粵北山區雷電活動規律及雷電災害防護

摘要：本文通過分析翁源縣當地雷電活動規律和了解粵北地區典型丘陵地形的雷電災害情況，來探討粵北山區的雷電防護設計，減少雷電災害的發生。

關鍵詞：雷電活動規律;地閃密度;雷電災害;防雷措施

1.雷電的形成原理

雷電是雷云之間或云地之間產生的放電現象。雷暴云是閃電的主要來源，當云中局部電場超過約400kV/m時，就會發生閃電放電現象。

2.雷電的活動規律

全球從南緯60度到北緯80度都有雷電活動，陸地多于海洋;熱帶最多，溫帶地區一年四季都會出現，并以春夏季節為最多。翁源縣的雷電出現的開始月份主要為三月或四月，于九或十月份結束，雷暴活動主要集中在四月至八月份，最活躍月份主要是七月份。翁源縣雷電活動一般多出現在白天，集中期在午后到傍晚之間。（如圖1、圖2）

圖1" 翁源縣地閃次數月分布圖

圖2" 翁源縣地閃次數時分布圖

2.1雷電日分析

雷電日：即以一年當中該地區有多少天發生耳朵能聽到雷鳴來表示該地區雷電活動的強弱程度。雷電日的天數越多，表示該地區雷電活動越強，反之則越弱。

按年平均雷暴日數，地區雷暴日等級宜劃分為少雷區、中雷區、多雷區和強雷區。少雷區：年平均雷暴日在25天以下的地區;中雷區：年平均雷暴日大于25天，不超過40天的地區;多雷區：年平均雷暴日大于40天，不超過90天的地區;強雷區：年平均雷暴日超過90天的地區。根據翁源縣氣象部門統計近三十年的數據分析可知，翁源縣范圍內的年平均雷暴日數T_d=79（d/a），屬于多雷區。

2.2地閃密度分析

地閃密度以每1km2一年內的雷擊次數為單位。通過地閃定位歷史資料標準分析軟件分析結果可知，翁源縣各鎮（場）地閃密度基本上保持在0—12（次/平方公里*年）之間（表1），全縣平均值為9.135（次/平方公里*年），而根據翁源縣氣象臺歷史資料統計得翁源縣年平均地閃密度值為7.9（次/平方公里*年），由此可知近幾年翁源縣地閃密度呈上升趨勢。

表1" 翁源縣各鎮（場）地閃密度值（次/平方公里*年）

城鎮

龍仙

官渡

翁城

新江

地閃密度值

8.16

10.54

11.69

9.06

城鎮

江尾

壩仔

周陂

鐵龍林場

地閃密度值

7.34

7.73

9.0

9.56

地閃密度平均值

9.135

2.3雷擊的選擇性

雷擊選擇地點取決于三個條件：一是易于形成雷云，二是易于形成雷電通道，三是易于引起先導放電電場的畸變。第一個是必備條件，后二者只具備其中之一就有落雷的機會。

（1）易于形成雷云：潮濕高溫氣候，或冷熱氣團交界處，使熱空氣急劇上升，形成雷云，因此雷電活動常在春夏之交及夏天，我國北緯23°—24°之間，而翁源縣剛好處于這個緯度帶范圍內。

（2）易于形成雷電通道：因為雷電通道總是沿著電阻最小的路徑發展，因此在土中電阻率低的地方易于落雷，雷擊區往往是具有地下礦藏的地區、河灘地、地下水出口處、地下水位較高的地方、低洼地，或者在土的電阻率不同的交界面上，也有由于高聳金屬建筑物或建筑物內存放大量金屬或具有大量金屬機床，相應地減少了雷電流通道的阻抗，因此也容易遭受雷擊。因此金屬煙囪、金屬棚架等也容易遭雷擊。

（3）易于引起先導放電電場的畸變：如曠野中的建筑物，即使不高，但由于它孤立突出，相對接近雷云，因此它的電場強度大于地面，當先導放電接近時，就會引起先導放電電場的畸變，而把先導放電引向自己，所以這些建筑物易于遭受雷擊。同樣，建筑群中特別高的建筑物，如高層樓宇、大型煙囪、鐵塔等也容易遭受雷擊，特別是當煙囪排出帶有電荷的灰塵時，不僅易于引起先導放電電場的畸變，還可減少雷電通道的阻抗，因此更易于遭受雷擊。

（4）位于水庫、山脊或山腰上孤立的建筑物也容易遭受雷擊。由于山區氣候影響，雷雨云往往伴隨著山風，雷雨云就著山風進入山腰，因此在迎風面上的建筑物最易遭受雷擊。這些都是由于高于地面的物體使先導放電電場產生畸變，而把雷電的迎面放電引向自己，因此落雷的機會就多。礦山或者山林管理臨時工棚因此雷擊概率甚高，人身傷亡事故頻發。

2.5 建筑物易受雷擊的部位

（1）平屋面或坡度不大于1/10的屋面—檐角、女兒墻、屋檐。

（2）坡度大于1/10且小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角、屋檐。

（3）坡度不小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角、屋檐。

（4）在屋脊有接閃帶的情況下，當屋檐處于屋脊接閃帶的保護范圍內時，屋檐上可不設接閃帶。

三、雷電的危害及其產生原因

雷電通常產生超出人和設備承受極限以外的強大電流、電壓、電能、高溫、猛烈的沖擊波、劇變的靜電場和強烈的電磁輻射等物理效應，給人類、建筑物及設備造成多種危害。具體地說，雷電所產生的危害是由雷電產生的電效應、熱效應、沖擊性電動力三種效應導致的。

3.1 電效應

雷電可產生強大的電場和磁場，使處于雷擊區內的電子設備和人體產生靜電感應和電磁感應，生成數千伏的靜電感應電壓，由此造成大量電子設備被擊毀，或導致人體心室纖顫及呼吸肌麻痹而猝死。

3.2 熱效應

據測算，雷擊點的發熱量可達500—2000焦耳，能立即熔化50—200立方毫米厚的鋼材。這正是遭雷擊后建筑物起火燃燒、人體組織會碳化成焦狀的原因。

3.3沖擊性電動力

雷電流產生的沖擊性電動力能使被擊物體斷裂或破碎，例如建筑物擊穿或倒塌、大樹從中間被劈開、正在田里勞作的人瞬間被擊掉一側上肢等等。2010年8月份，翁源縣江尾鎮連溪村就發生過一起一雷奪三命的雷擊事故，其中一名農婦就是在涼亭避雨時被閃電擊中時飛離所在位置約1.5米。2013年8月和2014年6月翁源縣各發生一起樓頂太陽能不銹鋼集水箱被雷電擊中，因無防雷裝置保護，金屬水箱無法泄掉雷電流，使水箱所在位置的樓板被強大的雷電沖擊力擊穿一個大洞。

四、雷電的防護

4.1 常規的防雷措施

根據現行的法律法規及其相關規范要求，新建建（構）筑物應安裝防雷裝置進行保護，確保建（構）筑物及人員安全;在建筑物電源入戶端或總配電房安裝低壓電源浪涌防護裝置，減少或消除雷電流產生的過電壓對電氣設備或人身造成損壞（傷）。

4.2 防雷工程“三同時”

為防止雷電給人們生產、生活帶來的危害，我們應該從源頭抓起，新建建（構）筑物的防雷工程與主體工程應同時設計、同時施工，同時驗收并交付使用。為確保已投入使用的防雷設施性能正常，有效發揮防雷作用，

每年的雷雨季節來臨之前，必須由具有檢測資質的防雷技術業務機構對其進行年度檢測。

五、防雷小貼士

在日常生活中，當雷電發生時，我們還應從以下幾個方面加以預防：

（1）在室內，首先要關好門窗，避免雷電進屋，關閉電視、電腦等室內的用電設備，斷開所有的電源及信號線路，并使端口保持一定距離;同時避免接打手機;不要使用設有外接天線的收音機和其他設備;不宜使用金屬噴頭沖涼，也不宜使用太陽能熱水器。不要靠近水管、暖氣、煤氣等金屬管道。切勿處理開口容器盛放的易燃物品。不在陽臺的鐵管或鐵絲上晾、收衣服。

（2）盡量避免外出活動。如已經在室外活動，不要攜帶金屬物體在露天行走，不要使用金屬雨傘;最好不要騎自行車和摩托車。如正在行車應關閉收音機等電磁通信設備。

（3）不能在江、河、湖、海、池塘、水庫等水體邊停留，更不能繼續在露天游泳池里游泳，要迅速遠離水面，到附近干燥的住房中去避雨。

（4）如正在野外，應立即尋找蔽護場所。裝有接閃桿的、鋼架的或鋼盤混凝土建筑物，是防雷的好場所，具有完備的金屬車廂也可以利用，雷雨天停留在汽車內是安全的，但別把頭或身體其他部位伸出窗外，也不要靠近防雷設備的任何部分。沒有掩蔽場所時，千萬不要靠近空曠地帶或山頂上的孤樹，這里最易受到雷擊，應找一低洼處雙腳并攏蹲下，盡可能降低高度;進入山洞避雨時，不要觸及洞壁巖石;不在建筑物頂部停留;不在大樹、廣告牌、煙囪、旗桿、電線、干草堆、帳篷等無防雷措施的高大物體附近避雨、停留;要遠離鐵軌、金屬欄桿及其他金屬物體。在身體附近發生高壓電線遭雷擊斷時，應雙腳并攏跳離現場。

結論

通過分析翁源縣特定的地理環境及雷電參數，來了解粵北山區區域性典型特征的雷電活動規律，雷電活動既有規律性也有區域性，由此來確定防雷措施不能千篇一律，在規范條款的基礎上也要考慮不同地區的雷電災害特征，防護方式因此要因地制宜。

參考文獻：

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