夏天到了--谈谈雷电的危害与防护

夏天到了谈谈雷电的危害与防护2015年5月11日夏季，在大气中常常发生伴有巨大隆隆爆炸声的强烈闪光现象、即雷电现象。它是“国际十年减灾”统计的最严重的十大灾害之一。大气中的雷电是如何产生的？雷电现象有那些表现形式？雷电流的特征是什么？它是怎样危害人的生命和财产的？能否阻止雷电对人的生命和财产的损害？雷电防护的方法有哪些？这些问题是从事防雷减灾工作者必须知道的基本问题。雷电的形成一、雷电的形成（一）大气中存在着电场人们都知道地球有磁场，人们生活在无处不在的地球磁场中,人的睡眠、电子设备受其影响，如彩电的“跑彩现象”等。但是，大家很少知道人还生活在无处不在的大气电场中，甚至连有些大学教课书都没有清楚地提到过，因此，在某些精密测量中会出现找不出的“怪现象”，使人百思不得其解，实际上产生这种情况的原因是大气中存在着电场。日常生活中常常可以观察到：在教堂的尖顶上、渔船的桅杆上、或高压电线上有淡紫色光笼罩，可以听到磁磁声，嗅到臭氧及氧化氮味道，它是一种尖端放电，发生在带电场曲率半径最小的表面位置附近，说明此处大气电场很不均匀，表现出大气中存在着电场。大气电场的形成与大气带电粒子的形成是密不可分的。雷电的形成示意图1、积雨云（雷暴云、雷雨云）的起电机制2、积雨云的起电学说：积雨云如何带电，是弄清础雷电如何产生的重要科学课题，得到了众多大气物理学家的关注，先后提出许多种积雨云起电机制的理论。然而，由于到积雨云中去观测、实验的困难以及在实验室作模拟实验的局限性，关于积雨云的起电机制迄今为止仍然处于探索阶段。目前有比较流行的关于积雨云起电机制的几种理论。雷电的危害雷电是指：云际（云层—云层）、云地（云层—大地）、云空（云层—晴空）之间迅猛的脉冲放电，产生强烈的闪光，并半随巨大的响声，一种既可怖又壮观的大气物理现象。自然界这种强大的放电现象能够通过各种途径危害地面的物体。一、直击雷的危害（一）、雷电流的热效应在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以在雷击点局部范围内产生高达6000~10000C，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线路熔断。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。雷击烧毁树木雷电流侵入电器或者电子线路时往往会使他们熔断，这是因为这些线路的导体截面较小，难以耐受雷电流的热效应。另外，严重的热效应还会出现在雷电流通路上有高阻的地方，特别是那些引流导体之间接触不良处，在这些地方常可能出现金属熔化，有时甚至会出现熔体飞溅。这种熔体飞溅产生的火花对存储易燃易爆的建筑物来说是极具危险的。（二）、雷电流的机械效应与冲击波效应雷电的直接破坏作用除了热效应外，还有机械效应和冲击波。1、机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种方式：一是雷电流流过金属物体时产生的电动力；二是雷电流注入树木或者建筑物时在它们内部产生的内压力。由于雷电流幅值很高，且作用时间很短，在它们内部瞬时产生大量热量，在短时间内热量无法及时散去，以致物体内的水分大量被蒸发，并迅速膨胀，产生内压力。这种内压力是一种爆炸力，能使被击树木劈裂和使建筑物构件崩塌。•树木被雷击而折断•飞机被雷击坏树木劈裂和建筑物的崩塌二、雷击电磁脉冲的危害(一)、雷电的静电感应雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围，它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚至造成人员伤亡，因此，在防雷设计中，一直受到关注。1、在建筑物顶部金属体上的静电感应2、在架空线路上的静电感应感应回路所端接的电子设备损坏示意（a）金属管形成的回路（b）天馈线形成的回路二、电磁感应•暂态电位的升高，不仅能使电子设备损坏，也会威胁到人身安全。当雷电流经地面雷击点或接地体，流散入周围土壤时，在它周围形成电压降，使附近地面上不同点产生电位差。如果有人在接近接地体附近行走，就会受到雷电流所造成的“跨步电压”的危害。跨步电压对于赤脚或穿湿布鞋的人特别危险。跨步电压四、操作过电压（暂态过电压）的危害雷电灾害，也是目前中国十大自然灾害之一。据统计，我国有21个省、区、市雷暴日在50天以上，最多的可达134天。仅1998年和1999年两年，中国因雷击造成的直接经济损失达百万元以上的有38起。每年因雷电灾害伤亡的人员约为3000-5000人，造成的财产损失在70—100亿元左右。我国的雷电灾害损失80%以上涉及电子、通讯和配电系统。如，证卷交易所、卫星地面站机房、通信机站遭雷击，不仅会造成巨大的经济损失，也给社会带来难以估量的间接损失，对社会影响很大。鉴于以上原因，在包含计算机、电信设备、控制系统等各种电子设备的应用不断增加的时代，在防雷工程设计规范和技术标准中，必须考虑防雷措施，制定防雷检测、工程设计、审核等标准。另外，要开展防雷知识的宣传教育，让公众懂得防雷常识，主动规避雷击风险；要建立健全防雷安全应急预案、建立防雷装置安全档案；安装合格的防雷装置。防雷技术和方法为使建筑物及其内部设施免受雷电的直接和间接危害，通常使用避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等防直击雷的危害；使用信息系统中防雷电暂态冲击的避雷器—压敏电阻器件、气体放电管和雪崩二极管等雷电电磁波侵入的危害；屏蔽技术也是防止雷电电磁波侵入的重要方法。对于建筑物防雷保护设计而言，包括接地在内的合理组合和设置这些防雷设备与防雷器件，来构成建筑物及其内部设施的雷电防护系统，实现从建筑物外部和内部两个方面对雷电危害进行有效地防护。综合防雷系统外部防雷措施内部防雷措施接闪器（针、网、带、线）引下线屏蔽接地装置共用接地系统屏蔽（隔离）等电位连接合理布线安装浪涌保护器（SPD）1、直击雷防护--主要安装避雷针、避雷线、避雷带、避雷网和接地装置（接地线、地极），将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄散。2、侧击雷防护—通常将金属窗户接地。避雷针的工作原理避雷针由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，避雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷。由于避雷针针头是尖的，而静电感应时，导体尖端总是聚集了最多的电荷。当云层接近避雷针时使电场发生畸变，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿。这样带电云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地的。避雷针就可以把云层上的电荷导入大地，使其不对高层建筑构成危险，保证了它的安全。这样，雷击虽然还是发生了，但总是击向避雷针，而不是击向要保护的物体。避雷针实际是引雷针，它将雷电吸引至自身，使雷电流通过引下线至接地装置而泄放大地，从而使保护对象免遭雷击。3、雷电电磁脉冲和雷电波侵入防护---主要是为供电系统安装多级避雷器、为信息系统安装信号避雷器，阻断沿电源线、数据、信号线引入的过电压波，同时又限制误操作等原因引起的被保护设备上浪涌过压幅值，从而达到保护设备的目的。避雷器保护原理高电阻高电压压敏电阻压敏电阻（a）原理结构(b)符号(c)外形4、等电位连接将所有接地系统进行等电位连接，将所有进出建筑物的线缆均敷设在金属屏蔽线管内，金属屏蔽管接地，将所有设备金属外壳、金属线槽、屏蔽地、防静电接地和SPD接地均与M型等电位连接网作可靠电气连接。等电位连接5、屏蔽保护技术为减少雷电电磁感应效应。常采用在建筑物和房间的外部设屏蔽措施，以合适的路径敷设线路，线路屏蔽。这些措施宜联合使用。①、建筑物与大空间房屋的屏蔽建筑物大空间屏蔽是由金属框架或钢筋混凝土的钢筋这些自然构件组成支撑的。这些金属框架构成一个格栅形大空间屏蔽层。处于预期直击雷频度较高地区的计算机信息系统设备机房建筑物需要考虑防直击雷时，防直击雷的接闪装置宜采用避雷网、带，不宜采用避雷针等引雷装置。防直击雷装置的引下线应与建筑物和屏蔽房间的钢筋连接后和地网连为一体。若计算机信息系统包含卫星地球站或其它无线电设备时、卫星地球站或无线电天线塔应采用避雷针防止雷电直击天线设备，并且天线设备必须在避雷针有效保护范围之内，避雷针引下线应与建筑物和屏蔽的房间的钢筋连接后和地网联为一体，而且连接点不得少于3处。•在分开的各建筑物之间的互联电缆，应敷设在金属管道内。如金属管、金属格栅、或采用金属箍箍紧电缆，敷设管道的两端应电气导通，并应接到各分开的建筑物的等电位连接带上，管道内的电缆屏蔽层应做等电位连接。当电缆屏蔽能荷载可预见的雷电流时，该电缆可不敷设在金属管道内。当互相临近的建筑物之间有电力和通信电缆连通时，宜将其接地装置互相连接。6、接地技术富兰克林1754年发明了避雷针，如图所示，其下端埋入地中，恰好相当于现在的所谓接地电极（接地体）。因为避雷针是把雷电的能量安全释放入地的设备,它的接地体与大地稳妥连接这就产生了接地技术。次于富兰克林避雷针，莫尔斯于1835年把接地技术用于有线电信系统。随着社会科技的发展，先后有机器接地,如洗衣机的接地、机器外壳接地，其特征是在那个非充电部分接地（指不通电部分接地）。还有系统接地、电脑接地等等。归结起来有:工作接地、保护接地、过电压接地、防静电接地、屏蔽接地。富兰克林的避雷针和世界上最早的接地①、接地和接地电阻什么叫接地如图所示为接地概念图，即：把电力、通信、电脑、避雷等设备通过接地线与接地体连接起来的技术叫接地。或者说将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极上，称为接地。电力系中接地的部分一般是中性点，也可以相线上的某一点。电气装置的接地部分则是正常情况下不带电的金属导体，一般为金属外壳。为了安全保护的需要，把不属于电气装置的导体，例如水管、风管、输油管及建筑物的金属构件和接地极相连，亦称为接地；幕墙玻璃的金属立柱等和接地极相连也称接地。利用把大地作为回路一部分也是接地。图接地示意图②．接地的目的和作用防止人身遭到电击，保证电力系统的正常运行，保护线路和设备免遭损坏，预防电气火灾、防止雷击和防止静电损害。电子设备接地是由埋在大地中的接地极或接地体，通过接地线（引下线）与电子设备连接，使电子设备接地。接地好坏的指标是接地电阻，接地电阻值低，就实现了与大地的良好连接。1、不能停留在各种建筑物的楼（屋）面上有的居民看见打雷下雨就跑到楼房天面上收捡晾晒的衣服等物品，这样很危险。放风筝、聊天、打牌、拍摄雨景活动雷打出头物，站在楼顶极易招惹雷击雷电来时，人最好找一个低洼处，双脚并拢蹲下来，尽可能降低高度，避免跨步电压。人身防雷安全常识远离孤立高大的建筑物2、要注意关闭门窗预防侧击雷和球型雷的侵入①不要接触铝合金门窗、防盗窗、金属水管和暖气管道等；②躲入有防雷设施保护的建筑物内，或有金属顶的各种车辆及有金属壳体的船仓内。③紧闭门窗，防止侧击雷和侵入3、不宜使用花洒冲凉打雷时不要开水龙头，也不要洗澡。建筑物发生直击现象时，巨大的雷电流有可能沿着水流导致淋浴者遭雷击伤亡。不要去触摸水管、管道煤气的煤气管等金属管道，自来水管与防雷接地相连，雷电流可通过水流传导，致人伤亡；金属体接地不良时，雷电流有时会以这些导体通过空气向人体放电。4、不宜靠近外墙以及电气设备①不要在铁栅栏、金属晒衣绳、架空金属体及铁路轨道附近停留②不要在小型无防雷设施的建筑物、车库、车棚附近停留③电脑、彩电、音响、影碟机等弱电设备不要靠近外墙，雷电发生时不宜使用无防雷措施或防雷措施不足的设备④远离旗杆、电线杆、铁塔、架空线、草棚等⑤远离金属管道、电源线、信号线，切断家用电器的电源线，信号线等⑥减少使用电话和手提电话。裸露的金属物体和各种金属管道要接地，应该尽量保持一定的安全距离5、不宜进入棚屋、岗亭等低矮建（构）筑物每年因避雨躲进就近低矮的草棚、小屋、岗亭而遭雷击身亡大约占伤亡总数的1/4左右。6、不宜躲在大树底下不要在孤立的大树或烟囱下停留危险！可以躲入有防雷设施保护的建筑物内，或有金属顶的各种车辆及有金属壳体的船仓内。提醒：如果你确实万不得已需要在大树底下停留，则必须与树身和枝桠保持5米以上的