雷电危害的分析与预防(新编版)

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雷电危害的分析与预防(新编

版)

Safety management is an important part of production management. Safety and production are in

the implementation process

雷电危害的分析与预防(新编版)

0概述

雷电是自然界中雷云之间或是雷云与大地之间的一种放电现象。其特点是电压高、电流大、能量释放时间短，具有很大的危害性。在我国多数地区每年都有因雷击造成的种种危害。如1989年8月，黄岛油库因雷击爆炸起火，4t原油燃烧，19人死亡。也有造成电力系统在面积停电，森林大面积烧毁，建筑物毁坏等等。就我们周边单位的一些雷电事故实例而言，1995年某单位由于雷击造成通讯系统几乎瘫痪，严重影响当时的防汛等工作；1997年某水库管理处的通讯设备也因雷击造成数万元损失；1998年7月，一住宅区因雷电造成20多户居民的家电设备被损坏。

1雷电的几点基本理论

1.1雷云结构和雷电的放电机理

雷电的典型结构是中部有强烈的上升气流，在这种气流的作用

下，带正电的冰晶与带负电的水商开始分离，形成一部分带正电荷，一部分带负电荷的雷云。由于异性电荷的不断积累，不同极性的云块之间电场强度不断增大，当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时，就形成了云间放电。不同级性的电荷通过一定的电离通道互相中和，产生强烈的光和热。放电通道发出的这种强光，人们称之为“闪”。而通道所发出的热，使附近的空气突然膨胀，发出霹坜的轰鸣，人们称之为“雷”。

通常雷云的下部带负电，上部带正电。由于雷与雷云之间形成强大的电场。与云间放电一样，当某处积聚的电荷密度很大，造成电场强度达到雷云与地面之间空气游离的临界值时，就为雷云对地放电的发展创造条件，当雷云对地放电打到地面上的闪电即为“落雷”。如果落雷击中人员、建筑物、机电设备和森森树木而造成的危害，人们称之种现象为“雷击事故”。

1.2雷电的放电特性

雷电的破坏作用主要是雷电流引起的。雷电流由零增长到最大幅值这一部分称之为“波头”，所需时间通常只有几微秒；电流下降

的那部分称为“波尾”，时间长约数十微秒。可见雷电流是一种幅值极大，作用时间极短的瞬变过程。

防雷设施的耐雷水平是按雷电流的大小确定的，因此大致掌握雷电流的大小是十分必要的。雷电流幅值大小的变化范围很大，根据我国各地测得的统计数据，绘制出的雷电流幅值概率曲线如图2。图中纵座标I是雷电流幅值的大小（kA），横座标是超过纵座标所示幅值的雷电流出现的概率（%），雷电流幅值超过I的概率，可按下列公式求得：

1gP=-

式中：P──雷电流幅值概率；

I──雷电流幅值（kA）。

另一重要参数是雷电流的上升速度，通常称为“雷电流陡度”，它与雷电感应的变化有着直接的关系，按kA/μs计算。雷电流陡度与雷电流的关系如图3所示。它的数值是由雷电流I对时间t的微分求得：

雷电流陡度α=

开始雷电流陡度的数值很快地增加，以后逐渐变小，当雷电流达到最大幅值时，雷电流陡度变为零。

1.3雷电与气象条件：

雷电活动的强度是因地区而异的，有的地区强，有的地区弱。我国年平均雷电日分布大致划分4个区域，其中长江以北大部分地区年平均雷电日在15~40日之间。年平均雷电日这一数字只能给人们提供某一地区雷电活动的概括情况，雷电活动的强弱程度与落雷概率是两个不同的概念。事实上，即使是在同一地区，雷电活动也是有所不同的，有些地方受局部气象条件的影响，雷电活动可能比邻近地区强得多。

1.4雷击的选择性

雷电危害事故的统计资料说明，雷击的地点和建筑物遭受雷击的部位是有一定规律的，这个规律称为雷击的选择性。

地面上建筑物的性质和形状对雷电的发展是有影响的，当地面上电场不断增强时，在高大建筑物尖顶和边缘上电场强度最大，构成雷电发展的良好条件。在旷野中，即使建筑物并不很高，但是由

于它比较孤立、突出，因而较容易遭受雷击。金属结构的建筑物，由于具有良好的导电性能，也较易遭受雷击。

2雷电危害基本原理分析

根据雷电的产生和造成危害的不同特点，一般将雷电分为直击雷、感应雷、球形雷和雷电侵入波等几种。分析我们周边单位的一些雷电事故实例，雷电感应和雷电侵入波是造成这些雷电危害的主要原因。人们对部分设施直击雷的防范针对性较强，而对感应雷和雷电侵入波的防范却考虑的不够全面，措施上不尽完善。特别是目前大量的通讯系统、家用电器、电脑网络和其它控制设备等均采用集成电路和高灵敏度的电子元器件，它们难以承受雷电造成突发的强磁场或雷电波的侵害致使它们遭受雷击的危害较有普遍性。

2.1雷电的感应作用

雷电感应是由于雷电流的强大电场和磁场变化产生的静电感应和电磁感应造成的。

2.1.1静电感应

当建筑物顶部或其它导体处于雷云与大地间所形成电场中时，

建筑物顶部或导体上就会积聚与雷云下部电荷极性相反的大量电荷。雷云放电后，云与大地间的电场突然消失，建筑物顶部或导体上的电荷来不及立即流散，因而产生很高的对地位，这个对地电位差称为“静电感应电压”。

如图4中，雷去的发展使楼顶和放电体上积蓄了大量正电荷，由于较高的放电体尖端上电场强度较大，当雷云与放电体间的电场强度超过两者之间空气的击穿强度时，雷云对放电体产生放电，使放电电路中正负电荷猛烈地中和，而楼顶的感应电荷却不能以相应的速度流散，于是将会产生高达几十千伏的感应电压。如果楼顶不采取良好的接地，室内的设备即有可能因感应电压而受损。

雷击时，除建筑物产生很高的感应电压外，在输电线路、通讯线路上同样会发生这种现象。如图5所示，由于感应电压，与雷云极性相反的电荷聚积到一段线路上，成为束缚电荷。当雷云与放电体放电时，雷电通道中的电荷猛烈中和，线路上的束缚电荷变为自由电荷，向导线两边流动，形成感应过电压波。据有关资料介绍，高压输电线上的感应过电压可达300~400kV；一般配电线路和通讯线