雷电危害与防护措施

佟海昕，张 彬

山东省东营市气象局，山东 东营 257091

1 雷电

雷电是自然界大气层中在特定条件下形成的放电现象。在大气层中，云层间或云和地之间的电位差增大到一定程度时，即发生猛烈的放电现象（闪电）。

闪电是指积雨云中不同符号荷电中心之间的放电过程，或云中荷电中心与大地和地物之间的放电过程，或云中电荷中心与云外大气不同符号大气体电荷中心之间的放电过程。

雷电的危害：

雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系。雷电流具有电流的一切效应，不同的是它在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流，使其具有特殊的破坏作用：

1）雷电的热效应危害

由于雷电电流很大，通过时间又短，如果雷电击在树木或建（构）筑物上，被雷击中的物体瞬间将产生蒸汽，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，造成破坏。

2）雷电的冲击波危害

雷电放电时，雷电通道的空气受热膨胀，形成冲击波，使其附近的建（构）筑物、人、畜受到破坏和伤亡。

3）雷电流机械效应危害

雷电流通过导体时，会产生磁场，带有雷电流的导体在该磁场中会受到电磁力的作用，凡拐弯的导体或金属件，拐弯抹部分将受到电动力作用，严重的会造成设备的损坏。

4）雷电的静电感应危害

当雷雨云出现时，与其相对应的地面上的建（构）筑物，由于静电感应作用而带上相反的电荷，雷击发生后雷云所带的电荷迅速消失，某些建（构）筑物由于与地面间电阻较大而不能在短时间内消失，因而使形成局部的电势，造成危害。

5）雷电电磁感应危害

雷电流的峰值和陡度极大，在其周围会形成强大的电磁场，处在电磁场中的导体会感应出较大的电动势，容易间生间隙放电，引起火灾等。

6）雷电引入高电位危害

直击雷或感应雷（在直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线金属产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象）产生的高电压从输电线、通信电缆、无线电天线等金属线路引入建筑物或设备内部，造成破坏。

2 雷电的防护措施

现代防雷技术强调全方位防护（见图1）（不能以单一的措施来进行雷电的防护，例如只有外部防雷而没有内部防雷的情况下，可能会遭到更大的损失。）、层层设防（如屏蔽措施的采取、避雷器的安装），把防雷工程当作系统工程来实施。运用系统工程的思维方式（整体性、结构性、层次性和目的性），综合运用各种技术将雷电能量以有效路径向大地泄放或有目的地通过防雷装置将雷电能量限制到被保护对象所允许的安全值范围内，以提高雷电的整体防御能力，将雷电损失降到最低。

2.1 建筑物外部雷电防护

2.1.1 直击雷防护措施

防直击雷的措施：防直击雷采取的措施是引导雷云通过避雷装置放电，使雷电流迅速流入大地，从而保护建（构）筑物免受雷击。具体的避雷装置有避雷针、避雷带、避雷网、避雷线等。

2.1.2 防雷电侧击措施

当建筑物高度超过滚球半径（第一类防雷建筑物的滚球半径为30m、第二类为45m、第三类为60m）的高度时，建筑物的侧面会遭受雷电侧击，因此建筑物应采取措施防雷电侧击，通常是沿建筑物四周设水平避雷带，滚球半径高度以上的外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。

2.1.3 防雷电反击措施

防止雷电反击的措施有两种：一种是将建筑物的金属物体（含钢筋）与防雷装置的接闪器、引下线分隔开，并保持一定距离。另一种是，当防雷装置不易与建筑物内的钢筋、金属管道分隔开时，则将建筑物内的金属管道系统，在其主干管道处与靠近的防雷装置相连接，有条件时，宜将建筑物每层的钢筋与所有的防雷引下线连接。

当把电气部分的接地和防雷接地连成一体后，使其电位相等，就不易受到雷电反击。

2.2 建筑物内部雷电防护

建筑物内部防雷系统是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成毁坏，这是外部防雷系统无法保证的。当建筑物直接遭受雷击或其附近区域发生雷击时，由雷电放电引起的电磁脉冲和暂态过电压波会通过各种途径侵入建筑物内，危及建筑物内的各种设备的安全可靠运行。为了实现内部避雷，对于侵入室内雷害的防护是多方面的，需要采取综合防护措施，对进出各类保护区的电线、金属管道等都连接避雷及过压保护器，这些措施主要包括：分流、均压、屏蔽、接地和合理布线等。

2.2.1 防雷电感应措施

雷电感应包括静电感应和电磁感应。雷电感应的危害在于它感应出相当高的电压，由此发生火花放电引起爆炸事故。其防护措施包括：

1）建筑物内的金属物（如设备、管道、构架、电缆外皮、钢屋架、钢窗等较大金属构件）和突出屋面的金属物（如放散管、风管等）均应接到防雷电感应的接地装置上（即实现等电位连接）；

2）平行敷设的长金属物（如管道、构架和电缆外皮等），其相互间距小于100mm时应每隔20m～30m用金属线跨接；

3）防雷电感应的接地装置和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻（接地装置流过工频电流时所表现的电阻值）不应大于10Ω。室内接地干线与防雷电感应接地装置的连接，不应少于两处。

2.2.2 防雷电波侵入措施

1）低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上；

2）架空金属管道，在进入建筑物处，应与防雷电感应的接地装置相连接；

3）在各种线缆、电缆进入建筑物处加装各种类型的浪涌保护器。

2.2.3 防雷电电磁脉冲措施

防护措施有屏蔽接地、等电位连接。

1）屏蔽接地：为防止静电或电磁的相互感应所采取的方法，即抑制电磁波相互干扰的措施；

2）辐射屏蔽接地：在发生雷击时，由雷电暂态电流产生的暂态电磁脉冲变化是很快的，能使在附近一定范围内的未屏蔽电子设备受到干扰和损坏。一般采取将电子设备的金属外壳有效接地，使其发挥一定的屏蔽作用。

2.3 等电位连接

将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差。

进入信息系统所在的建筑物的各类金属管道和电缆的金属外层在进入建筑物处应做等电位连接。

[1]徐启腾，金良，高文俊.雷电损害风险评估[J].广东气象，2008，7（增刊）：31.

[2]林奕峰.广东雷电灾害风险评价与管理体系简析[J].广东气象，2009（增刊）：85.