雷电及其防护
电工所 孙广生
雷电是极为常见的自然现象,据统计全球平均每秒鈡发生雷电上百次,每天800多万次,一年30多亿次;每年因雷击死亡人数上万。中国早在春秋战国时期便有关于雷电的描述和解释,出于对于大自然的敬畏,汉语中有很多带“雷”字的成语,如:雷霆万钧、雷厉风行、如雷贯耳等等,竟有53个之多。足以证明中国人对于雷电是何等的关注。
说到雷电就不能不提及富兰克林(1706.1.17 —1790.4.17),他是18世纪美国著名的科学家、思想家和政治家。为了对雷电进行探索,他曾经冒着生命危险,作过举世闻名的“风筝实验”。他发明的避雷针,至今已经用了200多年。尽管人类对于雷电研究了几百年,但至今依然有许多不解之谜,例如球雷。
雷电是怎样产生的?它有哪几种主要危害?雷电如何防护?
雷电及其危害
雷电是发生在大气中的高压放电现象。在对流迅速、高度达20公里的积雨云中,水滴的破碎、空气的对流,使云中产生电荷,通常上面带正电,下面带负电。当电位差足够大时,就会产生放电,电流可达30万安培。电压高达1亿至10亿伏特,功率可达一千万瓦。放电弧道温度骤增至2000多度,空气急剧膨胀,产生冲击波和强烈的雷鸣。
在雷电云层中飞行,无疑是极其危险的,现代民航技术严格管控飞行线路尽可能远离雷区。现在飞机遭雷击的事件已经非常罕见,但仍偶有发生。
简单来说发生雷击灾害主要原因,就是带有很高电位、大量电荷的雷云,与零电位的地面发生高压放电,造成地面建筑和树木在瞬间损毁。
在雷电交加的天气里,不要在空旷田野活动,更不能在大树下避雨,这是大家都知道的避免被雷电击的常识。
躲在室内就百分之百安全码?答案是否定的,如果你所居住或工作的房间,没有按防雷规范要求施工,安装必要的防雷装置,又没有按规定定期检测,一旦遇到雷雨天气,说不定就会发生“足不出屋,祸从天降”的悲剧。
随着现代科学技术的发展,各种高科技家用电气产品,如电子计算机、通讯网络、有线电视、手机等快速普及,进入家家户户,使得雷电危害有上升趋势,因此很有必要普及雷电灾害和建筑物防雷的基本知识。
雷电灾害的种类
雷电对于建筑物危害主要有4种:直击雷、地电位反击、雷电波入侵和雷电流电磁感应,后2种为二次雷电危害。
1、直击雷
带电云层直接对大地或地面建筑放电,称为直击雷。雷电流的热效应和机械效应,产生巨大破坏力,导致建筑物及设施的严重破坏,常引发大火次生灾害,危及人畜的生命安全。
2、地电位升高反击
雷电击中具有避雷装置的建筑物或设施,接地体的电位会在数微秒之内抬高到数万或数十万伏,击穿大地绝缘,雷电流从接地装置,流向供电系统、网络信号系统,破坏设备。
3、雷电波入侵
雷击建筑物外部的线缆,雷电波过电压将沿着电缆线路以接近光的速度传播,侵入并危及室内设备。
4、雷电流电磁感应
雷击在附近的建筑物或线路发生,在电源和数据传输线路及金属管道、支架上,产生电磁感应过电压,造成电子设备受到干扰、数据丢失、误动作和暂时瘫痪;甚至击穿元器件、烧毁电路板。在特殊环境(如油罐),感应过电压的放电火花能引发爆炸和火灾。
建筑物雷电防护措施
针对上述几种雷电危害,目前国家规定六层以上建筑物必须安装避雷装置。
1、防直击雷
建筑物防直击雷装置由接闪器、引下线、接地装置组成。
接闪器:指接受雷击的避雷针、避雷带(线)、避雷网,以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。
接地装置:由接地体、接地线、接地网组成。
引下线:接闪器与接地装置之间连接的金属导体。
随着高层建筑的增多,防侧击雷的需求日益迫切。高层建筑外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物必需与防雷装置相连。每隔6m沿建筑物四周安装水平避雷带并与引下线相连。
2、防感应过电压
建筑物内外的金属设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢门窗等较大金属物体,必须全都接到防雷接地装置上。房屋周边,每隔18-24m用引下线接地一次。
3、防雷电波侵入
保护区域内的设备,通过电涌保护器(过电压保护器)、避雷器,接入等电位系统中。微秒甚至纳秒级的瞬态脉冲过电压(雷电波)发生时,设备上的电压幅值限制在能够承受的范围之内。
4、防地电位升高反击
接地电阻是保证避雷系统有效工作的关键,尽量减小接地体的接地电阻可以有效防止地电位升高。
雷电安全保障体系
防雷安全工作涉及千家万户、各行各业,事关人民生命财产安全,影响国家的经济发展和社会稳定。我国已立法赋予气象部门牵头,专门负责防雷工作,制定了一系列法律法规,建立了防雷安全保障体系。
新建筑物设计施工时,必须严格按照国家标准,科学设计、安装防雷设施,并报气象主管部门审核;防雷装置安装竣工后,再由气象主管部门验收。
建筑物投入使用后,所属单位的安全部门,必须按时、定期(每年雨季前)接受具有资质的机构,对该建筑物避雷装置进行检测,发现问题及时整改并复捡,确保避雷装置的质量、安全性能达到国家规范、标准的要求。
雷暴发生时,在室外要远离避雷装置的引下线、接地体。如果发觉雷电可能击中建筑物或入户时,应当立即关闭所有家用电器的电源,远离门窗及室内所有的金属物品,更不能打手机,以减少雷电引发的过电压产生的危害。