摘要:本文介绍了雷电灾害的背景及现状,逐步深入了解了雷电过程及危害形式,系统性的对防雷减灾管理和防雷减灾技术的应用和发展进行分析和研究,明确发展方向和目标,保证防雷减灾工作的顺利完成。
关键词:直击雷;感应雷;球形雷;雷电电磁脉冲
中图分类号:P429 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)27-0101-03
1前 言
雷电灾害,是目前我国十大自然灾害之一。据相关部门统计,全世界平均每分钟发生雷暴2 000次,全球每年因雷击造成的人员伤亡超过1万人,所导致的水灾、爆炸等时有发生,而我国有21个省区市雷暴日在50天以上,最多的可达134天。雷暴给人们生活带来了极大的安全隐患,尤其是近年来,中国社会经济、信息技术特别是计算机网络技术的飞速发展,城市高层建筑日益增多,由此雷电危害造成的损失也将越来越大。雷电是众多大气现象中的一种,但雷电产生的强大电磁脉冲(LEMP)具有极大的破坏性。它具有发生范围广、频率高、强度大等特点。
防雷减灾成为国家保护人民生命财产的重要内容,受到各级政府的高度重视。《中国人民共和国气象法》的实施,促进了我国防雷减灾行业的管理,繁荣了防雷市场,提高了防雷工作的科技含量,为国民经济建设和社会的稳定起到了有力的保障作用。
2防雷减灾技术基础
雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间放电现象。当雷电发生时,产生强大的雷击电流、炙热的高温、猛烈的冲击波、瞬变的电池场和强烈的电磁辐射等综合物理效应,对建筑物、电子电气装备和人、畜造成危害,是一种严重的气象自然灾害。
2.1直击雷
直击雷是带点的云层与大地上某一点之间发生迅猛放电现象。雷电流也是电流,它具有电流所具有的一切效应,不同的是它在短时间以脉冲的形式通过强大的电流;尤其是直击雷,它的峰值有几十kA,以至几百kA。它的峰值时间(从雷电流上升至1/2峰值算起,直至下降到1/2峰值至的时间间隔),通常负闪击只有几微秒到十几微秒,正闪击较长些,正是这种特殊情况,使雷电流具有它特殊的破坏作用。
2.2感应雷
感应雷是带电的云层由于静电感应和电磁感应作用,使地面某一范围带上相反的电荷,当直击雷发生后,云层所带电荷迅速消失,而地面某些范围由于散流电阻大,散流速度相对较慢,以致出现局部高电位,或者由于直击雷放电过程中,产生强大的电磁脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电位以致发生闪击的现象。
2.3球形雷
球雷是一种橙色或红色的类似火焰的发光球体,偶尔也有黄色、蓝色或绿色的。大多数火球的直径在10 cm～100 cm左右。球雷多在强雷暴时空中普通闪电最频繁的时候出现。它在空中漂游时间可由几秒到几分钟,常由建筑物的孔洞、烟囱或开着的门窗进入室内,有时也通过不接地的门窗铁丝网进入室内。
2.4雷电电磁脉冲
雷电电磁脉冲,简称LEMP,是天空打雷时产生的作为干扰源的强大闪电流及其电磁场。它的感应范围很大,对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。
3现代防雷技术
3.1直击雷防护
说起防雷,人们只会想到避雷针、避雷网、引下线及地网,有了这些并不意味着你的设备就安全了,这只不过是解决雷击时不使强大的雷电直接击中处于地表面较高位置的设施和设备。而直击雷不只是由在你装有避雷针、避雷网之上发生,凡处在地表表面的凸出物,比如高低压输电线、电话线、电视接收天线、电杆、旗杆、树、竹等均属直接引雷入地的良导体,直击雷在引下线上产生的强电流在其周围感应出强磁电场。
对直击雷的防护措施,首先应根据需保护的建筑物或装置等重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果,按照有关规范做出正确的评估;其次,根据规范对各类防雷建筑物或装置的不同要求,选择合理的接闪器(针、网、带)类型和高度、引下线的截面积、间距及数量、接地装置的结构和达到设计要求的接地电阻,均压环的设置及距离、等电位连接、防高电位反击的距离等措施,这样就形成较为全面的直击雷防护措施。
3.2感应雷防护
感应雷击是由于雷电引起的静电感应和雷电电磁脉冲通过电源供电线路,室内外信号数据传输线、天馈线进入机房的各种管道、电缆进入电子信息系统,击毁各类用电设备和微电子芯片,使设备遭到永久性损失。防御雷电引起的静电感应和电磁脉冲干扰的理想防雷设计方案是笼式避雷网,它利用的是法拉第笼原理。建筑物的金属结构物遍及各处,不用很多钢材就可很容易连接起来形成法拉第笼,从而建筑物内的电子设备得到很好的屏蔽。屏蔽做得好,不仅能防御空间电磁波的辐射,而且还可使建筑物内部的分流和均压达到最佳效果。
3.3球型雷防护
防护球雷措施最好的是笼式避雷网,如果达不到笼式避雷网条件,就在建筑物的门窗上安装金属纱网并接地;堵好建筑物墙面上不必要的孔洞;烟囱与出气管上口均要加装铁丝网并接地;储存或损伤易燃易爆物体的仓库和厂房的烟囱和放气管应加装阻火器并接地,对高大树木下的重要建筑物尤其要采取防护球雷的措施。
3.4等电位连接
等电位连接是将雷电侵入的“路”断掉,使其不对内部设施造成损坏。等电位连接是将各类电气、电子信息设备和分开的导电装置用等电位连接导体连接,以减少装置所在建筑物金属构件与装置之间或装置与装置之间因雷电产生的电位差。利用钢筋混凝土结构的建筑物所有金属构件的多重连接,建立一个三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。任何器件之间的电位差均衡到它们可以接受的程度,则永远不会被电击穿损坏。
4防雷措施
雷电活动是雷云放电的自然现象,雷电现象的机理十分复杂,至今尚未有一个无懈可击的理论,防雷工程也必然涉及到多方面的技术。所以从行政管理、技术标准、工程实践各个角度说,防雷都是一个系统工程。
4.1加强防雷检测行业管理
避雷装置安全检测,不同于一般的业务工作,涉及到各行各业,依法进行安全检测和技术服务,必须有完善的组织机构,进行规范化管理。防雷部门聚集着防雷技术、人才等各方面的优势,特别是相当一部分部、委系统防雷的技术力量、设备配置都有较强的实力和基础,有的多年在开展这项工作,但这些部门和系统都是自成体系,各自为政,没有形成一个完整的体系,缺乏规范化管理。那么,如何利用好各方面的优势,履行好政府赋予我们的管理职能,又不造成行业垄断的态势。应建立避雷装置安全检测网,比较好地发挥各方面的职能作用。如果只依靠气象部门承担检测任务,难以达到预期的目的,有的部门、特殊行业不是我们力所能及的。只有最大限度地调动各方面的积极因素,才能更好地履行《气象法》赋予我们的职能。为加强检测管理工作,制定了检测资质审批制度、资质年审制度、检测人员持证上岗制度、复检制度、资料报送制度、重大事故报告制度、检测仪器年检标定制度等,使管理工作更加规范化。
4.2加强雷电防护资料管理
雷电灾害大多是由直击雷、雷电感应和雷电波入侵引起的,局部性强。在气象部门现行的《地面气象观测规范》中涉及雷电天气现象的观测项目主要为闪电和雷暴,是作为两种天气现象分别予以记录。若按现有的雷电观测资料对于地上在建筑物防雷工程设计中雷暴日数的应用标准以及雷电发生发展规律的研究继而建立雷电灾害预警监测系统等在某种程度上尚存在一些不足。而在航天、航空等领域所需的雷电探测资料更被细化、范围也更广、测量技术要求也更高,包括电磁发生演变过程以及雷暴云的电结构、起电机制等。完善的雷电检测体系有利于提升防雷工作的科学性和扩大雷电探测资料的应用领域,对于雷电灾害预警机制的建立也有重要的意义。
目前,雷电灾害资料主要来源于四方面:一是在雷电防护工作常规检查和检测中发现;二是雷电灾害受损单位和用户在办理保险理赔过程中要求气象部门提供雷电证明或保险公司、有关单位和用户咨询雷电发生情况时获知;三是从广播电台、电视和报纸等大众媒体的报道以及从年鉴资料和部门简报中获知;四是通过在区域内设置的几个人工雨量观测人员发现雷电灾害后上报的。上述4种雷电灾害资料来源均存在着较大局限性,容易被遗漏,时效也被延误而失去现场调查价值。全面而完善的雷电灾害资料对于分析雷电灾害的发生机制和规律、建立雷电灾害的预警系统有着重要的作用和应用价值。有必要建立由各有关单位、部门参加的雷电防护信息网络,明确责任,形成由下而上的雷电灾害上报(备案)制度,做到全年重要雷电灾害资料不遗漏,另外,雷电灾害档案资料也是开展雷电防护广泛宣传和对广大市民进行雷电安全教育的良好教材。
4.3建设项目雷击风险评价
风险是可使未来的管理遭受损失的不确定性因素,风险就是发生不幸事件的概率。就工程风险而言,风险评估已成为项目可行性研究及质量广义化可靠性认证的重要手段及度量指标之一。根据建设项目所在地近30年的雷电资料分析,得出雷电的主导方向和次主导方向,以及雷电方向玫瑰图,评估该建筑物的雷电截收面积、落雷密度;现场勘测土壤电阻率,绘制土壤电阻率玫瑰图,评估土壤对雷电流的散流系数及方向,从而为建设单位专业设计提出《雷击风险评价报告书》。
4.4新建建筑物防雷设计审核、施工监理及竣工验收
建筑物防雷装置审核前期主要分为防雷管理、设计和施工角度来评估的。从防雷管理的角度,新建建筑物防雷装置前期可行性评估主要程序是首先认真学习有关的防雷规范和施工图集(《建筑物防雷设计安装图集》〈99D501-1〉),掌握有关技术要求,注意平时的经验交流,互相学习、讨论、共同提高审核水平。再次,查看建筑水平总说明和规划许可证,了解建筑的性质、用途、栋数、总建筑面积等情况,查看总平面图、建筑施工图及把握整栋建筑物的建筑、结构概括和功能分区、用途、基础、转换层、标准层、屋顶等重要部位的详细情况。最后,根据建筑物地理位置综合环境、全套电力施工图和防雷设计图(屋顶防雷平面图、基础接地平面图、均压环设计图、等电位连接图、转换层防雷平面图、玻璃幕墙接地设计图)做出明确具体的可行性评估意见。从防雷设计的角度新建建筑物防雷装置前期可行性评价程序依次为基础接地系统评估、接地线系统评估、均压环系统评估、侧击雷系统评估、屋面接闪器系统评估、电源防雷电波入侵系统评估、信号线防雷电波入侵系统评估和等电位系统。从建设项目防雷装置施工监审、竣工验收角度防雷施工竣工评估程序依次为防雷设施隐蔽工程分段检测、桩、承台、地梁、桩筋引下线、均压环、外墙金属门窗、避雷网格、避雷带、避雷针、等电位、避雷器、电磁脉冲性能等相关评价。
5结论
本文初步探讨了防雷减灾及综合防雷减灾技术的应用和发展研究,首先,对防雷减灾的基础理论进行了概述,总结了雷电主要的表现形式及危害方式。其次,由于科技的发展,雷电灾害的形式得以改变,防雷减灾工作应该从少数专业人员扩大到全社会,目光转向高新技术的防护,重点从强电转到弱电防护上来,遵循科学、经济和耐用可靠性原则,层层防护,采取全方位的防护。再次,根据雷电的主要表现形式,对每种形式的防护技术作了分别的研究,提出了防护的原理和方法。最后,从系统工程的角度,分析防雷技术标准在各行业不统一,重复甚至矛盾,法规上缺乏系统工程的观念;技术措施不完善,人员的防雷工程知识缺乏系统性,实践中缺乏系统工程的观念。要做好防雷管理工作,必须加强防雷检测行业、雷电防护资料的管理,制定较为完善的规章制度,加强队伍素质建设,建立政府、技术机构、全社会共同参与的防雷减灾管理体系,对雷击风险评估的主要内容和目的进行了探讨。对防雷管理的主要内容是新建筑物防雷设计审核、施工监理及竣工验收的内容和技术方法进行了深入的研究,给出了具体的操作规程,对实际工作有重要的参考价值。
Measure of the Thunder Reduces Natural Disasters
in the Dyke and Measuring Summary
Li Xiaocong
Abstract: This text introduces the background of the thunder and lightning calamity and current situation, understand the thunder and lightning course and danger form in depth progressively, tie Interconnected system to defend thunder is it manage and defend thunder not to reduce natural disasters application and development of technology go on the analysis and research to reduce natural disasters, define developing direction sum Goal, is it defend thunder reduce natural disasters smooth completion that work to guarantee.
Key words: Attack the thunder directly; Reaction thunder; Spherical thunder; Electric magnetic pulse of thunder and lightning