雷电危害及防雷措施

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：

摘要： 正确的认识雷电, 科学的掌握雷电的规律及其特性, 严格按照行之有效的防范措施来预防雷电灾害, 最大限度的降低雷电给人类造成的损害。本文通过介绍雷电危害，阐述了对防雷的措施。

1雷电的物理机制

雷电是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层之间, 或是带电的云层和大地之间迅猛的放电现象。一般雷云与大地之间放电所产生的感应电压极高, 雷云之间的感应电压较低。雷击有直接雷击和感应雷击。直接雷击是雷电直接击中物体, 声、光、电现象同时发生; 感应雷击则是当雷电击中地面物体时, 由于闪电电流具有极大的时间变化率( 约25 kA/Ls) , 因而可以在雷电通道附近的所有导体上产生强大的过电压和脉冲电流, 造成损坏。直接雷击比较容易防护, 而感应雷击不易防护, 因为即使雷击点是发生在几百米到几千米附近, 先驱放电阶段空间形成的强电场一样可在天线、电缆, 特别是在电源线上感应产生强大的异性电荷。

2 雷电的危害

2.1 雷电的机械效应

雷电流的电磁作用产生的冲击性机械力称为电动机械力, 在导线的弯曲部分特别大。雷电流瞬时释放巨大能量产生的爆破力, 或雷电流通道形成的冲击波破坏力, 称为非电动机械力。二者都能击毁天线甚至建筑物。

2.2 雷电的热效应

巨大的雷电流通过导体时, 会在极短的时间内转换成大量的热能, 可造成金属熔化、飞溅, 引起火灾或爆炸。

2.3 引入高电位的危害

雷击避雷针时, 达数十、数百安的高频雷电流流过避雷针、引下线和接地装置, 其高电位有可能向附近的建筑物、设备发生反击, 将其破坏; 若雷击了天线, 则沿线路传入的电压

很高, 不仅会损坏沿线的设备, 还会波及室内其它设备, 甚至发生火灾或爆炸事故。

2.4 雷电的二次破坏作用

雷电流强大电场和磁场变化产生的静电感应和电磁感应, 可能引起火花放电, 酿成火灾或爆炸事故。

3 防雷措施

3.1 建筑物的防雷措施

建筑物的防雷, 主要是采用避雷针、避雷带、避雷网、避雷线等作为接闪器, 把强大的雷电流接收下来, 然后通过引下线和良好的接地装置迅速而安全地把它送入大地, 从而避免建筑物遭雷击。接地是防雷技术最重要的环节, 应选择潮湿、土壤电阻率低的地方埋设接地体, 避免在烟囱附近, 因为那里干燥, 土壤电阻率高。

50 年代以后, 我国新建楼房一般采用笼式避雷网与楼顶设置避雷带相结合, 每个楼层及楼的地下部分均设置金属均压环, 从而大大提高了等电位连接的效果。另外, 利用地下建筑基础钢筋网作为接地体, 可大大降低接地装置的电阻值, 而且其牢固耐久性也大大提高。

3.2 室内电子设备的防雷措施

随着科学技术的发展, 电子计算机已被应用于社会各行各业。而近年来, 电子计算机系统频频遭受雷击。本节以计算机为例, 说明室内设备的防雷措施。

3.2.1 提高电子设备的防雷措施

计算机的核心部件就是集成电路。雷电电磁干扰对计算机系统的影响通常是通过电路中对电磁极为敏感的集成电路的半导体元件引入的。有关调查表明, 同一建筑物内或相邻建筑物内的计算机局域网络遭受雷击损坏的情况最为严重,其中计算机同轴网络适配卡的损坏数量最多, 其次是一些具有特定功能的接口适配卡。因此, 对于某些易损部件, 厂商有必要提高其抗扰能力。

3.2.2 加强接地系统的综合设计与管理

在雷击放电时, 建筑物内部产生较大的瞬变空间电磁场。由于计算机多采用总线制同轴网络, 网络各工作站与服务器分置不同楼层, 考虑到美观, 网络干线往往通过紧靠外墙立柱旁的电缆槽垂直布线, 网络干线终结器直接与地网连接, 而电源线和设备保护地线通过建筑物另一侧电缆槽垂直布线, 因而在通信电缆屏蔽层、网络干线终结器接地线、网络适配卡与网络终端设备地线回路及连接到总排流线和地网设备保护地线之间形成一个大的闭合环路, 致使计算机网络受感应雷击而损坏。因此, 对电子计算机房的接地系统提出以下建议:

( 1) 防雷线不可与其它地线合用, 其接地体与其它接地体相距10m以上, 距离建筑物3 m以上, 所有避雷接地体使用一个公共地网, 以便遭受雷击时设备各部分处于等电位。

( 2) 为减少静电感应和电磁感应的干扰, 电子计算机机房的电源应采用有金属屏蔽层的电缆全线直接埋地进线或无金属屏蔽的电缆穿金属管进线, 其它通信电缆也应同样进线。

( 3) 在一切从室外来的导线与接地体或接地线之间并联一种避雷器, 不仅在入户处要并联避雷器, 而且在一些电子仪器的入机壳处, 也需安装避雷器, 堵截雷电的入侵通道。

( 4) 为有效抑制侵入电子设备的雷电感应过电压, 使之不影响设备的正常工作, 在电子设备的终端和接地点之间装设保护器件。在正常工作电压下, 保护器件具有高阻抗, 相当于绝缘介质, 在过电压波侵入时, 它具有很低的动态阻抗, 使过电压波导入大地。但沿电气线路侵入的雷电过电压波往往不能一次就被抑制到仪器的耐冲击水平, 因此采取分级抑制的保护措施。

( 5) 许多雷击事故的分析表明, 多数是由感应雷击造成的。一般的防雷设施, 只要设计合理, 基本能对直击雷起到防护作用, 而对感应雷击的防护力却很低。根据感应雷击的机理, 防护工程中主要采用快速导通的避雷器将感应过电压疏导入地的方案。

( 6) 现代防雷技术目前还不能完全消雷, 其基本思路不过是引雷入地, 对某些精密仪器, 特别是微电子设备, 有时难以获得有效的防雷保护。因此, 应采取孙子兵法的“三十六计, 走为上”的战略思想, 尽量躲开多雷区和易落雷的地点。对于已无法重新选择场址的, 当雷电来临时, 可采取关机、断电、拆开天线等措施, 躲开雷电的袭击, 达到防雷目的。

4防雷装置的检查

4.1 对于重点要害(涉油、涉气)部位, 应在每年春秋两季作定期检查, 对于一般性场所或单位, 应在每年的雷雨季节以前作定期检查, 如有特殊情况, 还要进行临时性的检查。特别是对避雷针、避雷器要进行定期校验。

4.2 当防雷装置各部分导体出现因腐蚀或其他原因引起的折断、锈蚀达30%以上时, 必须进行更换。

4.3 检查是否由于维修建筑物或建筑物本身形状有变动,使防雷装置的保护范围出现缺口。

4.4 检查接闪器有无因雷击后而发生熔化和折断, 避雷器瓷套有无裂纹、碰伤等情况, 并应定期进行预防性试验。

4.5 检查明装引下线有无在验收后又装设了交叉或平行电气线路; 检查断接卡有无接触不良情况和木结构的接闪器支杆有无腐朽现象; 并检查接地装置周围的土壤有无沉陷现象等。

4.6 测量全部接地装置的接地电阻, 应符合安全要求。若发现接地电阻值有很大变化时, 应对接地系统进行全面检查。必要时可补打电极。

4.7 检查有无因挖土、敷设管道或种植树木而挖断接地装置等。

4.8 独立的避雷针及其接地装置不得设在行人经常通过或堆放易燃物的地方。对装有避雷针或避雷带的构架, 不准装设低压线或通讯线等。避雷针、避雷带与引下线应采用焊接方法。

参考文献

[1] 邱正晓.雷电的危害性分析及预防措施[J]. 中国西部科技. 2004(04)

[2] 郑东旗.雷电的形成与直击雷的防范[J]. 学会. 2000(01)