雷電的繞擊分析

王文生 何放然

【摘 要】根據雷閃數學模型公式，對雷電繞擊機理進行分析，并進一步闡述了不同雷擊接地體雷電繞擊防護措施。【關鍵詞】雷電；繞擊；雷閃數字模型；防護措施

【中圖分類號】TM862 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0433-01

1 引言

在現代社會里，雷電災害越來越頻繁，人們同時也意識到防雷的重要性，對防雷的認識也在逐步加深。可是有的時候我們發現裝了合格的防雷裝置后，在保護空間內的物體還是會被雷電直接擊中，這大大打擊了人們對防雷效果的信心。

我們通常所謂的雷擊是指部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層與大地之間出現電位差，當差值達到可以擊穿兩者之間的距離時而出現的瞬間迅猛放電的過程。而雷電繞擊則不難理解，它是帶電云層繞過防雷接閃器后，通過另外的放電渠道而擊中被保護物的現象，上面我們提到的就屬于雷電繞擊現象。

2 雷閃數字模型分析

為什么裝了合格的防雷裝置后，還會出現雷電繞擊呢？其中的因素與雷電保護范圍的計算有關。現在我國實行以滾球法來計算接閃器的保護范圍，所謂滾球法是指用防雷導體蓋住需要防雷的空間，用一給定半徑的球體滾過上述防雷導體時不會觸及需要防雷的空間。它是以雷閃的數學模型為基礎的，其簡化公式為： hr=10×I0.65

（hr指雷閃的最后閃絡距離即擊距，I指雷電流幅值）。

現在我國實行的《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94）中的第一、二、三類防雷建筑物計算接閃器的保護范圍時采用的滾球半徑分別為30米、45米、60米，將數值帶入雷閃的數學模型公式分別可求出的雷電流I為5.4KA、10.1KA、15.8KA，也就是說當雷電流幅值小于上述值時，雷閃有可能繞過接閃器而直接擊中被保護物，當雷電流幅值大于或等于上述值時，雷閃將擊于接閃器。

3 雷電繞擊機理分析

通過以上雷閃數學模型，我們可以通過作圖的方法來分析出現繞擊的原因 （請參看附圖一）。注：作圖的前提是以雷電流等擊距的假設為依據的。

分別以避雷針針頂O1和建筑物外角O2為圓心，以擊距hr1為半徑作圓弧，這兩個圓弧交于點B1；再在離地面高度為hr1處作一水平線與以O2為圓心的圓弧交于點C1。由圓弧A1B1、B1C1和直線C1D1在沿線方向形成一個曲面，此曲面稱為定位曲面。在雷電流I1的先導未到定位曲面之前，其發展不受地面物體影響。若I1的先導落在弧A1B1上時，則雷擊避雷針；若I1的先導落在弧B1C1上時，則雷擊建筑物；若I1的先導落在弧C1D1上時，則雷擊大地。因此弧B1C1稱為繞擊暴露面。不同的雷電流幅值有不同的擊距，所以可以作一系列的定位曲面和繞擊曲面。

可以證明，B點的軌跡為針頂和建筑物外角連線的垂直平分線（即圖中的直線K1K），而C點的軌跡則為一拋物線（圖中的K2C1K）。垂直平分線K1K與拋物線K2C1K所包圍的區域稱為繞擊區。隨著雷電流I的增大，弧BC逐漸減小，當雷電流I增大到IK時，弧BC縮減為零。即此時已不可能發生繞擊。

4 雷電繞擊防護措施

對于同一個接地體來說，發生雷電繞擊的特點一是定位高度比反擊低，二是只在滿足繞擊充要條件時發生。根據雷電繞擊這一特點，在加強雷電繞擊防護方面應著重做到以下幾點：

①對于設計的耐雷水平超出所在地區雷電活動強度的接地體，可利用高空攔截法，避免雷電先導進入接地體繞擊區域。

②由于高于雷電先導定位高度的避雷針，不能防止在避雷針下方的先導對接地體閃擊，如果只對避雷針上部空間雷云進行防護，勢必對接地體側面低空小雷電先導失去防護，這樣即使專設了防雷設備的線路或接地體仍存在雷電繞擊事故發生機率。因此對于既要防繞擊又要防反擊的接地體，首先要使雷電先導對接地體閃擊的定位高度降低，這樣接地體就不會發出“定位迎面先導”導致雷電先導定位高度偏高，而且還要在接地體側面裝設符合要求的側面接閃裝置，如安裝在高接地體或線路桿塔側面的具有防繞功能的“全屏蔽防雷裝置”，可有效防止已進入接地體側面屏蔽失效區的雷電先導可靠接閃的雷電繞擊。

③在接地體附近架設“旁路”避雷針（線）也是防止雷電對接地體繞擊的一種有效措施之一。對于四周空曠的高層建筑物，為防止低空小雷電先導繞擊建筑物中部位置，可在建筑物中部的適當位置裝設側向防繞接閃裝置。

④輸電線路雷電繞擊率隨著線路桿塔高度的增大而增大，在做電力線路設計及防雷時應在滿足對地距離、臨界場強等條件下采用高度合適的桿塔；同時，選用分裂導線和提高線路絕緣水平等在一定程度上也可起到防雷作用；針對220kv及以上的輸電線路，可利用減小避雷針保護角、加裝側面接閃針、架設耦合地線等措施有效防止雷電繞擊，從而降低輸電線路雷擊跳閘率。

5 結束語

雷電繞擊是一種正常的自然現象，據大量實踐證明，只要按照國家規范設計，被保護空間內的物體遭受繞擊的可能性是非常小的，我們應該明白我們做防雷的目的是盡可能的防止和減少雷電造成的災害。

參考文獻：

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