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1、第一章雷电及其参数n雷电是大自然中最宏伟和恐怖的气体放电现象。对雷电的物理本质了解始于18世纪，最有名的当属美国的富兰克林和俄国的罗蒙诺索夫。富兰克林在18世纪中期提出了雷电是大气中的火花放电，首次阐述了避雷针的原理并进行了试验；罗蒙诺索夫则提出了关于乌云起电的学说。近几十年来，由于雷电放电对于现代航空、电力、通信、建筑等领域都有很大的影响，促使人们从20世纪30年代开始加强了对雷电及其防护技术的研究，特别是利用高速摄影、数字记录、雷电定向定位等现代测量技术所作的实测研究的成果，大大丰富了人们对雷电的认识。n第一节雷云的产生和雷电放电过程1.1.1雷电发生机理n雷电是由雷云放电引起的，关于雷云
2、的聚集和带电至今还没有令人满意的解释，目前比较普遍的看法是：热气流上升时冷凝产生冰晶，气流中的冰晶碰撞后分裂导致较轻的部分带负电荷并被风吹走形成大块的雷云；较重的部分带正电荷并可能凝聚成水滴下降，它们在重力作用下下落的速度大，并在下落过程中与其他水份粒子发生碰撞，结果一部分被另一水生成物捕获，增大水成物的体积，另一部分云粒子被反弹回去，这些反弹回去的云粒子通常带正电荷，悬浮在空中形成一些局部带正电的云区，而水生成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子的下降速度慢，因而正、负电荷的微粒逐惭分离，最后形成带正电的云粒在云的上部，而带负电的水成物在云的下部。整块雷云里边可以有若干个电荷中心。
3、负电荷中心，离地大约50010000m。它在地面上感应出大量的正电荷。n随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度（大气中约为30kV/cm，有水滴存在时约为10kV/cm）时，就会发生云间或对大地的火花放电。雷电放电包括雷云对大地，雷云对雷云和雷云内部的放电现象。大多数雷云放电都是在雷点与雷云之间进行的，只有少数是对地进行的。在防雷工程中，主要关心的是雷云对大地的放电，如图1-1所示。图图1-1云对地放电云对地放电n雷云对大地放电通常分为先导放电、主放电和辉光放电三个阶段。云一地之间的线状雷电在开始时往往从雷云边缘向地面发展，以逐级推进方式向下发展。每级长度约102
4、00m，每级的伸展速度约107m/s，各级之间有10100s的停歇，所以平均发展速度只有（18）105m/s，这种放电称为先导放电，如图如图1-3所示所示。当先导接近地面时，地面上一些高耸的物体（如塔尖或山顶）因周围电场强度达到了能使空气电离的程度，会发出向上的迎面先导。当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和过程，出现极大的电流（数十到数百千安），伴随着雷鸣和闪光，这就是雷电的主放电阶段。主放电的过程极短，只有50100s，它是沿着负的下行先导通道，由下而上逆向发展，故又称“回击”，其速度高达21071.5108m/s。以上是负电荷雷云对地放电的基本过程，可称为下行负雷闪；对应于正电荷雷
5、云对地放电的下行正雷闪所占的比例很小，其发展过程亦基本相似。主放电完成后，云中剩余的电荷沿着原来的主放电通道继续流入大地，看到的是一片模糊的发光，这就是辉光放电。n以上是负电荷雷云对地放电的基本过程，可称为下行负雷闪；对应于正电荷雷云对地放电的下行正雷闪所占的比例很小，其发展过程亦基本相似。主放电完成后，云中剩余的电荷沿着原来的主放电通道继续流入大地，看到的是一片模糊的发光，这就是辉光放电。n从旋转相机拍下的光学照片显示，大多数云对地雷击是重复的，即在第一次雷击形成的放电通道中，会有多次放电尾随，放电之间的间隔大约为0.5500ms。主要原因是：在雷云带电的过程中，在云中可形成若干个密度较高的
6、电荷中心，第一次先导一主放电冲击泄放的主要是第一个电荷中心的电荷。在第一次冲击完成之后，主放电通道暂时还保持高于周围大气的电导率，别的电荷中心将沿已有的主放电通道对地放电，从而形成多重雷击。第二次及以后的放电，先导都是自上而下连续发展的，没有停顿现象。放电的数目平均为23次，最多观测到42次。通常第一次冲击放电的电流最大，以后的电流幅值都比较小。图图1-2所示为用旋转相机和高压示波器拍摄和记录的负雷云对地放电的典型过程和电流波形。图图1-2 雷电放电的发展过程和雷电流的波形n若地面上存在特别高的导电性能良好的接地物体时，也可能首先从该物体顶端出发，发展向上的先导，称上行雷。但上行雷先导到达雷云
7、时，一般不会发生主放电进程，这是因为雷云的导电性能比大地差得多，难以在极短的时间内提供为中和先导通道中电荷所需要的主放电电流，而只能向雷云深处发展多分支的云中先导。通过宽广区域的电晕流洼，从分散的水性质点上卸下电荷，汇集起来，以中和上行先导中的部分电荷。这样电流放电过程显然只能是较缓和的，而不可能有大冲击电流的特性。其放电电流流一般不足千安，而延续时间则较长，可能长达10-1s。此外，上行先导从一开始就出现分支的概率较大。n雷击时的等值电路n雷击地面发生主放电的开始，可以用图图1-3中开关S的闭合来表示。图中Z是被击物与大地（零电位）之间的阻抗，是先导放电通道中电荷的线密度，S闭合之前相当于先
8、导放电阶段。S突然闭合，相当于主放电开始，如图图1-3（b）所示。发生主放电时，将有大量的正、负电荷沿先导通道逆向运动，并中和雷云中的负电荷。由于电荷的运动形成电流，因此雷击点A的电位也突然发生变化（u=iZ）。雷电流的大小与先导通道的电荷密度以及主放电的发展速度有关（i=v）。n在防雷研究中，最关心的是雷击点A的电位升高，而可以不考虑主放电速度、先导电荷密度及具体的雷击物理过程，因此可以从点的电位出发来把雷电放电过程简化为一个数学模型，如图图1-3（c）所示；进而得到其彼得逊等值电路，如图图1-3中（d）、（e）所示。图中，Z0表示雷电通道的波阻抗（我国规程建议取300400）。需要说明的是
9、：尽管雷云有很高的初始电位才可能导致主放电，但地面被击物体的电位并不取决于这一初始电位，而是取决于雷电流与被击物体阻抗的乘积。所以，从电源的性质看，雷电具有电流源的性质。图图1-3雷电放电模型和等值电路n在雷击点A与地中零电位面之间串接着一个阻抗，它可以代表被击中物体的接地电阻R，也可以代表被击物体的波阻抗Z。从图图1-3（e）中可以看出，当Z=0时，i=2i0；若Ztf，这种情况下tlag主要决定于ts。为了减小ts，一方面可提高外施电压使气隙中出现有效电子的概率增加，另一方面可采用人工光源照射，使阴极释放出更多电子。如用较小的球隙测冲击电压通常采取照射措施就是一例。在较长间隙中，电场不均匀
10、，局部场强高，出现有效电子的概率增加，统计时延短，放电时延往往主要决定于tf，且电场越不均匀tf越长。n三、雷电50%冲击击穿电压（U50%）n在持续电压作用下，当气体状态不变时，间隙距离一定，击穿电压就具有确定的数值，当间隙上所加电压达到击穿电压时，间隙就被击穿。n在冲击电压作用下，保持冲击电压波形不变，逐渐提高冲击电压的幅值，在幅值很低时，虽然多次重复施加冲击电压，但间隙均不击穿；随着幅值增高，间隙有时击穿而有时不击穿，这是因为随着外加电压的升高，放电时延缩短；当电压幅值增加到某一定值时，由于放电时延有分散性，对于较短的放电时延，击穿已有可能发生，而较长的放电时延，击穿则不发生。也就是说，
11、在多次施加同一电压值时，有时击穿，有时不击穿；随着电压幅值继续升高，间隙击穿的百分比越来越增加；最后，当电压超过某一值后，间隙百分之百击穿。n由于冲击电压作用下放电有分散性，所以很难准确得到一个使间隙击穿的最低电压值，因此工程上采用50%冲击击穿电压（U50%）来描述间隙的冲击击穿特性，即在多次施加同一电压时，用间隙击穿概率为50的电压值来反映间隙的耐受冲击电压的特性。n图1-8“棒-棒”和“棒-板”长空气间隙的雷电50%冲击击穿电压和极间距离的关系1-正极性“棒-板”；2-正极性“棒-棒”；3-负极性“棒-棒”；4-负极性“棒-板”；n采用50%冲击击穿电压决定绝缘距离时，应根据击穿电压分散
12、性的大小，留有一定的裕度。在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿电压分散性小，其U50%和静态击穿电压Us相差不大，因此冲击系数（U50%与Us之比）接近1。而在极不均匀电场中，由于放电时延较长，其冲击系数均大于1，击穿电压分散性也大一些，其标准偏差可取3%。n实验表明：“棒-棒”和“棒-板”在间隙距离不很大时（几百厘米内）的冲击击穿特性有极性效应，气隙距离较大时同样存在极性效应，图图1-8给出了“棒-棒”和“棒-板”长空气间隙的雷电50%冲击击穿电压和极间距离的关系，可以看出：“棒-板”气隙有明显的极性效应，“棒-棒”气隙也有极性效应。n四、伏秒特性n由于雷电冲击电压持续时间短，间隙的击穿存在放电
13、时延现象，所以仅靠U50%冲击击穿电压来表征间隙击穿特性是不够的，还必须将击穿电压值与放电时间联系起来确定间隙的击穿特性，也就是伏秒特性，它是表征气隙击穿特性的另一种方法。n图1-9表示通过实验绘制气隙伏秒特性的方法，其步骤是保持间隙距离不变、保持冲击电压波形不变，逐级升高电压使气隙发生击穿，记录击穿电压波形，读取击穿电压值U与击穿时间t。注意到当电压不很高时击穿一般在波尾时间发生，当电压很高时，击穿百分比将达100%，放电时间大大缩短，击穿可能在波头时间发生。以图图1-9三个坐标点为例说明绘制方法：击穿发生在波前时，U与t均取击穿时的值（图中2、3坐标点）；击穿发生在波尾时，U取波峰值，t取
14、击穿时对应值（图中1坐标点）；将1、2、3各点连接起来，即可得到伏秒特性曲线。n图1-9气隙伏秒特性曲线的绘制方法（虚线表示原始冲击电压波形）n图1-10伏秒特性带与50%伏秒特性n1-上包线，2-50%伏秒特性，3-下包线，4-U50%n间隙的伏秒特性曲线的形状与间隙中的电场分布有关。在均匀电场和稍不均匀电场中，击穿时平均场强较高，放电发展较快，放电时延较短，伏秒特性曲线平坦；在极不均匀电场中，平均击穿场强较低，放电时延较长，放电分散性大，伏秒特性曲线较为陡峭。n实际上，放电时间有分散性，即在每级电压下可测得不同的放电时间，所以伏秒特性是如图1-10所示的以上、下包线为界的带状区域。工程上为
15、方便起见，通常用平均伏秒特性或50%伏秒特性曲线表征气隙的冲击击穿特性，在绝缘配合中伏秒特性具有重要意义。n图1-11表示被保护设备绝缘的伏秒特性1与保护间隙的伏秒特性2配合的情况，这种配合可达到完全保护，因为伏秒特性1的下包线时时都在伏秒特性2的上包线之上，即任何情况下保护间隙都会先动作从而保护了电气设备的绝缘。为了节约被保护设备的绝缘造价，应使伏秒特性1与伏秒特性2的间隔不致过大，要求保护间隙2的伏秒特性低而平坦。n用伏秒特性表征气隙的冲击击穿特性较为全面和准确，但其制作相当费时。在某些情况下，只用某一特定的，如50%冲击击穿电压值就够了。图1-11 伏秒特性的正确配合第二节、雷电放电的基
16、本型式与特点n雷电放电的基本型式n 雷电放电主要有三种主要的型式即1、云对地放电；2、云对云放电；3、云内放电。因第1种型式云对地放电对人类的活动影响较大，所以我们主要关心的是云对地放电。n（1）、云对地放电形成的直击雷（如图图1-1所示）当云层对地较低、或地面有高耸的尖端突起物时，雷云对地之间就会形成较高的场强，当场强达到一定的值时，雷云就会向地面发展向下的先导，当先导到达地面，或与大地迎面先导会合时，就开始主放电阶段。n在主放电中雷云与大地之间所聚集的大量电荷通过狭小的电离通道发生猛烈的电荷中和，放出能量，产生强烈的声和光，即电闪、雷鸣。在雷击点，有巨大的电流流过。大多数雷电流的峰值有几十
17、千安，也有少数达到上百千安。由于雷击是大极短的时间内释放较大的能量，因而会造成极大地破坏作用。n（2）、云对云放电当带不同电荷的云团相遇时，就会发生云对云的放电，云对云的放电其实是最主要的雷电活动型式。云对云放电对人类活动的影响要比云对地放电小得多，不会产生直击雷，直接造成人身伤亡和建筑物损毁事故。但云对云放电会在线路和网络上产生感应雷过电压，过电压的大小视雷电活动强弱和放电雷云离地面的高低而定。感应雷电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境（如土壤电阻率）、遭受感应雷击的线路的长度、线路埋设位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。一般来讲，云对云放电越强烈
18、，参与放电的云层离地面越低，所产生的感应雷过电压就愈高，反之则愈弱。感应雷的产生可由“静电感应”的效应产生，也可由“电磁感应”的效应产生，但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。n（a）静电感应形成的感应雷过程、静电感应在线路中感应的过电压可由地闪引起，也可由云闪引起。例如：在架空线路上空有一团雷云，雷云底部带负电荷，由于静电感应，雷云将在大地上感应出正电荷，雷云与大地形成电场，因架空线处于该电场中而被极化，在靠雷云一侧带正电荷，靠大地一侧带负电荷，由于架空线路与大地间的绝缘不会无穷大，因此导线上的负电荷便向左右两方向移动渐渐泄入大地，导线上仅存有受雷击束缚的正电荷。在这片雷云对另一雷云放
19、电或者对大地放电时，则雷云与大地间的电场随之消失，导线上的束缚电荷变成自由电荷，并立即向导线两端移动，形成对地电压。（b）电磁感应形成的感应雷过程、最初人们认为感应雷主要是由静电感应的效应形成，根据这一理论，在线路上被感应出的雷过电压应该和线路架设的高度成正比，那么埋地电缆的架设高度为零，自然被感应出的雷过电压也应该为零，但实际当中经检测在埋地电缆上的雷过电压可高达数万伏，这里用静电感应的理论显然不能完善的解释这种现象。近年来，随着防雷科学技术研究的不断深入，一种新的解释理论产生了，这就是感应雷的电磁感应生成机理解释方法，这种方法认为：当直击雷放电过程中，强大的脉冲电流所产生的强力变化磁场将会
20、对周围的导线或金属物体产生电磁感应，从而引发过电压，以致发生闪击的现象。n（3）云内放电当带电云团的内部，带异号电荷中心之间的电场强疫达到空气间隙的击穿值时会发生云内放电，云内放电的强度一般都不会特高，属于最弱的一种雷电活动型式，对人类活动几乎没有什么影响，因而也很少受到人们的关注。n（4）球形雷、是一种橙色或红色的类似于火焰的发光球体，偶尔也有黄色、蓝色或紫色的。大多数球雷的直径在10100cm之间，球雷多在强雷暴时空中闪电最频繁的时候出现。球形雷通常沿水平方向以12m/s的速度上下滚动，有时距地面23m，有时距地面0.51m，它在空气中的漂游时间可由几秒到几分钟。关于球形雷的形成机理至今尚
21、无合理的解释，通常认为球雷是强雷暴时产生的分裂带电或放电云团。球雷常由建筑物的孔洞或门窗进入室内，最常见的是沿大树滚下进入建筑物并伴有“嘶嘶”声。球雷有时自然爆炸，有时遇到金属管线而爆炸。球雷有时遇到易燃物质则造成燃烧，遇到易燃、易爆气体或液体会造成剧烈的爆炸。有的球形雷会不留痕迹地自行消失，但大多数则伴有爆炸声，爆炸后偶尔有硫磺、臭氧或二氧化碳气味。球形雷火球可辐射出大量的热量，因此它的烧伤力较大。n防护球形雷并不困难，比如采用法拉弟笼式避雷网，或将建筑物的金屋门窗接地，在雷雨天气时关闭门窗。堵上建筑物上不必要的孔洞。储存易燃、易爆物体的仓库和厂房的门窗和排气孔要加装接地的金属属防护网等措施
22、。n1.2.2雷电放电的选择性n 在同一区域内雷击分布不均匀的现象称为“雷电放电的选择性”。雷击虽是小概率事件，但它的发生仍有一定的规律可循。如河南省信阳市有一山名“振雷山”，之所以得名“振雷山”主要是信阳市大多数雷电活动时，雷电都在该山区活动，并多次发生对地雷击放电的现象。也就是说雷电活动在一定的区域内，特别是云对地放电会受地形、地势和季风的影响有一定的规律，掌握这些规律对防雷具有重要意义。n（1）雷击与地形、地势的关系、对于山区来说，雷电活动受地形、地势的影响较为明显，因为山区雷云的活动主要受季风的影响，而季风又受山势及地形的影响，比如两侧有高山、碍口，那么雷云就会随着季风的作用从山谷或碍
23、口穿越，这时如果附近有突出物，就会引起雷云对地放电，位于这些地段的线路或设施要么合理避让，要么采取特别的防雷措施。n（2）雷击与地质的关系、从现场资料分析可知：如果地面土壤分布不均匀，则在土壤电阻率特别小的地区，雷击的概率较大，这是由于由于静电感应的作用，在雷电先导放电阶段，地中的感应电流沿着电阻率较小的路径流通，使地面电阻率较小的区域被感而积累了大量与雷云相反的电荷，而雷电自然就朝这电阻率较小的地区发展。这就是为什么山区地下有金属矿的地方遭雷击概率大，河流附近雷击概率大的原因。n（3）雷击与地面设施的关系、当雷云运动到离地面较近的低空时，雷云与地面之间的电场受地面设施的影响而发生畸变，有时在
24、突出的物体上由于电场强度增大，还会发生向上的迎面先导，雷电放电自然就容易在雷云与地面设施之间发生。这就是为什么高塔和高耸的建筑物容易遭受雷击的根本原因。n（4）局部小气侯与雷击放电的关系、在雷电活动时工厂烟排出的热气流注、烟气（因烟气中含有导电的微粒和金属离子）它们比空气的电阻率小得多，有时更相当于半导体流注，一方面缩短了雷云与地面的矩离，另一方面会引起电场发生畸变，从而引导了雷击的发生，上海宝钢化工公司2005年8月17日的雷害事故，据分析就是由于局部小气侯的影响。n2005年8月17日21时45分，化工三期煤精酚水控制室操作人员听到一声爆炸巨响，A母线失电。当电气点检工到达现场时，发现3p
25、-5403B开关柜门被炸变形，当时立即确认为3kvA母故障失电，一时无法恢复送电。本次雷害事故直接损失如上所述是损坏了三台3kv开关，并造成了化工三期A母线失电6个小时。由于A母和B母系统为备用，所以没有造成主设备停电，否则，如雷电同时造成A母和B母同时停电，则后果将不甚设想，将造成较大的损失。宝钢化工公司位于上海市东北方长江边上，化工公司紧靠长江，距长江入海口仅几十公里。n属于海洋性气侯，每年的雷电活动日为70左、右，属于强雷电活动区。在局部区域，雷电的活动规律是一般在山谷、河流和地面有突起物，地面有向上排放气流的场所，或地下有金属矿的地方落雷密度最大。而宝钢化工公司所处的地理气象条件有多种
26、因素符合高密度雷击的条件如：（1）位于江边符合位于河流傍的条件；（2）地面林立有大量的构筑物，符合地面有突起物的条件；（3）地下有大量的金属管道，对应地下有金属矿的条件；特别值得一提的是该公司所处厂区有几处凉水塔向天空排放大量的热蒸气（见图112和图1-13），造成局部的“小气侯”，即造成空气中介质的不均匀，甚至是突变，因为热蒸汽的介电常数r与大气的介电常数o有较大的差异，介电常数的变化会影响电场强度的变化，所以这种突变会导致雷云下的电场的畸变，从而影响雷云放电的几率，改变雷云放电的通道，加大局部区域的雷电放电概率。一旦空中有带电的雷云在附近活动，受畸变电场的影响，雷电荷会沿着热蒸气排放通道放
27、电，从而击中地面的突起物。通过以上分析可知宝钢化工公司所处场所属于强雷电气象条件下的高落雷密度地区。另外，2005年8月17日事故发生时，宝钢厂区电闪雷呜，雷电活动强烈，也证明了该事故的起因是雷电造成的。图1-13凉水塔形成的小气侯图1-12、凉水塔形成的小气侯n1.2.3我国雷电活动分布规律n我们国家幅原辽阔，从位于亚热带的海南到位于寒带的莫河距离几千公里，从东边沿海地区西到云贵高原，降雨量和雷电活动相差很大，但总的来说则有如下规律：n（1）南方的雷电活动多于北方，从南到北逐惭减少，海南地区的雷电日高达180多个，而西北新疆地区雷电日则少于20。n（2）沿海多于内地，在其他条件相同时，沿海地
28、区的雷电活动明显高于内地。如浙江、福建沿海的雷电活动明显高于同一纬度的内陆地区。n（3）山区高于平原，位于同一地区的山区雷电活动明显高于平原地区。n（4）东部高于西部，特别是东北地区的雷电活动明显高于处于同一纬度的西北地区，这主要是受东北降雨量明显高于西北地区的原因，也就是说雷电活动和降雨量基本上是一至的。n（5）在同一地区会受地形、地势、地质和小气候的影响差异较大，因而在防雷措施上也要因地制宜，制订针对性的防雷措施。第三节、雷电的危害及防雷基本知识n雷电效应n雷电具有很大的破坏性，能够摧毁房屋，劈裂树木伤害人畜，损坏电气设备和电力线路。雷击放电所出现的各种物理现象和危害有：n（1）电效应n在
29、雷电放电时，能产生高达数万伏的冲击电压，足以烧毁电力系统的发电机、变压器、断路器等电气设备或将输电线路绝缘击穿而发生短路，导致可燃、易燃易爆物品着火和爆炸。n（2）热效应n当几十至几千安的强大雷电流通过导体时，在极短时间内转换出大量的热能。雷击点的发热能量为5002000J，这一能量可熔化50200mm3的钢，故在雷电通道中产生的高温，往往会酿成火灾。n（3）机械效应n由于雷电的热效应，还将使雷电通道中木材纤维缝隙和其它结构中间的缝隙里的空气剧烈膨胀，同时使水分及其它物质分解为气体。因而在被雷击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或造成爆炸。n（4）静电感应n当金属物处于雷云和
30、大地电场中时，金属物上会生出大量的电荷。雷云放电后，云和大地间的电场虽然消失，但金属物上所感应积聚的电荷却来不及逸散，因而产生很高的对地电压（即静电感应电压）。静电感应电压往往高达几万伏，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电，因此，对于存放可燃性物品及易燃、易爆物品的仓库是很危险的。n（5）电磁感应n雷电具有很高的电压和很大的电流，同时又是在极短暂的时间内发生的。因此在它周围的空间里，将产生强大的交变磁场，不仅会使处在这一电磁场的导体感应出较大的电动势，并且还会在构成闭合回路的金属物中感应电流，这时如果回路中有的地方接触电阻较大，就会局部发热或发生火花放电，这对于存放易燃、易爆物品的建筑物
31、是非常危险的。n（6）雷电侵入波n雷电在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路或管道迅速传播。若侵入建筑物内，可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿，产生短路，或使建筑物内易燃、易爆物品燃烧和爆炸。n（7）防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用n当防雷装置受雷击时，在接闪器、引下线和接地体上都具有很高的电压。如果防雷装置与建筑物内、外的电气设备、电气线路或其它金属管道的相隔距离很近，它们之间就会产生放电，这种现象称为反击。反击可能引起电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿，甚至造成易燃、易爆物品着火和爆炸。n（8）雷电对人的危害n雷击电流迅速通过人体，可立即使呼吸中枢麻痹，心室纤颤或心跳骤停，以
32、致使脑组织及一些主要脏器受到严重损害，出现休克或突然死亡，雷击时产生的电火花，还可使人遭到不同程度的烧伤。n雷电的危害及防护n雷雨多发季节，雷电造成的灾害除经济损失外，还可造成人身伤害以致威胁到人的生命安全。n人是导电体，若被雷电直接击中头部，并且通过躯体传到地面，可以使心脏和神经麻痹，心脏可能停止跳动，或者发生室颤，就是心跳极不规则，心脏不能有效地射血，被击者无脉搏、无血压；脑神经受损可直接抑制心跳和呼吸中枢，使人几分钟内死亡。此外，尽管没有被雷电直接击中，也可能会造成伤害。这是由于人体距离雷击点很近时，一部分雷电电流可通过”跨步电压”进入人体。n在雷击灾害中，我们对雷电伤害人身的事故特别关
33、注。一般来讲，当云地闪电现象，也就是云与大地之间产生雷电释放的现象发生时，雷电电流从云中泄放到地面，才会对人的活动造成大的影响。近些年，雷电伤人事件不断：2007年5月23日，重庆开县一学校遭雷击，造成7名学生死亡，40多人受伤。同日，该市梁平县又有两人在户外田野行走时遭雷击死亡。6月4日，广东省罗定市一林场工棚发生雷击事件，造成5人死亡3人受伤。6月11日，福建省气象局宣布，2007年1至5月该省重大雷电灾害造成9人死亡，13人受伤。湖南省发生了727起雷电事故，已造成19人死亡。据湖南省气象局不完全统计，全省今年上半年发生雷电事故727起，引发火灾、爆炸事故8起，造成19人死亡、29人受伤
34、。国家气象局的统计表明，我国每年将近1000人遭雷击死亡，雷击造成的直接经济损失近10亿元。雷电灾害已成为危害程度仅次于暴雨洪涝、气象地质灾害的第三大气象灾害。n雷电对人的伤害方式，归纳起来有四种形式，即：直接雷击、接触电压、旁侧闪击和跨步电压。（1）直接雷击：在雷电现象发生时，闪电直接袭击到人体，因为人是一个很好的导体，高达几万到十几万安培的雷电电流，由人的头顶部一直通过人体到两脚，流入到大地。人因此而遭到雷击，受到雷电的击伤，严重的甚至死亡。n2007年月日时分左右，5月23日下午4时34分，重庆开县义和镇政府兴业村小学正在电闪雷鸣中正常上课，但是突然之间强大的雷电袭击了这所小学，据目击者
35、称，当时这所小学四年级和六年级各有一个班正在上课，一声惊天巨响之后，教室里腾起一团黑烟，烟雾中两个班共95名学生和上课老师几乎全部倒在了地上，衣服、鞋子和课本碎屑撒了一地。截至目前，此次雷击事件共造成兴业村小学四年级和六年级学生7人死亡、19人重伤、20人轻伤。兴业村小学校舍是年由村民投工投劳建成的，年又进行了一番维修，由于教室是砖石结构，条件好于土木结构和土石结构的教室，因此不属于一类和二类危房，不在农村中小学危房改造项目之列，县里面比这所小学条件差的还有不少。n目前开县农村小学中的老房子都没有防雷装置，只有新建的楼房才有。重庆市气象局初步勘查后发现，发生事故的小学教室并没有采取避雷措施，兴
36、业村本来就地处雷电多发区，而兴业村小学位于一个山包上，位置突出，周围又有水田和水塘，再加上教室前面种有大树，种种因素都增加了雷击事故发生的机率。想起那场惊天动地的雷击，很多人仍然心有余悸。（2）接触电压：当雷电电流通过高大的物体，如高的建筑物、树木、金属构筑物等泄放下来时，强大的雷电电流，会在高大导体上产生高达几万到几十万伏的电压。人不小心触摸到这些物体时，受到这种触摸电压的袭击，发生触电事故。n（3）旁侧闪击：当雷电击中一个物体时，强大的雷电电流，通过物体泄放到大地。一般情况下，电流是最容易通过电阻小的通道穿流的。人体的电阻很小，如果人就在这雷击中的物体附近，雷电电流就会在人头顶高度附近，将
37、空气击穿，再经过人体泄放下来。使人遭受袭击。（4）跨步电压：当雷电从云中泄放到大地时，就会产生一个电位场。电位的分布是越靠近地面雷击点的地方电位越高；远离雷击点的电位就低。如果在雷击时，人的两脚站的地点电位不同，这种电位差在人的两脚间就产生电压，也就有电流通过人的下肢。两腿之间的距离越大，跨步电压也就越大。n河北省阜平县海沿村的一个奶牛场落成后的4年中竟遭受了8次雷击，奶牛频频死伤。然而，令人惊奇的是，饲养奶牛的农民每次都安然无恙。海沿村地处太行山区，较为贫困，年人均收入只有600元。奶牛场是一个扶贫项目，2002年建成至今多次发生数十头奶牛被雷电击倒的事件，先后有6头奶牛被击死，15头奶牛不
38、同程度受伤。然而，人却无一伤亡。这是因为雷电落地后，地面不同点的电压不一样，会产生跨步电压，牛前后四脚着地，跨步电压大，而人在劳作时双脚基本并拢，跨步电压最小，避免了受伤。至于海沿村屡遭雷击的原因，邻近村里有人说是“闹鬼”，也有人说是地下有稀有矿脉引来了雷电。而海沿村村民认为这是一种自然现象，他们采取措施防雷，在奶牛场劳作时都会穿上胶鞋，雷电来时松开牛架，关掉机器设备等。当地气象人员解释，雷电频发是因为海沿村的地理位置，以及奶牛场的钢架结构。海沿村村西是苍海湖，村东是流泉河，南北都是山梁，很容易造成上空正负电荷汇集，产生雷暴，而奶牛场的钢架结构吸引雷电释放，产生强电流场。为此海沿村将安装防雷设
39、置，张新利说，海沿村已被列为防雷重点村，拟在该村东北方向和南侧山顶建设主动避雷塔8套，在奶牛场建小避雷针6套。安装完毕后，奶牛场在雷暴天气中也将安然无事。n针对上述四种雷电袭击人的方式，在各种不同的情况下，我们就应采取相应的措施进行预防。n对雷电的预防主要分为室内预防和室外预防两种。n1.室内预防雷击n（1）电视机的室外天线在雷雨天要与电视机脱离，而与接地线连接。n（2）雷雨天气应关好门窗，防止球形雷窜入室内造成危害。n（3）雷暴时，人体最好离开可能传来雷电侵入波的线路和设备1.5m以上。也就是说，尽量暂时不用电器，最好拔掉电源插头；不要打电话；不要靠近室内的金属设备如暖气片。自来水管、下水管
40、，不要接触煤气管道、自来水管道以及各种带电装置，以防止侧击雷与球雷侵入；要尽量离开电源线、电话线。广播线，以防止这些线路和设备对人体的二次放电。另外，不要穿潮湿的衣服，不要靠近潮湿的墙壁。n2.室外如何避免雷击n（1）为了防止反击事故和跨步电压伤人，要远离建筑物的避雷针及其接地引下线。n（2）要远离各种天线、电线杆、高塔、烟囱、旗杆，如有条件应进入有宽大金属构架、有防雷设施的建筑物或金属壳的汽车和船只，但是帆布蓬车和拖拉机、摩托车等在雷电发生时是比较危险的，应尽快离开。n（3应尽量离开山丘、海滨、河边、池旁；切勿游泳或从事其他水上运动，不宜进行户外球类、攀爬、骑驾等运动，离开水面以及其他空旷场
41、地；应尽快离开铁丝网、金属晒衣绳。孤独的树木和没有防雷装置的孤立的小建筑等。n（4）雷雨天气尽量不要在旷野里行走。不要用金属杆的雨伞，不要把带有金属杆的工具如铁锹、锄头扛在肩上；不要使用手机打电话；如果有急事需要赶路时，要穿塑料等不侵水的雨衣；要走的慢些，步子小点；不要骑在牲畜上或自行车上行走；人在遭受雷击前，会突然有头发竖起或皮肤颤动的感觉，这时应立刻躺倒在地，或选择低洼处蹲下，双脚并拢，双臂抱膝，头部下俯，尽量缩小暴露面即可。在室内让他两脚并拢，在户外特别注意，一个就是你应当躲避高大的建筑物或者物体，像树木、铁塔，或者是电线杆类似这些地方都要躲避开来。再有一点就是要躲水体，像有一些在水田里
42、劳作，或者在池塘里打鱼，都要赶快要躲避水体。除此之外要注意，咱们一般出去的时候比方打伞，或者是农民朋友扛着锄头、铁锨，这些都要避免，都要放在地下。如果有防雷措施的一些建筑物，你到那里去躲避是可以的。n如果没有，像刚才讲的小的水泵房，看瓜的小棚子，那些都是架起来很高的，也不要到那儿去躲避。万一没有地方躲避怎么办？你就要两腿并拢，就地蹲下。如果有防雷措施的一些建筑物，你到那里去躲避是可以的。如果没有，像刚才讲的小的水泵房，看瓜的小棚子，那些都是架起来很高的，也不要到那儿去躲避。万一没有地方躲避怎么办？你就要两腿并拢，就地蹲下。n1.3.3家用电器防雷的基本知识n雷电是一种大气自然现象,若避雷不当,
43、雷电能对人民的生命和财产造成危害。在寻常百姓家,电视、电话、音响、电脑、空调等已相当普遍。为免遭雷击,在雷雨天气条件下安全使用家用电器尤为重要。影响家用电器安全的雷电有两种基本形式:一种是直击雷,第二种是感应雷。其中感应雷又是威胁家用电器安全的主要雷电形式。感应雷侵入家庭的主要通道为电源线、电话线、有线电视和无线电视的馈线。当雷电感应作用于这些通道时,通道上就会产生很高的电磁脉冲,电磁脉冲就会对电器设备造成危害。事实证明,许多家用电器对电磁脉冲都较为敏感,当电磁场强度达0.03GS时就会使电器设备产生误动作,当电磁场强度达到2.4GS时电器设备就会被烧坏。n目前，常被人们忽略的是感应雷入侵的第
44、四个途径，即家用电器的安装未与建筑物的外墙及柱子保持一定距离。因为当住户所在的建筑物发生直击雷或侧击雷时，强大的雷电流将沿着建筑物的外墙及柱子流入地下。在这个过程中，由于建筑物的外墙或柱子有强大的雷电流流过，便在周围的空间产生电场和磁场，如果家用电器与外墙或柱子靠得太近，则可能受到损坏。n为了防止家用电器遭受雷击，首先，建筑物应按防雷设计规范装设直击雷防护设施，如避雷针、引下线和接地体，它们能把雷电流的大部分引入地下泄放；其次，引入住宅的电源线、电话线、电视信号线均应屏蔽接地引入，这样部分雷电流又会泄入地下。n为确保安全，一般家庭需要安装三个避雷器：单相电源避雷器、电视机馈线避雷器和电话机避雷
45、器。避雷器的作用是对从线路上入侵的雷电电磁脉冲进行分流限压，从而实现家用电器的安全。n家用电器的安装位置应尽量离外墙或柱子远一点。还要注意经常定期检查家用电器所共同使用的接地线，大多数家用电器的外壳几乎都与这条接地线相连，其主要目的是对人身安全起保护作用。当安装避雷器时，所有避雷器的接地都是与这条接地线相连的，如果这条接地线松脱或断开，家用电器的外壳就可能带电，避雷器也无法正常工作。n在打雷的时候，如果看到闪电，立即就听到雷声，这说明雷电离你的住所很近，这时所有的家用电器都要拔下插头，最好断开电源。对于电视机和电脑来说，还要同时把有线电视信号线及网络连接线、电话线拔下来。因为这两种电器最怕雷击
46、。冰箱空调也不可大意。对于金属外壳的家用电器，还要接上地线，防患于未然。n另外，由于电脑等超大规模集成电路灵敏度异常高，即使在有电脑设施的建筑物上安装了避雷装置，雷击所产生的电磁感应和静电感应，仍会形成高电压冲击波，使电子设备被击坏。所以雷雨天气，最好不要使用电脑。n影响家用电器安全的主要原因是由于感应雷的侵入而引起。对于一个家庭来说，感应雷侵入主要有四条途径：供电线、电话线、有线电视或无线电视的馈线、住房的外墙或柱子。市民拔下电源线后，如果没有一起拔下有线电视信号接线，那么雷电电磁脉冲很可能通过该线直接进入家用电器，从而遭到损坏。n如何才能确保家用电器免遭雷击呢?n(1)电源处防雷：我们可以
47、通过在电源处加装微型避雷器或者放电间隙来达到防入侵雷电波的目的。如图1-3所示,相线与零线之间装一只FYS-0.22kV氧化锌无间隙避雷器,这不仅可以有效防雷,还能防止由于三相四线进户零线断线引起中性点位移而产生的过电压危及人身和家用电器安全。目前,低压氧化锌避雷器体积甚小,有的还将其埋入家用电器的插头里,使每一件家用电器都通过低压氧化锌避雷器有可靠接地。图1-14家用电器系统防雷接线图n(2)电视机及其他家用电器防雷n1）有线电视机防雷：通过加装高压开关自动切断雷电从白色电缆和电源进入电视机的途径来达到防雷击的目的，与避雷器放电防雷有本质的区别，它不用接地线，可避免因接地不良造成引雷而入的问
48、题。它伴随电视机而工作，一旦关掉电视机能立即自动切断白色电缆和电源的进线。该保护器设有延时保护，启动后半分钟内电视机不工作，能自动切断外接天线和电源进线，足以防止雷电从外接天线和电源进入电视机。n2）无线电视机防雷：可以在天线处装保护间隙来防护直击雷，当雷电发生时，雷电过电压首先击穿放电间隙，雷电流经间隙而入地，从而达到保护电视机的目的，但应注意，该保护间隙应保证可靠接地。n不管是那类电视机，雷雨时,应该关闭门窗,严防球形雷窜入室内，停止收看电视,并且把天线、电源插头全部拔掉,做到防患于未然。n3）其他电器防雷：在引入住宅的各类电器如电源线、电话线、电视信号线、冰箱等处分别安装单项电源避雷器、电话机避雷器、电视信号避雷器，同时家用电器的安放位置尽量离外墙和柱子远一些，以免感应过电压对家电造成伤害。n(3)要严格按照建筑物防雷设计规范的要求,设计安装建筑物防雷设施,主要防直击雷,如安装避雷针、避雷带或避雷线等。n(4)要定期进行检查接地装置的可靠性。目前,许多家庭还没有按照上述防雷方法进行防雷,拔掉电源和信号线插头,可作为雷雨天防雷的一种应急措施。n综上所述雷电对家用电器的危害是相当严重的,应根据实际情况采取相应的防雷措施,尽量避免遭受不必要的损失。