年3月22日，邵東水東江移動(dòng)基站接閃了一次直擊雷，閃電強(qiáng)度為-68.0KA，因基站供電線路與山下居民用電線路共一組變壓器，鐵塔接地電阻遠(yuǎn)小于居民用電電桿接地電阻而在居民用電線路感應(yīng)了雷電流，致使多戶村民家中電視機(jī)及照明燈具損壞。

2.2? 電感耦合（電磁耦合）

電感性耦合又稱電磁耦合或電磁感應(yīng)，它是由于磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生的，產(chǎn)生這種耦合的原因是電路間存在著互感。

如圖2，雷電流峰值通常為幾十kA，而其達(dá)到峰值的時(shí)間為μs（10-6s）級(jí)，也就是說(shuō)雷電流的變化率di/dt達(dá)到了109數(shù)量級(jí)。引下線由于自感的存在，會(huì)感應(yīng)出強(qiáng)大的電磁脈沖，以反抗電流的快速變化。電磁脈沖不依賴導(dǎo)線就可以在空間進(jìn)行傳播，當(dāng)電磁脈沖通過(guò)各種電源、信號(hào)回路時(shí)，就會(huì)感應(yīng)出電涌。感應(yīng)電勢(shì)的大小取決于磁通量的變化率E=dФ/dt。而磁通量Ф = B*S*sinθ，B為磁場(chǎng)強(qiáng)度，S為環(huán)路面積，θ為磁場(chǎng)與環(huán)路平面夾角。離干擾源（雷電流泄放通道）越近，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，感應(yīng)雷電流就越大，環(huán)路面積越大，感應(yīng)雷電流就越大，平行布線時(shí)，磁場(chǎng)方向與環(huán)路是垂直的，θ=90°，感應(yīng)雷電流最大。

在2017年7月12日邵陽(yáng)市交警支隊(duì)車管所檢測(cè)區(qū)受到的雷擊破壞中，這次雷電天氣過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度較強(qiáng)，是一次負(fù)地閃雷暴，最大雷電流達(dá)74.8KA. 邵陽(yáng)市交警支隊(duì)車管所檢測(cè)區(qū)地處一個(gè)小山崗上，周圍2公里范圍發(fā)生閃電6條，查驗(yàn)受理大廳和機(jī)動(dòng)車智能檢測(cè)區(qū)西北方有高層建筑，我們認(rèn)為受到直擊雷擊可能性較大，機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心、地磅系統(tǒng)電源線路，值班室監(jiān)控系統(tǒng)和檢測(cè)中心信號(hào)線路因電感耦合（電磁耦合）產(chǎn)生了雷擊電涌。電源線路上因電源SPD距保護(hù)設(shè)備過(guò)長(zhǎng)（大于10米），經(jīng)過(guò)電涌保護(hù)器保護(hù)后的沖擊電壓大于設(shè)備的耐沖擊電壓而使查驗(yàn)受理大廳一臺(tái)電腦主板、鼠標(biāo)損壞，機(jī)動(dòng)車智能查驗(yàn)區(qū)車輛外廓尺寸檢測(cè)儀主機(jī)損壞。監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面損壞14塊，高清攝像頭擊壞5個(gè)，交換機(jī)被打壞5個(gè)為信號(hào)線路有閃電電涌侵入造成。

2.3 電容耦合

電容性耦合又稱靜電耦合或靜電感應(yīng)，它是由電路間電場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生的，產(chǎn)生這種耦合的原因是電路間存在著分布電容，如天空中的云朵對(duì)對(duì)地面（或地面上的物體）、高壓線與地面、導(dǎo)線之間等。我們知道，兩個(gè)平板，隔開(kāi)一定的距離，就構(gòu)成了一個(gè)電容。為了減小電容耦合，我們需要減小信號(hào)回路和干擾源之間的分布電容C。電容大小與電極板正對(duì)面積S成正比，與極板之間的距離d成反比。為了減小C，可以減小極板正對(duì)面積S（改為垂直布線），并增大極板間的距離d（信號(hào)線路遠(yuǎn)離干擾源）。

2018年5月26日，洞口縣新華賓館前一住宅樓的網(wǎng)絡(luò)線路與高壓線路平行布線距離過(guò)長(zhǎng)在雷雨天氣因電容耦合感應(yīng)了雷電，引發(fā)室內(nèi)窗簾著火，將室內(nèi)家具全部燒毀。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這幾例感應(yīng)雷擊事例粗淺分析，我們認(rèn)為感應(yīng)雷的成災(zāi)途徑具有多樣性，成災(zāi)原因復(fù)雜。加強(qiáng)感應(yīng)雷的研究和防護(hù)意義重大。

收稿日期：2019-11-17

作者簡(jiǎn)介：羅龍友（1965—），男，湖南邵陽(yáng)人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：雷電防護(hù)。

Judgment and Analysis of Several Cases of Induced Lightning Strike

LUO Long-you

（Shaoyang Meteorological Bureau， Hunan Province，Shaoyang Hunan? 422000）

Abstract：In the investigation of lightning disaster， it is found that there are more cases of induced lightning than direct lightning.Through the analysis of several cases of lightning disaster caused by induced lightning， this paper reveals the destruction path and physical reasons of induced lightning.

Key words：induction lightning;case analysis;destruction path;physical reasons