《探析雷电的形成、危害与现代防雷技术》
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摘 要：近些年来,随着高层建筑物的不断涌现及弱电子设备的广泛应用,雷电灾害愈演愈烈.尤其是在夏季,各地区雷电发生频率更是居高不下,不仅会损失电子设备、中断通讯,损毁建筑物,甚至还会严重威胁到人身安全,由此造成的影响及损失不可估量.因此,掌握雷电的形成机理及危害,并在此基础上提出现代防雷技术措施,对于尽可能减少雷电造成的影响及损失,进而保障人们的日常生产生活安全等具有重要意义.
关键词：雷电;形成;危害;现代防雷技术
雷电作为自然界中的一种常见的放电现象,是联合国公布的最为严重的十大自然灾害之一.据相关数据统计,全世界平均每分钟都会发生2000次雷暴过程,全球每年由雷击造成的爆炸、火灾等事故发生率较高,雷击造成的人员伤亡数量在1万人以上.郑州市位于华北平原南部及河南省的中部偏北地区,境内包括平原、山地与丘陵等多种地貌类型.郑州市地处北温带大陆性季风气候区,在气候、地形的影响下导致该地区雷电灾害频发,且由雷击造成的危害及影响也相当严重.据统计,郑州市年平均雷暴日为22.6d,且雷电主要集中在每年夏季的6～8月份,大约占到全年总雷暴日数的77.7%,以7月份雷电发生频率最高,占到夏季雷电总日数的45.4%,占到全年总日数的35.2%.近些年来,随着社会经济与信息技术的快速发展、城市高层、智能化建筑物的显著增多,由雷电造成的影响及危害越来越不容忽视.基于此,本文重点探讨了雷电的形成、危害及现代防雷技术,以切实保障人们的生产、生活安全.
一、雷电的形成
雷电指的是云内、云与大地或云与云之间产生的一种常见的放电现象.夏季午后受到太阳辐射的影响,近地层的空气温度将会明显升高,空气密度会有所下降,與此同时将会产生一定的上升运动.水汽在上升过程中将会不断冷却进而凝结成为小水滴或冰晶粒子,最终形成云团.然而此时由于上层的空气密度较大而逐渐下沉,在上下气流的摩擦与碰撞作用下,水滴与冰晶将会分别带有正、负两种电荷.通常情况下,云的上层为正电荷,云的底层为负电荷,待正负电荷聚集到一定程度后将会产生一定的电位差,一旦电位差较大时往往会产生强烈的放电现象,即形成雷电天气过程.雷电电荷经过放电往往会产生强烈的雷电流,并击穿空气,进而形成一个放电通道,这一过程中出现的强烈闪光即为闪电.由于放电过程中的温度较高,甚至能达到2000℃,空气在热力作用下会快速膨胀,在此过程中还会产生爆炸的冲击波,由此产生的声音即为雷声.
二、雷电的分类及危害
(一)直击雷及其危害
直击雷即为地面隆起物与带电云层之间产生的放电现象.直击雷具有较强的杀伤力,能够在瞬间使人畜毙命.另外,直击雷发生时往往伴随有放电现象,同时还会产生强烈的电压,直接对地面发电机与电力设施产生严重危害,甚至还会出现大面积的停电事故.除此之外,雷电击中物体时还会在短时间内产生较高的热量,并导致物体的温度显著上升,甚至还会导致金属物体出现熔化.在雷电的冲击作用下,云层携带的电荷极易进入到建筑物,再加上温度较高极易导致建筑物内部的线路出现短路,严重影响建筑物内部的日常活动,甚至引发火灾、爆炸等安全事故,对建筑物及人们的生命财产安全构成严重威胁.
(二)雷电感应及其危害
电磁感应与静电感应是最为常见的两种雷电感应现象.当带有大量电荷的云层与地表某凸起物距离比较近时,受到电荷相互作用的影响,地面凸起物的顶部往往会积聚大量与云层相异的电荷.带电云层放电时,地面凸起物顶部的电荷往往会挣脱异性电荷的束缚而沿着凸起物快速传播.而且在此过程中,雷电会产生较强的磁场,并在地面凸出物周围的金属导体的表面产生较高的电压,此时一旦人畜或电气设备与金属物体相互接触时,往往会产生二次放电,不仅会严重影响电气设备的正常运行,甚至还会危及人畜的生命安全.
(三)球形雷及其危害
球形雷即雷电以球状或椭球状进行传播的一种现象,球形雷发生时往往会产生较亮的白光或红光.相关数据统计,球形雷的传播速度大约为2m/s.球形雷往往“无孔不入”,能够通过窗户、烟囱、门等多种途径进入到室内,进而严重损坏建筑物,甚至危及生命.
(四)侵入波及其危害
侵入波指的是雷电击中建筑物、输电线路等金属材料,在此过程中往往会产生强烈的电压、电流,并沿着金属材质管道或输电线路等途径快速传播,进而严重损坏输电线路及用电器.雷电侵入波是发生频率较高且危害比较严重的雷击形式之一.据相关数据统计,雷电侵入波引起的雷击事故占到低压天气系统雷击事故总数的70%以上,严重甚至还会出现人员伤亡.
三、现代防雷技术
(一)躲避
若无法做好雷电灾害的防护工作,在雷雨灾害来临之前应当及时将家用电器、精密电子设备等设备关闭,并及时拔掉电源插头,进而断开电器设备与外界网络线之间的相互连接.另外,还应当构建一套比较完善的雷电探测与预警系统,以确保有效躲避雷电灾害,进而最大限度地减少雷电灾害造成的影响及损失.
(二)引流入地
引流入地是指在建筑物内外相连的网线、电线等传输设备、接地线等上安装有效地避雷泄流装置.在无雷电时此种装置不会影响到传导线路.一旦出现有直击雷或感应雷电时,由雷电产生的电波往往会沿着上述导体进入到室内.为防止室内物体遭受损坏,避雷装置将会充分发挥作用,导致电阻明显下降,并使整个线路位于短路状态,既能够对闪电进行有效分流,还能将雷电流引入大地,进而保障室内设备的安全性.
(三)均衡连接
均衡连接也被称为搭接或等电位连接,既能够有效避免产生雷电高电位反击现象,还能保障导体闪络过程中的安全性.闪电电源属于一个电流波,往往由防雷装置为雷电流提供多种低阻抗通道.因此,应当使用粗导线将闪电流流通部位与各金属物之间相互焊接,以确保等电位.一旦有闪电通过时,各个位置处的电位能够同时增加.就高楼而言,通常可以使用引下线、避雷针等防雷装置作为闪电通道,每间隔一段距离在大楼上设置一个均压环,并将该均压环与引下线之间进行等电位连接,直至其与地极相互连接为止.通常情况下建筑结构的接地电阻位于20～30Ω之间.
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作者简介：李雷茹（1970-）男,汉族,河南洛阳人,大专学历,助理工程师,从事防雷工作.
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