防雷专业技术知识问答

二、雷电的危害49・雷电能产生哪些破坏作用？雷电的破坏作用有热效应、机械效应、电磁效应、静电感应效应、电磁辐射效应、雷电反击、冲击波效应等。雷电发生时，其强大的电流、炽热的高温、猛烈地冲击波、剧变的电磁场，以及强烈的电磁辐射等物理效应，给人类社会带来了极大的危害，造成人员伤亡、起火爆炸、严重损失。雷电危害波及面广，人类社会活动、农业、林业、牧业、建筑、电力、通信、航空航天、交通运输、石油化工、金融证券等各行各业，几乎无所不及。什么事雷电的热效应？雷电的热效应有哪些破坏作用？在雷暴云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以再雷击点局部范围内产生高达6000-10000^，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆被引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线路熔断。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。什么是雷电的机械效应？雷电的机械效应有哪些破坏作用？在发生雷击时，雷电的机械效应所产生的破坏作用表现为两种形式：雷电流流过金属物体时产生的电动力；(2)雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力。由电磁学可知，载流导体周围的空间存在着磁场，在磁场中的载流导体又会受到电磁力的作用。如图1.12所示，两根载有相同方向雷电流的长直导体，导体A上的电流在其周围空间产生磁场，导体B在这一磁场中将受到一个电磁力的作用，其方向垂直指向导体A。同理，载流导体A也受到一个电磁力的作用，方向垂直指向导体B。两根平行载流导体之间就存在着电磁力的相互作用，这种作用力称为电动力。在这种电动力的作用下，两根导体之间将相互吸引，有靠拢的趋势。同理，如果i1与i2反向，则两根导体在电动力的作用下就会相互排斥，有分离的趋势。因此，在雷电流的作用下，载流导体就有可能会变形，甚至会被折断。按安培定律，两根长直平行载流导体之间的电动力计算公式，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部门将受到电动力的作用，拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以拐弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大，而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小。因此，在防雷施工中，布设成平行，锐角或绕直角的避雷引下线会受到雷电的机械效应的损坏。被击物体内部产生内压力是雷电流机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌。雷暴云对地放电时，强大的雷电流的机械效应表现为击毁杆塔和建筑物，劈裂电力线路的电杆和横担等。.什么是雷电的电磁效应？雷电的电磁效应有哪些破坏作用？雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场，这种快速变化的脉冲磁场交链导体回路时，能在回路中感应出电动势，产生电压和过电流。过电压的伏值一般可达几十万伏，会使链接的电气设备绝缘发生闪络或击穿，损坏电子设备，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡。.什么是雷击电磁脉冲？雷击电磁脉冲是一种干扰源。指闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰。如：雷电流或部分雷电流被雷击击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。.什么事雷电感应和雷电侵入波？闪电发生时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生电火花，这就是人们常说的雷电感应，当架空导线上感应产生过电压波后，过电压波向导线两侧传播，当它沿线路进入建筑物内时，将会对建筑物内的信息系统和电气设备造成损坏。这种沿线路进入建筑物内的感应过电压波常称为雷电侵入波。什么是雷电的静电感应效应？雷电的静电感应效应有哪些破坏作用？在各种金属屋顶或架空线路上，会因为其上空的带电雷暴云层的存在产生静电感应，带上与云层相反的电荷，当先导到达地面时，回击发生，先是通道中的电荷与金属屋顶或架空线路上的异号电荷迅速中和，如果发生在金属屋顶上，在金属屋顶上未被中和的电荷形成对地的高电位，如果没有通路泄放金属屋顶上的电荷，金属屋顶上与屋内的人或金属设备之间就会发生击穿放电，危害人的生命和损坏设备，如有金属屋顶上静电感应的电荷泄放的通路，但泄放通路不畅，电阻值过大，电流通过接触不良处时就会产生火花放电，点烟易燃易爆物体，发生火灾。如果发生在架空线路上，未被中和的电荷失去束缚就可以自由运动，形成过电压波，会沿架空导线两侧传播，当它沿线路进入建筑物内时，将会对建筑物内的信息系统和电气设备造成损坏。什么是电磁辐射效应？电磁辐射效应有哪些破坏作用？感应雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场，根据电磁感应定律，这种脉冲磁场在大气中向外辐射，到达电子设备所在空间，当电磁强度超过电子设备的耐受能力时，会对这些电子设备造成损害，如计算机会发生误动。什么是雷电反击？雷电反击会产生哪些破坏作用？由电路原理可知，电流流过有电阻与电感串联支路时，将会在分支导体的电感、电阻和接地电阻上产生压降，使防雷装置中各个部位的对地电位都有不同程度的升高。由于雷电流持续时间很短，这种电位升高现象所持续的时间也很短，所以称之为暂态电位升高。由于雷电流的幅值很大，所以雷电流流过接地装置及接地装置相连接的电气设备外壳、杆塔和架构等处时，沿途产生的电压降（暂态高电位）可能达到数十万伏至数百万伏。它与周围金属体之间发生空气间隙击穿，这种现象称为雷电反击。发生反击后，呗反击的金属体带上高电位，它又有可能继续对其周围的其他金属体反击，从而可能引发多个金属体之间的一系列反击。导致严重的设备损坏和人员伤亡。雷电袭击人体的形成有哪些？（1） 直接雷击：所谓直接雷击是指雷闪直接击中受害者，这种情况受害者至少在开始时身体上通过全部雷电电流，而且最大可能是雷电电流从头部输入，经躯干，由脚底进入大地。这种情况是受害者受害最严重的情况。所以直接雷击致死的事例不少，但是。被直接雷击后有短暂昏迷，呼吸和心脏跳动未发生停止的报道也有，所以当雷击致假死（停止呼吸、心脏停止跳到、但身上未出现紫蓝色斑块或斑点）时不应放弃或停止抢救。（2） 接触雷击：接触雷击是指雷击其他物体时，与雷击物体接触的人受到的雷击，接触雷击往往使受害者短时麻痹，有时也会昏迷甚至死亡，但总的来讲，它比直接雷击受害要轻。但接触雷击发生的几率比直接雷击高得多。（3） 旁侧闪络：旁侧闪络和上面讲的接触雷击都是雷电没有直接击中受害人，而是击中受害人附近的物体，由于被雷击物带高电位，而向它附近的人闪击放电。有时由于较远地方的物体受雷击，能通过金属线输送高电位，或感应产生高电位与附近的人发生侧闪络造成人员伤亡。（4） 跨步电压：在发生雷击时，雷电流流经接地体散入大地，由于土壤散流电阻的存在，经接地体散入大地的雷电流，将在周围土壤中产生压降，压降的大小随着距雷电流入地点距离的增加而减小，使雷电流入地点附近地面上不同点之间出现电位差。如果人站在这块具有不均匀电位分布的地面上，则在人的两只脚之间就存在着一定的电位差，这种电位差与电流强度、土壤电阻率分布、跨步长短有关，同样的土壤情况下，电流强度越大，步长越大，这种电位差越高。在工程上，常将人跨一步的长取为0.8m，并把这一距离两端的电位差称为跨步电压。当跨步电压大到超过人的承受能力时，便足以使人受到电击甚至死亡。人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现了哪些新特点？雷电是众多大气现象中的一种，自然界这种强大的放电能够直接击在建筑物或防雷装置上或从建筑物的侧、旁击在建筑物上，危害地面上的建筑物等物体和人、畜的生命；但雷电产生的强大电磁脉冲（LEMP），具有极大的破坏性。随着现代化进度的加快，特别是信息产业的迅猛发展，自动控制、通信和计算机网络等微电子设备和电子系统在各种行业内外得到日益增加的广泛应用，雷击事故带来的损失和影响也越来越大，尤其是在经济发达国家和地区，雷电造成的电子设备直接经济损失达雷电灾害总损失的80%以上，概括起来，有以下特点：（1）受灾面大大扩大。从电力、建筑这两大传统领域扩展到几乎所有行业，尤其是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。（2） 从二维空间入侵变为三维空间入侵。从二维空间的闪电直击和过电压波沿线传输变为三维空间闪电的脉冲电磁场，无孔不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。（3） 雷灾的经济损失和危害程度大大增加了。它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如1999年8月27日凌晨2时，某寻呼台遭受雷击，导致该台中断寻呼数小时，其直接损失是有限的，但间接损失将大大超过直接损失。产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。全球及我国的雷电灾害情况如何？在20世纪末，联合国组织的国际减灾十年活动中，雷电灾害被列为对人类生活影响最严重的十大自然灾害之一。美国将雷电列为排名第二的天气杀手，根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）天气局的统计，雷电比飓风和龙卷风造成的人员伤亡还要多，美国平均每年因雷电灾害致死73人，伤300多人。我国是雷电灾害频繁发生的地区，根据中国气象局雷电防护管理办公室1998-2001各年的《全国雷电灾害典型实例汇编》统计，每年发生的雷电灾害有近万次，造成的人员伤亡超过1万人，所导致的火灾、爆炸等时有发生。雷击的主要对象有哪些？（1） 旷野孤立的或高于20m的建筑物和构筑物，如凉亭、大树等。（2） 金属屋面、砖木结构的建筑物和构筑物。（3） 河边、湖边、土山顶部的建筑物和构筑物。（4） 低洼地区、地下水出口处、特别潮湿处、山坡与稻田水面交界处、地下有导电矿藏处或土壤电阻率较小处的建筑物和构筑物。（5） 山谷封口处的建筑物和构筑物。（6） 城市里的烟筒及地面上有较高尖顶的建筑物和构筑物或铁塔。同一区域容易遭受雷击的地点有哪些特点？（1） 土壤电阻率较小的地方，如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方。（2） 山坡与稻田接壤处。（3） 具有不容电阻率土壤的交界地段。易受雷击的建（构）筑物有哪些？（1） 高耸突出的建筑物，如水塔、电视塔、高楼等；排出导电尘埃、废弃热气柱的厂房、管道等；（2） 内部有大量金属设备的厂房；（3） 地下水位高或有金属矿床等地区的建（构）筑物；（4） 孤立、突出在旷野的建（构）筑物；（5） 铁路集中地枢纽、铁路终端和高架输电线等拐角处及金属管线集中地交叉地点；（6） 收音机天线、电视及天线和屋顶上的各种金属突出物，如旗杆等。雷电是否也有有益于人类的方面？能给人类带来哪些好处？虽然全球每年有不少人、畜在雷击下丧生，一些建筑物、设备被毁坏，然而，雷电也有其益于人类之处。（1） 在生命起源的早起过程中，雷电曾扮演过重要角色，具有不可磨灭的功勋。生命起源的化学演化说认为，早期的地球冷却后，火山喷发出的大量气体，如氢、氮、甲烷、氨、一氧化碳、二氧化碳和水汽等，在紫外线、宇宙空间辐射以及早期地球上雷电的作用下，原始大气中生成一些前所未有的有机化合物，并由雨水带进海洋。含有有机物的海水在亿万年的进化中逐渐合成了蛋白质、核酸等复杂的高分子物质，最后，具有自我复制和繁殖能力的原始生命体终于产生了。早在1952年，这一理论就已被美国科学家通过实验所证实。（2） 在人类进化史上，正是雷击森林起火，启发了人类学会用火。森林中被火烧死的动物躯体，远比活剥生吞来得有滋味，富于营养。这使远古人学会了吃熟食，促进了人体的发育及大脑的发展。雷电带来的火使人类在进化史上跨进了一大步。（3） 在农业上，雷电具有多方面功劳：雷雨在生长季节会给农作物带来充足雨水。雷电会使空气中的氧和氮电离并化合成一氧化氮和二氧化氮，他们被雨水溶解，落地后与土壤中的矿物质化合成易被植物吸收的氮肥。人们发现，在常受雷电打击的高压电线附近土壤中氮肥充足，作物生长茂盛，这正是闪电在空气高温制肥的功效。有人估计，每年因雷电落在地面的氮素约有4亿t。雷电还可引起地面和高空之间的电位差，这个电位差越大，植物光合作用和呼吸作用就越强烈。据研究，雷雨后1〜2d内植物的生长和新陈代谢特别旺盛。如果在作物的生长期内有5〜6次雷电，农作物成熟期将提前一周左右。（4） 雷电可以净化大气环境。雷电产生时，强烈的光化学作用会使空气中的一部分氧气发生化学反应，生出具有杀菌作用的臭氧。因此，一场雷雨过后，空气中弥漫着少量臭氧，加之雷雨时空气中灰尘被冲刷，令人感到格外清新舒适。另外，伴随雷雨而上升的气流，可将停滞于对流层下面的污染大气带到10km以上的高空，起到扩散的作用。（5） 雷电中储存着巨大的可利用的能量，它一次放电能量就达1~10亿J。美国某工程物理研