雷電的基本知識及其預(yù)防

雷電的基本知識及其預(yù)防電閃雷鳴畢竟是怎么回事，早在二百多年前，美國科學家富蘭克林，在雷雨天通過放風箏試驗，證明白雷擊是大氣中的放電現(xiàn)象，并建立了雷電學說。下面我們來談?wù)動嘘P(guān)雷電的基本學問。1.雷電的產(chǎn)生空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運動的時候，經(jīng)過一些簡單過程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負電荷。經(jīng)過運動，帶上相同電荷的質(zhì)量較重的物質(zhì)會到達云層的下部（一般為負電荷），帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會到達云層的上部（一般為正電荷）。這樣，同性電荷的匯合就形成了一些帶電中心，當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時，就形成“云間放電”（即閃電）。帶負電荷的云層向下靠近地面時，地面的凸出物、金屬等會被感應(yīng)出正電荷，隨著電場的逐步增加，雷云向下形成下行先導(dǎo)，地面的物體形成向上閃流，二者相遇即形成對地放電。這就簡單造成雷電災(zāi)難。雷電形成于大氣運動過程中，其成由于大氣運動中的猛烈摩擦生電以及云塊切割磁力線。閃電的外形最常見的是枝狀，此外還有球狀、片狀、帶狀。閃電的形式有云天閃電、云間閃電、云地閃電。云間閃電時云間的摩擦就形成了雷聲。2.雷電的主要特點2.1沖擊電流大其電流高達幾萬-幾十萬安培。2.2時間短一般雷擊分為三個階段，即先導(dǎo)放電、主放電、余光放電。整個過程一般不會超過60微秒。2.3雷電流變化梯度大雷電流變化梯度大，有的可達10千安/微秒。2.4沖擊電壓高強大的電流產(chǎn)生的交變磁場，其感應(yīng)電壓可高達上億伏。3.雷電的破壞雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達到肯定程度（25—30kV/cm）時，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。直擊雷是帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。感應(yīng)雷是當直擊雷發(fā)生以后，云層帶電快速消逝，地面某些范圍由于散流電阻大，消失局部高電壓，或在直擊雷放電過程中，強大的脈沖電流對四周的導(dǎo)線或金屬物產(chǎn)生電磁感應(yīng)發(fā)生高電壓、而發(fā)生閃擊現(xiàn)象的二次雷。球形雷是球狀閃電的現(xiàn)象。3.1直擊雷破壞當雷電直接擊在建筑物上，強大的雷電流使建（構(gòu)）筑物水份受熱汽化膨脹，從而產(chǎn)生很大的機械力，導(dǎo)致建筑物燃燒或爆炸。另外，當雷電擊中接閃器，電流沿引下線向大地瀉放時，這時對地電位上升，有可能向接近的物體跳擊，稱為雷電“反擊”，從而造成火災(zāi)或人身傷亡。3.2感應(yīng)雷破壞感應(yīng)雷破壞也稱為二次破壞。它分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷兩種。由于雷電流變化梯度很大，會產(chǎn)生強大的交變磁場，使得四周的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向四周物體放電，如四周有可燃物就會引發(fā)火災(zāi)和爆炸，而感應(yīng)到正在聯(lián)機的導(dǎo)線上就會對設(shè)備產(chǎn)生劇烈的破壞性。3.2.1靜電感應(yīng)雷帶有大量負電荷的雷云所產(chǎn)生的電場將會在金屬導(dǎo)線上感應(yīng)出被電場束縛的正電荷。當雷云對地放電或云間放電時，云層中的負電荷在一瞬間消逝了（嚴格說是大大減弱），那么在線路上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去了束縛，在電勢能的作用下，這些正電荷將沿著線路產(chǎn)生大電流沖擊。易燃易爆場所、計算機及其場地的防靜電問題，應(yīng)特殊重視。3.2.2電磁感應(yīng)雷雷擊發(fā)生在供電線路四周，或擊在避雷針上會產(chǎn)生強大的交變電磁場，此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上。由于避雷針的存在，建筑物上落雷機會反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機會和程度一般來說是增加了，對用電設(shè)備造成極大危害。因此，避雷針引下線通體要有良好的導(dǎo)電性，接地體肯定要處于低阻抗狀態(tài)。3.3雷電波引入的破壞當雷電接近架空管線時，高壓沖擊波會沿架空管線侵入室內(nèi)，造成高電流引入，這樣可能引起設(shè)備損壞或人身傷亡事故。假如四周有可燃物，簡單釀成火災(zāi)。4.雷電的描述在氣象學中，常用雷暴日數(shù)、年平均雷暴日數(shù)、年平均地面落雷密度，來表征某個地方雷電活動的頻繁程度和強度。此外，也使用年雷閃頻數(shù)來評價雷電活動,它是指1000平方公里范圍內(nèi)一年共發(fā)生雷閃擊的次數(shù)。大量觀測統(tǒng)計資料表明，一個地區(qū)的雷閃頻數(shù)與雷暴日數(shù)成線性關(guān)系。通常，建筑行業(yè)的防雷，更多的注意雷暴日的多少；航空、航海、氣象、通信等行業(yè)越來越關(guān)懷年雷閃頻數(shù)的多少。我國一般按年平均雷暴日數(shù)將雷電活動區(qū)分為少雷區(qū)（15天）、中雷區(qū)（15—40天）、多雷區(qū)（41—90天）、強雷區(qū)（90天）。我國的雷電活動，夏季最活躍，冬季最少。全球分布是赤道四周最活躍，隨緯度上升而削減，極地最少。防雷電學問1.防雷電的對象防護雷電的對象可分為人體、建（構(gòu)）筑物、易燃易爆場所、計算機場地、高電壓設(shè)備等。不同的對象，雷電的防護也有不同。1.1人體防雷電雷電造成的災(zāi)難除經(jīng)濟損失外，還傷及到人的生命。人在患病雷擊時，電流快速通過人體，可引起呼吸中樞麻痹，心臟驟停，造成不同程度的燒傷，嚴峻者可發(fā)生腦組織缺氧而死亡。在雷電多發(fā)的夏季，人們對防雷電應(yīng)當引起高度的重視。當雷電發(fā)生時，應(yīng)盡量避開使用家電設(shè)備，如收音機、電視機、計算機、電話機等，室外天線和電源線要接地良好，空調(diào)器、電冰箱、抽油煙機也要停止使用，以防感應(yīng)雷和雷電波的侵害。房屋門窗要關(guān)閉好，有條件的家庭，門窗可安裝金屬網(wǎng)罩并接地良好，以防球形閃電入室。假如人在戶外，雷雨時應(yīng)準時進入有避雷設(shè)施的場所，不要在孤立的電桿、房檐、大樹、煙囪下躲避。當雷電距離很近時，不要撐開帶鐵桿的雨傘，頭頂上方要避開金屬物，不要使用手機，避開直擊雷的攻擊。在水田勞動或者在河里游泳，應(yīng)馬上離開水中，以防雷電通過水的傳導(dǎo)而遭雷擊。在雷雨中，若感到頭、頸、身體有麻木的感覺，這是即將患病雷擊的先兆，應(yīng)馬上躺下。萬一遇到被雷電擊昏者，應(yīng)馬上進行人工呼吸和外部心臟擠壓按摩，并準時送往醫(yī)院搶救。1.2建（構(gòu)）筑物防雷電城市的高大建（構(gòu)）筑物不斷增加，導(dǎo)致雷擊事故不斷加??；建（構(gòu)）筑物內(nèi)通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等抗干擾力量較弱的現(xiàn)代化電子設(shè)備越來越普及；不少高大建（構(gòu)）筑物的防護設(shè)施不完善使它們的防雷力量先天不足；大量通信、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等未嚴格根據(jù)國家技術(shù)規(guī)范設(shè)計安裝防雷電裝置便投入使用,這些都成為雷電災(zāi)難頻繁發(fā)生的重要緣由。杜絕雷電災(zāi)難重在預(yù)防。高大建（構(gòu)）筑物要按規(guī)范要求安裝防雷電設(shè)施，要嚴格對建（構(gòu)）筑物防雷電設(shè)施的設(shè)計審查、施工監(jiān)督、竣工驗收。開展廣泛的防雷學問宣揚，特殊是對那些高大建（構(gòu)）筑物的全部者，要逐個排查，發(fā)覺問題準時實行措施，限期整改。對無資質(zhì)、資格證進行防雷設(shè)施設(shè)計、施工的單位要堅決取締，做到防患于未然。1.3易燃易爆場所防雷電加油站、液化氣站、自然?氣站、輸油管道、儲油罐（池）、油井、彈藥庫等易燃易爆場所，假如缺少必要的防雷電設(shè)施，將會因雷電災(zāi)難造成重大的損失。這類場所除安裝防直擊雷的設(shè)施外，對儲氣（油）罐（池）及管道、設(shè)備等還必需安裝防靜電感應(yīng)雷、防電磁感應(yīng)雷的裝置，指定專人看護，發(fā)覺問題準時處理，并定期向?qū)I(yè)檢測機構(gòu)申請檢測。1.4計算機及其場地防雷電不少單位為防止計算機及其局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)遭雷擊，便簡潔地在與外部線路連接的調(diào)制解調(diào)器上安裝避雷器，但由于靜電感應(yīng)雷、防電磁感應(yīng)雷主要是通過供電線路破壞設(shè)備的，因此對計算機信息系統(tǒng)的防雷愛護首先是合理地加裝電源避雷器，其次是加裝信號線路和天饋線避雷器。假如大樓信息系統(tǒng)的設(shè)備配置中有計算機中心機房、程控交換機房及機要設(shè)備機房，那么在總電源處要加裝電源避雷器。根據(jù)有關(guān)標準要求，必需在0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)分別加裝避雷器（0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)是根據(jù)雷電消失的強度劃分的）。在各設(shè)備前端分別要加裝串聯(lián)型電源避雷器（多級集成型），以最大限度地抑制雷電感應(yīng)的能量。同時，計算機中心的MODEM、路由器、甚至HUB等都有線路出戶，這些出戶的線路都應(yīng)視為雷電引入通道，都應(yīng)加裝信號避雷器。對樓內(nèi)計算機等電子設(shè)備進行防護的同時，對建（構(gòu)）筑物再安裝防雷設(shè)施就更平安了。1.5高電壓設(shè)備防雷電電力系統(tǒng)的發(fā)電站、高壓變電站、高壓輸電線路等的高電壓設(shè)備，在雷電發(fā)生時極簡單產(chǎn)生超高電壓，造成設(shè)備損毀。通常在工程上，往往要依據(jù)設(shè)備的重要性和對高電壓的耐受力量采納一級或多級設(shè)防。通過采納輸電網(wǎng)金具接地、相線與地線間并聯(lián)電容器或變壓器隔離等方法把高電壓雷電脈沖的幅值降低，使設(shè)備受到愛護。2.防雷電方式防雷電方式有常規(guī)和特別規(guī)兩種。2.1常規(guī)防雷電常規(guī)防雷電可分為防直擊雷電、防感應(yīng)雷電和綜合性防雷電。防直擊雷電的避雷裝置一般由三部分組成，即接閃器、引下線和接地體；接閃器又分為避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)。防感應(yīng)雷電的避雷裝置主要是避雷器。對同一愛護對象同時采納多種避雷裝置，稱為綜合性防雷電。避雷裝置要定期進行檢測，防止因?qū)Ь€的導(dǎo)電性差或接地不良起不到愛護作用。2.1.1避雷針防雷電以避雷針作為接閃器的防雷電。避雷針通過導(dǎo)線接入地下，與地面形成等電位差，利用自身的高度，使電場強度增加到極限值的雷電云電場發(fā)生畸變，開頭電離并下行先導(dǎo)放電；避雷針在強電場作用下產(chǎn)生尖端放電；形成向上先導(dǎo)放電；兩者會合形成雷電通路，隨之瀉入大地，達到避雷效果。實際上，避雷裝置是引雷針，可將四周的雷電引來并提前放電，將雷電電流通過自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避開愛護對象直接遭雷擊。安裝的避雷針和導(dǎo)線通體要有良好的導(dǎo)電性，接地網(wǎng)肯定要保證盡量小的阻抗值。2.1.2避雷線防雷電是通過防護對象的制高點向另外制高點或地面接引金屬線的防雷電。依據(jù)防護對象的不同避雷線分為單根避雷線、雙根避雷線或多根避雷線。可依據(jù)防護對象的外形和體積詳細確定采納不同截面積的避雷線。避雷線一般采納截面積不小于35平方毫米的鍍鋅鋼絞線。它的防護作用等同于在弧垂上每一點都是一根等高的避雷針。2.1.3避雷帶防雷電是指在屋頂四周的女兒墻或屋脊、屋檐上安裝金屬帶做接閃器的防雷電。避雷帶的防護原理與避雷線一樣，由于它的接閃面積大，接閃設(shè)備四周空間電場強度相對比較強，更簡單吸引雷電先導(dǎo)，使四周尤其比它低的物體受雷擊的幾率大大削減。避雷帶的材料一般選用直徑不小于8毫米的圓鋼，或截面積不小于48