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雷電的基本知識(shí)

電閃雷鳴究竟是怎么回事，早在二百多年前，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林，在雷雨天通過(guò)放風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)，證明了雷擊是大氣中的放電現(xiàn)象，并建立了雷電學(xué)說(shuō)。下面我們來(lái)談?wù)動(dòng)嘘P(guān)雷電的基本知識(shí)。

1.雷電的產(chǎn)生

雷電是發(fā)生在雷雨云中的電學(xué)現(xiàn)象，在數(shù)種云中，只有雷雨云能造成雷電。因此，雷雨云的存在就成了雷電發(fā)生的先決條件。雷雨云在氣象學(xué)里叫積雨云,在大多數(shù)情況下，雷雨云在產(chǎn)生雷電的同時(shí)還伴隨著降水。只有發(fā)展成熟并伸展得很高的積雨云才有雷電現(xiàn)象出現(xiàn)。

在發(fā)展成熟的積雨云里的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，經(jīng)過(guò)一些復(fù)雜過(guò)程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負(fù)電荷。經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)，帶上相同電荷的質(zhì)量較重的物質(zhì)會(huì)到達(dá)云層的下部（一般為負(fù)電荷），帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會(huì)到達(dá)云層的上部（一般為正電荷）。這樣，在雷雨云的不同部位，聚集了兩種不同極性的電荷，同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心，當(dāng)聚集的電荷達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場(chǎng)擊穿（這電場(chǎng)的強(qiáng)度平均可以達(dá)到幾千伏特／厘米，局部區(qū)域可以高達(dá)１萬(wàn)伏特／厘米）。于是，在云與地面之間，或者云的不同部位之間，以及不同云塊之間激發(fā)出耀眼的閃光，這就是閃電。

人們經(jīng)�？匆�(jiàn)的閃電形狀是線狀閃電或枝狀閃電，它有耀眼的光線。整個(gè)閃電像橫向或向下懸掛的枝杈縱橫的樹枝，又像地圖上支流很多的河流。線狀閃電多數(shù)是云對(duì)地的放電：帶負(fù)電荷的云層向下靠近地面時(shí)，地面的凸出物、金屬物等會(huì)被感應(yīng)出正電荷，隨著電場(chǎng)的逐步增強(qiáng)，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(duì)地放電。閃電通道中的空氣急劇增熱，使其溫度高達(dá)30000攝氏度，通道附近的氣壓可增至100個(gè)大氣壓以上，它是對(duì)人類危害較大的一種閃電。

雷電是一種氣體放電現(xiàn)象，形成于大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其成因?yàn)榇髿膺\(yùn)動(dòng)中的劇烈摩擦生電以及云塊切割磁力線。

閃電的形狀常見(jiàn)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(shí)云間的摩擦就形成了雷聲。

2.雷電的主要特點(diǎn)

2.1 沖擊電流大

其電流高達(dá)幾萬(wàn)-幾十萬(wàn)安培。

2.2 時(shí)間短

一般雷擊分為三個(gè)階段，即先導(dǎo)放電、主放電、余光放電。整個(gè)過(guò)程一般不會(huì)超過(guò)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(dá)10千安/微秒。

2.4 沖擊電壓高

強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，其感應(yīng)電壓可高達(dá)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(dá)到一定程度（25—30kV/cm）時(shí)，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(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象。感應(yīng)雷是當(dāng)直擊雷發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，地面某些范圍由于散流電阻大，出現(xiàn)局部高電壓，或在直擊雷放電過(guò)程中，強(qiáng)大的脈沖電流對(duì)周圍的導(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(dāng)雷電直接擊在建筑物上，強(qiáng)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(jī)械力，導(dǎo)致建筑物燃燒或爆炸。另外，當(dāng)雷電擊中接閃器，電流沿引下線向大地瀉放時(shí)，這時(shí)對(duì)地電位升高，有可能向臨近的物體跳擊，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(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，使得周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物就會(huì)引發(fā)火災(zāi)和爆炸，而感應(yīng)到正在聯(lián)機(jī)的導(dǎo)線上就會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞性。

3.2.1靜電感應(yīng)雷

帶有大量負(fù)電荷的雷云所產(chǎn)生的電場(chǎng)將會(huì)在金屬導(dǎo)線上感應(yīng)出被電場(chǎng)束縛的正電荷。當(dāng)雷云對(duì)地放電或云間放電時(shí)，云層中的負(fù)電荷在一瞬間消失了（嚴(yán)格說(shuō)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(shì)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(chǎng)所、計(jì)算機(jī)及其場(chǎng)地的防靜電問(wèn)題，應(yīng)特別重視。

3.2.2電磁感應(yīng)雷

雷擊發(fā)生在供電線路附近，或擊在避雷針上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，此交變電磁場(chǎng)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(jī)會(huì)反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機(jī)會(huì)和程度一般來(lái)說(shuō)是增加了，對(duì)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，接地體一定要處于低阻抗?fàn)顟B(tài)。

3.3 雷電波引入的破壞

當(dāng)雷電接近架空管線時(shí)，高壓沖擊波會(huì)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。如果附近有可燃物，容易釀成火災(zāi)。

4.雷電的描述

在氣象學(xué)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(lái)表征某個(gè)地方雷電活動(dòng)的頻繁程度和強(qiáng)度。此外，也使用年雷閃頻數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)雷電活動(dòng),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(cè)統(tǒng)計(jì)資料表明，一個(gè)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，更多的注重雷暴日的多少；航空、航海、氣象、通信等行業(yè)越來(lái)越關(guān)心年雷閃頻數(shù)的多少。

我國(guó)一般按年平均雷暴日數(shù)將雷電活動(dòng)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(qiáng)雷區(qū)（>90天）。

1.防雷電的對(duì)象

防護(hù)雷電的對(duì)象可分為人體、建（構(gòu)）筑物、易燃易爆場(chǎng)所、計(jì)算機(jī)場(chǎng)地、高電壓設(shè)備等。不同的對(duì)象，雷電的防護(hù)也有不同。

1.1 人體防雷電

雷電造成的災(zāi)害除經(jīng)濟(jì)損失外，還傷及到人的生命。人在遭受雷擊時(shí)，電流迅速通過(guò)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(yán)重者可發(fā)生腦組織缺氧而死亡。

在雷電多發(fā)的夏季，人們對(duì)防雷電應(yīng)該引起高度的重視。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，應(yīng)盡量避免使用家電設(shè)備，如收音機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、電話機(jī)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(jī)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。如果人在戶外，雷雨時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)入有避雷設(shè)施的場(chǎng)所，不要在孤立的電桿、房檐、大樹、煙囪下躲避。當(dāng)雷電距離很近時(shí)，不要撐開(kāi)帶鐵桿的雨傘，頭頂上方要避開(kāi)金屬物，不要使用手機(jī)，避免直擊雷的襲擊。在水田勞動(dòng)或者在河里游泳，應(yīng)立即離開(kāi)水中，以防雷電通過(guò)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(jué)，這是即將遭受雷擊的先兆，應(yīng)立即躺下。萬(wàn)一遇到被雷電擊昏者，應(yīng)立即進(jìn)行人工呼吸和外部心臟擠壓按摩，并及時(shí)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等抗干擾能力較弱的現(xiàn)代化電子設(shè)備越來(lái)越普及；不少高大建（構(gòu)）筑物的防護(hù)設(shè)施不完善使它們的防雷能力先天不足；大量通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等未嚴(yán)格按照國(guó)家技術(shù)規(guī)范設(shè)計(jì)安裝防雷電裝置便投入使用, 這些都成為雷電災(zāi)害頻繁發(fā)生的重要原因。

杜絕雷電災(zāi)害重在預(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(yán)格對(duì)建（構(gòu)）筑物防雷電設(shè)施的設(shè)計(jì)審查、施工監(jiān)督、竣工驗(yàn)收。開(kāi)展廣泛的防雷知識(shí)宣傳，特別是對(duì)那些高大建（構(gòu)）筑物的所有者，要逐個(gè)排查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施，限期整改。對(duì)無(wú)資質(zhì)、資格證進(jìn)行防雷設(shè)施設(shè)計(jì)、施工的單位要堅(jiān)決取締，做到防患于未然。

1.3 易燃易爆場(chǎng)所防雷電

加油站、液化氣站、天然氣站、輸油管道、儲(chǔ)油罐（池）、油井、彈藥庫(kù)等易燃易爆場(chǎng)所，如果缺少必要的防雷電設(shè)施，將會(huì)因雷電災(zāi)害造成重大的損失。這類場(chǎng)所除安裝防直擊雷的設(shè)施外，對(duì)儲(chǔ)氣（油）罐（池）及管道、設(shè)備等還必須安裝防靜電感應(yīng)雷、防電磁感應(yīng)雷的裝置，指定專人看護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，并定期向?qū)�業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)檢測(cè)。

1.4 計(jì)算機(jī)及其場(chǎng)地防雷電

不少單位為防止計(jì)算機(jī)及其局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)遭雷擊，便簡(jiǎn)單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(guò)供電線路破壞設(shè)備的，因此對(duì)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)首先是合理地加裝電源避雷器，其次是加裝信號(hào)線路和天饋線避雷器。如果大樓信息系統(tǒng)的設(shè)備配置中有計(jì)算機(jī)中心機(jī)房、程控交換機(jī)房及機(jī)要設(shè)備機(jī)房，那么在總電源處要加裝電源避雷器。按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，必須在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)是按照雷電出現(xiàn)的強(qiáng)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(jí)集成型），以較大限度地抑制雷電感應(yīng)的能量。同時(shí)，計(jì)算機(jī)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(hào)避雷器。對(duì)樓內(nèi)計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備進(jìn)行防護(hù)的同時(shí)，對(duì)建（構(gòu)）筑物再安裝防雷設(shè)施就更安全了。

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(shí)容易產(chǎn)生超高電壓，造成設(shè)備損毀。通常在工程上，往往要根據(jù)設(shè)備的重要性和對(duì)高電壓的耐受能力采用一級(jí)或多級(jí)設(shè)防。通過(guò)采用輸電網(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)備受到保護(hù)。

2.防雷電方式

防雷電方式有常規(guī)和非常規(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(duì)同一保護(hù)對(duì)象同時(shí)采用多種避雷裝置，稱為綜合性防雷電。避雷裝置要定期進(jìn)行檢測(cè)，防止因?qū)Ь�的導(dǎo)電性差或接地不良起不到保護(hù)作用。

2.1.1避雷針?lè)览纂?

以避雷針作為接閃器的防雷電。避雷針通過(guò)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(chǎng)強(qiáng)度增加到極限值的雷電云電場(chǎng)發(fā)生畸變，開(kāi)始電離并下行先導(dǎo)放電；避雷針在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電；形成向上先導(dǎo)放電；兩者會(huì)合形成雷電通路，隨之瀉入大地，達(dá)到避雷效果。

實(shí)際上，避雷裝置是引雷針，可將周圍的雷電引來(lái)并提前放電，將雷電電流通過(guò)自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避免保護(hù)對(duì)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)一定要保證盡量小的阻抗值。

2.1.2避雷線防雷電

是通過(guò)防護(hù)對(duì)象的制高點(diǎn)向另外制高點(diǎn)或地面接引金屬線的防雷電。根據(jù)防護(hù)對(duì)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�？筛鶕�(jù)防護(hù)對(duì)象的形狀和體積具體確定采用不同截面積的避雷線。避雷線一般采用截面積不小于35平方毫米的鍍鋅鋼絞線。它的防護(hù)作用等同于在弧垂上每一點(diǎn)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(hù)原理與避雷線一樣，由于它的接閃面積大，接閃設(shè)備附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)比較強(qiáng)，更容易吸引雷電先導(dǎo)，使附近尤其比它低的物體受雷擊的幾率大大減少。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平方毫米、厚度不少于4毫米的扁鋼。

2.1.4避雷網(wǎng)防雷電

避雷網(wǎng)分明網(wǎng)和暗網(wǎng)。明網(wǎng)防雷電是將金屬線制成的網(wǎng)，架在建（構(gòu)）筑物頂部空間，用截面積足夠大的金屬物與大地連接的防雷電。暗網(wǎng)是利用建（構(gòu)）筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行雷電防護(hù)。只要每層樓的樓板內(nèi)的鋼筋與梁、柱、墻內(nèi)的鋼筋有可靠的電氣連接，并與層臺(tái)和地樁有良好的電氣連接，形成可靠的暗網(wǎng)，則這種方法要比其他防護(hù)設(shè)施更為有效。無(wú)論是明網(wǎng)還是暗網(wǎng)，網(wǎng)格越密，防雷的可靠性越好。

2.1.5避雷器防雷電

避雷器，又稱做電涌保護(hù)器。避雷器防雷電是把因雷電感應(yīng)而竄入電力線、信號(hào)傳輸線的高電壓限制在一定范圍內(nèi)，保證用電設(shè)備不被擊穿。常用的避雷器種類繁多，可分為三大類，有放電間歇型、閥型和傳輸線分流型。

設(shè)備遭雷擊受損通常有四種情況，一是直接遭受雷擊而損壞；二是雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的信號(hào)線、電源線或其他金屬管線侵入使設(shè)備受損；三是設(shè)備接地體在雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電位形成地電位“反擊”而損壞；四是設(shè)備安裝的方法或安裝位置不當(dāng)，受雷電在空間分布的電場(chǎng)、磁場(chǎng)影響而損壞。加裝避雷器可把電器設(shè)備兩端實(shí)際承受的電壓限制在安全電壓內(nèi)，起到保護(hù)設(shè)備的作用。

2.1.6 綜合性防雷電

是相對(duì)于局部防雷電和單一措施防雷電的一種綜合性防雷電。設(shè)計(jì)時(shí)除針對(duì)被保護(hù)對(duì)象的具體情況外，還要了解其周圍的天氣環(huán)境條件和防護(hù)區(qū)域的雷電活動(dòng)規(guī)律，確定直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)等級(jí)和主要技術(shù)參數(shù)。采取綜合性防雷電措施。程控交換機(jī)、計(jì)算機(jī)設(shè)備安放在窗戶附近，或?qū)⑵鋱?chǎng)所安置在建筑物的頂層都不利于防雷。將計(jì)算機(jī)房放在高層建筑物頂四層，或者設(shè)備所在高度高于樓頂避雷帶，這些作法都非常容易遭受雷電襲擊。

2.2 非常規(guī)防雷電

目前，除前面介紹的常規(guī)防雷裝置外，也有采用激光束引雷、火箭引雷、水柱引雷、放射性避雷針、排雷器等防雷裝置進(jìn)行雷電防護(hù)，這些防雷裝置稱為非常規(guī)防雷裝置。大多數(shù)非常規(guī)防雷裝置還處于研究實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)新的更為有效的避雷技術(shù)的探索仍在繼續(xù)。

2.2.1激光引雷

用強(qiáng)度足夠的激光束射向雷云，來(lái)定向引導(dǎo)雷電，起到主動(dòng)截雷或引雷效果。

2.2.2火箭引雷

用小火箭牽引一條金屬絲直接發(fā)射到雷云中實(shí)現(xiàn)人工觸發(fā)雷擊而達(dá)到引雷目的。

2.2.3 水柱引雷

利用脈動(dòng)加壓式高壓水槍將水柱射向雷云形成引雷通道的方法。

2.2.4 放射性避雷針

在避雷針等接閃裝置頂部預(yù)先裝上放射性物質(zhì)或感應(yīng)圈，加大空氣電離程度提高引雷效率。起到增高避雷針高度的作用。

2.2.5 排雷器

在被保護(hù)物的頂部放置一個(gè)能生成與雷云同極性電荷的裝置，使其下方形成一個(gè)排雷區(qū)，起到防雷作用。