雷電防護措施及發展趨勢淺析

施昌龍 章蔚

摘要：雷電的危害對象主要是人、建筑物及建筑設施內的各種現代化設備。本文針對雷電災害發生的不同對象、方式試析了雷電防護措施以及雷電防護的最新進展。

關鍵詞：雷電災害雷電防護發展趨勢

中圖分類號： S761 文獻標識碼： A

雷電是最普遍的現象之一。大氣中的強對流伴隨著電荷分布的變化，改變大氣電場，從而形成雷雨云。雷雨云團之間或雷雨云團與大地之間可能由此發生劇烈的放電現象，這種強烈的放電就是閃電，又稱雷電或雷擊。雷擊對人類的生活環境、工作條件等都造成了很大的影響，特別是現代電子信息和新能源技術的發展，雷電的危害變得更加廣泛和深化。在雷鳴電閃的時候，雷電所產生的沖擊波和火光以及雷電電流，常會導致建筑物倒塌、引發火災以及造成電力通信和計算機系統的癱瘓事故，給國民經濟和人民生命財產帶來巨大的損失。

在全球范圍內，雷電發生的頻率是很高的，每秒鐘就有上百次雷電；每天會有800多萬次雷電；一年中平均發生30多億次雷電；因雷擊而死亡的人數達上萬人。我國平均每年因雷擊災害所造成的損失為幾十億元，廣東2002年據統計共發生雷害2263起，造成損失3億多元。因此，雷電防護成為一個嚴峻的話題。

雷電災害通常體現為對人的傷害以及對建筑物的破壞。

雷電對人的傷害方式通常直接雷擊、接觸電壓、旁側閃擊和跨步電壓等四種。

在雷電現象發生時，閃電直接襲擊到人體，由人的頭頂一直通過人體到兩腳，流入到大地?；虍斃纂婋娏魍ㄟ^高大的物體時，強大的雷電電流，會在高大導體上產生高達幾萬到幾十萬伏的電壓。人不小心觸摸到這些物體時，受到這種觸摸電壓的襲擊，會發生觸電事故。如果人就在雷擊中的物體附近，雷電電流就會在人頭頂高度附近，將空氣擊穿，再經過人體泄放下來，使人遭受襲擊。雷擊時，人的兩腳站的地點電位不同，電位差在人的兩腳間會產生電壓，兩腿之間的距離越大，跨步電壓也就越大，雷擊對人的傷害也就越大。

除了對人的傷害，建筑物也常常是雷電襲擊的對象。雷電對建筑物的危害主要通過兩種方式發生。

一是直擊雷。雷雨云對大地或建筑物產生強大的脈沖電流、熾熱的高溫、猛烈的電動力，損壞放電通道上的建筑物、輸電線、室外電氣、電子設備，擊死擊傷人員，同時產生的強烈的電磁感應和電磁輻射，對周圍的電氣、電子設備造成損壞或干擾。

二是雷擊電磁脈沖。雷雨云之間和雷雨云與大地之間放電時，產生的電磁感應、電磁輻射以及雷雨云與輸電線靜電感應電荷在雷擊放電瞬間泄放，形成雷擊電磁脈沖。脈沖產生的過電壓、過電流通過連接建筑物內外的各種金屬管道、電源線、信號線、電視天線等進入室內設備，用電設備遭到損害。

針對上述雷電對人及建筑物的危害方式，在各種不同的情況下，我們就應采取相應的措施進行防護。針對雷擊對人的傷害，我們應做好宣傳，普及防雷常識。

人可以了解雷電發生的時間規律。據統計，我國雷電災害發生也有一定的時間性。在一般情況下，每天的午后發生雷電的概率大。雷電災害發生的集中時段在13時到19時，其中15時到17時發生雷電災害最多。

還要關注天氣預報，增強防雷意識。要認真收聽、收看天氣預報，還可以通過自己的感官來估計雷電來了沒有。比如，仰望天空。當天空中的濃密烏云（積雨云）開始堆積變大變黑、云頂發展很快時，就有可能發生雷暴，此時要想辦法盡快到安全的地方躲一躲。再如，傾聽雜音。如果從小型收音機中聽到刺耳的雜音，即表示附近可能有雷雨云。還有，估計距離。判斷何時雷暴將到達，最簡單的方法是，當看到閃電時，通過計算看見閃電與聽到雷聲的間隔時間長短，來判斷你所處位置與落雷的距離。了解并掌握了這些基本的雷電防護常識，人就可以提前預防，減少雷電對人的傷害。

對建筑物的雷電防護，針對雷電損害的兩種不同方式要采取不同的防護措施，保護建筑物、電力系統及其他一些裝置和設施免遭雷電損害。

防御雷電災害的有效措施就是安裝行之有效的防雷裝置。針對直擊雷的防護主要采用避雷針、避雷帶、引下線及接地體等傳統的外部避雷裝置。避雷針分獨立避雷針和附設避雷針。獨立避雷針不應設在人經常通行的地方。避雷針的保護范圍按滾球法計算。在建筑物的易受雷擊部位，遭受雷擊后果比較嚴重的設施或堆料，如高壓架空電力線路、發電廠和變電站等．應重點采取防直擊雷的措施。

為了防止二次放電，不論是空氣中或地下，都必須保證接閃器、引下線、接地裝置與鄰近導體之間有足夠的安全距離。在任何情況下，第一類防雷建筑物防止二次放電的最小距離不得小于3米，第二類防雷建筑物防止二次放電的最小距離不得小于2 米，不能滿足間距要求時應予跨接。

變配電裝置、可能有雷電沖擊波進入室內的建筑物應考慮雷電沖擊波防護。對雷擊電磁脈沖的防護主要采用SPD。

為了防止雷電沖擊波侵入變配電裝置，可在線路引入端安裝閥型避雷器。閥型避雷器上端接在架空線路上，下端接地。正常時避雷器對地保持絕緣狀態；當雷電沖擊波到來時，避雷器被擊穿，將雷電引入大地，沖擊波過去后．避雷器自動恢復絕緣狀態。

對于建筑物，全長直接埋地電纜供電，入戶處電纜金屬外皮接地；

架空線轉電纜供電，架空線與電纜連接處裝設閥型避雷器，避雷器、電纜金屬外皮、絕緣子鐵腳、金具等一起接地； 架空線供電．入戶處裝設閥型避雷器或保護間隙，井與絕緣子鐵腳、金具一起接地。

在現代避雷體系中，僅有上述防雷措施還不夠，還要考慮等電位連接措施、屏蔽措施以及規范的綜合布線措施。

等電位連接是把建筑物內、附近的所有金屬物統統用電氣連接的方法連接起來，使整座建筑物成為一個良好的等電位體。當雷電襲擊的時候，建筑物內部和附近大體上是等電位的，不會發生內部的設備被高電位反擊和人被雷擊的事故。

此外電力線、電話線、電視信號線纜、網絡輿線等與外界有聯系的金屬設施都要接上合理的電涌保護器，并且電涌保護器的接地端要與建筑物的防雷接地裝置直接進行電氣連接。

屏蔽就是利用金屬網、箱、殼或金屬管子等導體把需要保護的對象包圍起來，使雷電的電磁脈沖波從空間入侵的通道全部屏蔽，使建筑物內的通信設備、電子系統、精密儀器以及自動控制系統等靈敏性而且耐壓水平低的設備免遭雷電電磁脈沖的危害。

為了保證在防雷裝置接閃時照明、動力、電話、電視、網絡等設備的進出管線不受干擾，首先應該將這些電線或纜線穿于金屬管內，以實現可靠的屏蔽，其次應該把這些線路的主干線的垂直部分設置在建筑物的中心部位，且避免附近用作引下線的柱筋，以盡量縮小被感應的范圍。除此之外，還應該注意電源線、天饋線和屋頂高處的燈及航空障礙燈等線路的引入方法，防止雷電波沿這些線路入侵。

電子信息、微電子、雷達、航空、航天等技術的迅速發展，大氣電場測量技術研究的深入，使雷電防護步入綜合雷電防護時代。微電子技術的大量應用和電子設備集成化程度越來越高，雷電防護的對象由強電轉化向弱電系統，雷電防護從簡單的避雷針、避雷線等引雷技術發展到以雷電電磁脈沖防護為核心的綜合性系統性防護，防護對象也從建筑物和電力設備發展到微電子設備和電氣系統的防護。人類的雷電防護技術已全面進入了綜合防護階段，形成了立體式、一體化的雷電防護體系。近年來，市場上出現了貼片式過電壓保護器等各種電磁防護元器件，直接集成在各種電子產品內部，使出廠電子整機便具有雷電防護功能，使得雷電防護技術應用進一步廣泛和深入。

此外，隨著電子制造技術的發展，電子設備日益向著小型化和集成化的方向發展。由于電子設備在外型越來越小的情況下卻集成了比原來更多的功能，因此更容易受到雷電的侵害，雷電防護向集成化、精細化發展。未來集成化、精細化的雷電防護產品將成為獨立的、重要的雷電防護產品類別。

總而言之，雷電是一種經常發生的現象，加強雷電防護可以大大減少雷電災害造成的損失。要積極開展雷電防護，分析雷電危害的類別并積極采取相應措施，力爭將雷電災害的損失降低為零。

參考文獻：

[1]許穎、劉繼、馬宏達、邱傳睿.質疑不正確的《建（構）筑物防雷（電）分類》造成巨大損失或浪費問題.防雷世界商情.2011.01

[2]余乃樅.再談10/350μs和8/20μs沖擊波.防雷技術.2012.08

[3]蔣堯.電子設備的防雷.山西建筑.2009.07.

[4]姜春.電子設備防雷擊有關問題的看法.科技信息.2009.05.