0 概述

雷電是自然界中雷云之間或是雷云與大地之間的一種放電現(xiàn)象。其特點是電壓高、電流大、能量釋放時間短，具有很大的危害性。在我國多數(shù)地區(qū)每年都有因雷擊造成的種種危害。如1989年8月，黃島油庫因雷擊爆炸起火，4t原油燃燒，19人死亡。也有造成電力系統(tǒng)在面積停電，森林大面積燒毀，建筑物毀壞等等。就我們周邊單位的一些雷電事故實例而言，1995年某單位由于雷擊造成通訊系統(tǒng)幾乎癱瘓，嚴重影響當時的防汛等工作；1997年某水庫管理處的通訊設備也因雷擊造成數(shù)萬元損失；1998年7月，一住宅區(qū)因雷電造成20多戶居民的家電設備被損壞。

1 雷電的幾點基本理論

1.1 雷云結(jié)構(gòu)和雷電的放電機理

雷電的典型結(jié)構(gòu)是中部有強烈的上升氣流，在這種氣流的作用下，帶正電的冰晶與帶負電的水商開始分離，形成一部分帶正電荷，一部分帶負電荷的雷云。由于異性電荷的不斷積累，不同極性的云塊之間電場強度不斷增大，當某處的電場強度超過空氣可能承受的擊穿強度時，就形成了云間放電。不同級性的電荷通過一定的電離通道互相中和，產(chǎn)生強烈的光和熱。放電通道發(fā)出的這種強光，人們稱之為“閃”。而通道所發(fā)出的熱，使附近的空氣突然膨脹，發(fā)出霹壢的轟鳴，人們稱之為“雷”。

通常雷云的下部帶負電，上部帶正電。由于雷與雷云之間形成強大的電場。與云間放電一樣，當某處積聚的電荷密度很大，造成電場強度達到雷云與地面之間空氣游離的臨界值時，就為雷云對地放電的發(fā)展創(chuàng)造條件，當雷云對地放電打到地面上的閃電即為“落雷”。如果落雷擊中人員、建筑物、機電設備和森森樹木而造成的危害，人們稱之種現(xiàn)象為“雷擊事故”。

1.2 雷電的放電特性

雷電的破壞作用主要是雷電流引起的。雷電流由零增長到最大幅值這一部分稱之為“波頭”，所需時間通常只有幾微秒；電流下降的那部分稱為“波尾”，時間長約數(shù)十微秒。可見雷電流是一種幅值極大，作用時間極短的瞬變過程。

防雷設施的耐雷水平是按雷電流的大小確定的，因此大致掌握雷電流的大小是十分必要的。雷電流幅值大小的變化范圍很大，根據(jù)我國各地測得的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，繪制出的雷電流幅值概率曲線如圖2。圖中縱座標I是雷電流幅值的大?。╧A），橫座標是超過縱座標所示幅值的雷電流出現(xiàn)的概率（%），雷電流幅值超過I的概率，可按下列公式求得：

1gP=-

式中：P──雷電流幅值概率；

I──雷電流幅值（kA）。

另一重要參數(shù)是雷電流的上升速度，通常稱為“雷電流陡度”，它與雷電感應的變化有著直接的關系，按kA/μs計算。雷電流陡度與雷電流的關系如圖3所示。它的數(shù)值是由雷電流I對時間t的微分求得：

雷電流陡度α=

開始雷電流陡度的數(shù)值很快地增加，以后逐漸變小，當雷電流達到最大幅值時，雷電流陡度變?yōu)榱恪?BR>
1.3 雷電與氣象條件：

雷電活動的強度是因地區(qū)而異的，有的地區(qū)強，有的地區(qū)弱。我國年平均雷電日分布大致劃分4個區(qū)域，其中長江以北大部分地區(qū)年平均雷電日在15~40日之間。年平均雷電日這一數(shù)字只能給人們提供某一地區(qū)雷電活動的概括情況，雷電活動的強弱程度與落雷概率是兩個不同的概念。事實上，即使是在同一地區(qū)，雷電活動也是有所不同的，有些地方受局部氣象條件的影響，雷電活動可能比鄰近地區(qū)強得多。

1.4 雷擊的選擇性

雷電危害事故的統(tǒng)計資料說明，雷擊的地點和建筑物遭受雷擊的部位是有一定規(guī)律的，這個規(guī)律稱為雷擊的選擇性。

地面上建筑物的性質(zhì)和形狀對雷電的發(fā)展是有影響的，當?shù)孛嫔想妶霾粩嘣鰪姇r，在高大建筑物尖頂和邊緣上電場強度最大，構(gòu)成雷電發(fā)展的良好條件。在曠野中，即使建筑物并不很高，但是由于它比較孤立、突出，因而較容易遭受雷擊。金屬結(jié)構(gòu)的建筑物，由于具有良好的導電性能，也較易遭受雷擊。

2 雷電危害基本原理分析

根據(jù)雷電的產(chǎn)生和造成危害的不同特點，一般將雷電分為直擊雷、感應雷、球形雷和雷電侵入波等幾種。分析我們周邊單位的一些雷電事故實例，雷電感應和雷電侵入波是造成這些雷電危害的主要原因。人們對部分設施直擊雷的防范針對性較強，而對感應雷和雷電侵入波的防范卻考慮的不夠全面，措施上不盡完善。特別是目前大量的通訊系統(tǒng)、家用電器、電腦網(wǎng)絡和其它控制設備等均采用集成電路和高靈敏度的電子元器件，它們難以承受雷電造成突發(fā)的強磁場或雷電波的侵害致使它們遭受雷擊的危害較有普遍性。

2.1 雷電的感應作用

雷電感應是由于雷電流的強大電場和磁場變化產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應造成的。

2.1.1 靜電感應

當建筑物頂部或其它導體處于雷云與大地間所形成電場中時，建筑物頂部或?qū)w上就會積聚與雷云下部電荷極性相反的大量電荷。雷云放電后，云與大地間的電場突然消失，建筑物頂部或?qū)w上的電荷來不及立即流散，因而產(chǎn)生很高的對地位，這個對地電位差稱為“靜電感應電壓”。

如圖4中，雷去的發(fā)展使樓頂和放電體上積蓄了大量正電荷，由于較高的放電體尖端上電場強度較大，當雷云與放電體間的電場強度超過兩者之間空氣的擊穿強度時，雷云對放電體產(chǎn)生放電，使放電電路中正負電荷猛烈地中和，而樓頂?shù)母袘姾蓞s不能以相應的速度流散，于是將會產(chǎn)生高達幾十千伏的感應電壓。如果樓頂不采取良好的接地，室內(nèi)的設備即有可能因感應電壓而受損。


雷擊時，除建筑物產(chǎn)生很高的感應電壓外，在輸電線路、通訊線路上同樣會發(fā)生這種現(xiàn)象。如圖5所示，由于感應電壓，與雷云極性相反的電荷聚積到一段線路上，成為束縛電荷。當雷云與放電體放電時，雷電通道中的電荷猛烈中和，線路上的束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?，向?qū)Ь€兩邊流動，形成感應過電壓波。據(jù)有關資料介紹，高壓輸電線上的感應過電壓可達300~400kV；一般配電線路和通訊線路，雖然懸掛高度較低，漏電較大，但感應過電壓仍可達幾十千伏。


2.1.2 電磁感應

由于雷電流具有極大的幅值和陡度，在放電通道周圍的空間里，會產(chǎn)生強大的變化電磁場。處在這一電磁場中的導體會感應出較大的電動勢。如圖6所示，當在強磁場中放置一個開口的環(huán)形導體，環(huán)上感應的電動勢足以使間隙a、b間產(chǎn)生火花放電。電磁感應現(xiàn)象還可以使構(gòu)成閉合回路的金屬物體產(chǎn)生感應電流。如果回路中有些地方接觸不良，就會產(chǎn)生局部發(fā)熱或放電，這對于存放易燃易爆物品的建筑物會構(gòu)成很大危險。

2.2 雷電侵入波

由于雷電對架空線路或金屬管道的作用，所產(chǎn)生的雷電波可能沿著這些地管線侵入室內(nèi)，危及人身和設備的安全。雖然有關資料所反映雷電侵入波造成的事故占雷電事故總數(shù)的比例各異，但從中看出它占有較大的比重。從架空線路上產(chǎn)生雷電波的主要原因是：

其一，遭受直擊雷。架空線路分布較廣，遭受雷擊的機會較多，當一處遭雷擊，雷電波就沿線路傳播，可能傳得很遠。由此而傳入室內(nèi)和設備的電壓也是很高的。

其二，當雷電擊中線路附近的目標，產(chǎn)生感應雷電波。感應電壓雖較直接雷擊低，但對低壓配電線路、通訊線路和人身安全仍具有內(nèi)樣的危險而且它的出現(xiàn)較直擊雷更為頻繁。

3 雷電災害的預防

人們從開始認識雷電起，就一直在積極地采取措施防止它的危害。雖然目前還沒有找到完全控制雷電災害的方法，但是通過安裝一些避雷、消雷裝置與設施，可以大大減少雷擊的損失。如前所述，這里仍然針對雷電感應和雷電侵入波的危害，從宏觀上提出值得人們進一步引起重視或補充的防雷措施。

3.1 防雷電感應措施

為防止靜電感應，第一，建筑物內(nèi)的金屬物（如設備、管道、構(gòu)架、電纜外皮、鋼屋架、鋼門窗等較大構(gòu)件）和突出屋面的金屬物均應接到防雷電感應的接地裝置上。第二，屋面周國金屬物每隔約20m應采用引下線接地。第三，現(xiàn)場澆制或預制件組成的鋼筋混凝土屋面，其鋼筋宜綁扎或焊接成電氣閉合回路，并應每隔約20m采用引下線接地。

為防止電磁感應，平行敷設的金屬管道、構(gòu)架、電纜外皮等，其凈距小于100mm時，應每隔20~30m用金屬線跨接。

防雷電感應的接地裝置，其接地阻值不應大于10Ω，并與電氣設備接地裝置共用，但此接地裝置與獨立避雷針或避雷線的接地裝置之間的距離應符合要求。

3.2 防雷電波侵入措施

低壓線路宜全線采用電纜埋地敷設，入戶處應將電纜金屬外皮接到防雷電感應的接地裝置上。全線采用電纜有困難，而采用鋼筋混凝土桿鐵橫擔架空線時，應使用一段長度不少于50m的金屬鎧裝電纜直接埋地引入，并將電纜金屬外皮和絕緣子鐵腳一起接地，接地電阻不大于10Ω。用于通訊和有線電視系統(tǒng)的架空電纜，每隔一定距離，選適當位置將托掛電纜的鋼鉸線做接地處理。

3.3 防雷設施的定期檢查

為保證防雷設施具有良好的保護性能，每年應在雷雨季節(jié)之前按期做好檢查、測試，及時掌握各類防雷設施是否處于正常狀況，裝置運行是否良好。如：架構(gòu)聯(lián)接牢固、跨接線和接地線完好、接地阻值符合規(guī)范要求等等。對檢查出的不合格項目，應及時整改，杜絕隱患，從而減少雷擊事故給國家經(jīng)濟建設和人民生命財產(chǎn)帶來的損失，保護國財產(chǎn)和人員的安全。