城市防雷減災管理體系及安全防護措施分析

鄧朝陽

清遠市氣象局，廣東清遠 511510

雷電是雷雨云層與大地層之間出現的強烈放電現象，雷電災害具有局部性、突發性、半隨機性及瞬時性的特點，不論是對建筑物、電器設備還是人與動物來說，都會造成嚴重危害。2022年5月28日，四川甘孜州石渠縣德榮馬鄉雷擊事件造成7名村民不幸身亡，2022年6月3日，湖南湘潭市獅江流域雷擊事件造成1人死亡。城市防雷減災管理體系的研究能夠為雷電檢測和預警提供理論支持，為氣象檢測人員與防雷減災工作人員提供必要的參考。

1 現代城市防雷減災防護技術與接地裝置

1.1 感應雷防護與接地裝置

感應雷通過靜電和電磁脈沖進入機房管道或電子信息系統，擊毀用電設備，導致用電設備出現永久性損傷?？衫梅ɡ诨\原理，將建筑物或設備的金屬結構相連，形成法拉第籠，不僅能形成良好的防御空間，為其中的電子設備提供屏蔽保護，還能夠使內部均壓和分流實現最佳效果[1]。

在具體的防護措施中，當每根引下線的沖擊接地電阻＞10 Ω時，應按照以下公式進行計算：

當土壤電阻率ρ≤500 Ω·m時，每一引下線處應補加水平接地體的最小長度為：

當500 Ω·m＜土壤電阻率ρ≤3 000 Ω·m時，每一引下線處應補加水平接地體的最小長度為：

1.2 直擊雷防護與接地裝置

凡高于地表的突出物（如電話線、天線、電線桿、樹、高低壓電線等）都具備引雷入地的可能，具有電性能的電器設備、金屬管道、有（無）源導體、電子元件等，均會造成“電壓反擊”，造成人員傷亡和財產損失。針對直擊雷的防護，一方面，應根據建筑物或裝置的使用性能、遭遇雷電事故的可能性與后果，依據防雷規范將其劃分為3種類型[2]；另一方面，根據防雷裝置或建筑（裝置）的具體情況，選擇與之相匹配的接閃器，并通過公式計算合理安排間距、截面積、裝置數量等。具體公式如下。

1.2.1 地上部分如圖1所示，當hx＜5Ri時：

圖1 防雷裝置至被保護物的間隔距離

Sa1≥0.4(Ri＋ 0.1hx)

當hx≥ 5Ri時：

Sa1≥0.1(Ri＋hx)

1.2.2 地下部分計算公式如下：

Se1≥0.4Ri

其中，Sa1為空氣中的間隔距離（m），Se1為地中的間隔距離（m），Ri為獨立接閃桿、網支柱或架空接閃線處接地電阻(Ω)，hx為建筑物或計算點的高度（m）。

接閃線至屋面的放散管等物體之間的間隔距離應按下列公式計算，但不應小于3 m。

①當(h＋l/2)＜5Ri時，

Sa2≥0.2Ri＋0.03(h＋l/2)

②當(h＋l/2)≥5Ri時，

Sa2≥0.05Ri＋0.06(h＋l/2)

式中，Sa2為接閃線至建筑物的間隔距離（m），h為接閃線的支柱高度（m），l為接閃線的水平長度（m）。

接閃網至屋面放散管等物體之間的間隔距離，應按下列公式計算，但不應小于3 m。

①當(h＋l1)＜5Ri時，

②當(h＋l1)≥5Ri時，

其中，Sa2為接閃網至建筑物的間隔距離（m），l1為接閃網最低點至最近支柱的距離（m），n為接閃網最低點至最近不同支柱并有同一距離l1的個數。

1.3 球型雷防護與接地裝置

籠式避雷網是防護球型雷的重要措施，若建筑物或裝置無法安裝籠式避雷網，則應在建筑物或裝置的門窗上安裝金屬紗網，并做好接地工作，煙囪、管道的上口應安裝鐵絲網并做好接地工作，倉庫、廠房等應加裝阻火器并做好接機工作，針對樹木下的建筑物，需尤其做好防護[3]。

當利用內鋼筋網作為接地體時，每根引下線所連接的鋼筋表面積總和應按下式計算：

S≥1.89Kc2

當補加水平接地體時，其最小長度應為：

當補加垂直接地體時，其最小長度應為：

其中，lv為補加垂直接地體的最小長度（m）。

2 建立綜合性城市防雷減災管理體系

我國幅員遼闊，丘陵、平原、湖泊眾多，氣候變化多端，氣候差異很大。并且地形分布不規則，海拔差距大，氣象監測站分布不均，制約著氣象監管為國民經濟發展的推動作用，導致部分雷電災害難以被監測和預警，造成無法挽回的損失。因此，建立綜合性城市防雷減災管理體系勢在必行[4]。對此，可利用現代氣象監測預警技術，通過閃電定位系統、全雷電監測預警系統、大氣電場探測系統以及防雷裝置遠程監測系統，構建監測—預警—探測—報警四位一體的城市防雷減災體系（圖2）。從而實現對雷電災害的精準探測和高效治理。

圖2 綜合性城市防雷減災管理體系

2.1 閃電定位系統

閃電定位系統的作用在于能夠對正在形成和發展中的雷電進行空中監測并實時追蹤直至其消失[5]。這一系統以探測中心為核心，輻射至若干區域的探測中心。在此基礎上，形成網絡狀的通信體系，能夠實現對雷電監控數據的實時傳送，并準確進行空中定位，計算時間差和交匯點。當空中出現雷暴天氣時，應運用閃電定位系統在空中展開實時監測，判斷雷暴體的具體位置，并提供預警服務。此外，還能夠大致推斷某一特定區域內的閃電強度、性質、頻數以及時空分布，為制定防雷工程提供必要數據[6]。

2.2 全雷電監測預警系統

這一系統能夠根據云地閃電和云閃電進行方向定位，并在此基礎上描述閃電通道，計算出云層中電荷的分布數據，并預計雷暴發生的具體時間，實現對空間信息的準確描述，為雷電預警和防御工作提供必要條件[7]。

2.3 大氣電場探測系統

這一系統能夠根據附近區域空氣中帶電物質所引起的地面電場變化判斷出潛在的雷暴活動[8]。由于大氣電場使空中帶電物在地面產生電場集合，單點檢測難以全面、準確地反映出空中的雷電活動，因此，需要由地面電場儀所組成的觀測網對空中電場進行全面觀測，確定雷雨云的相對位置，系統根據電場資料和雷、雨、云的分布情況進行檢測，從而為雷電預警管理工作提供全面信息[9]。

2.4 防雷裝置遠程監測系統

這一系統由監測中心和若干區域采集器、控制器、探測器構成，通過區域采集器收集雷電信息傳送至控制中心，控制中心再將數據傳送至防雷裝置并及時報警。在雷暴來臨前，可成功通過防雷裝置將被保護設備的電源與其他線路斷開，達到消除雷電災害的目的[10]。

3 其他重要防雷減災措施

3.1 強化對雷電檢測行業的監管

防雷部門具有防雷技術與人才兩方面的巨大優勢，自身專業實力和專業應用能力也較為突出。但各部門、各系統之間尚未形成統一、完整的管理體系。與一般業務不同，防雷裝置的安全檢測涉及各個行業，必須依法進行安全檢測，提供防雷技術保障，對防雷檢測行業進行規范化管理。如何在發揮自身優勢的同時避免行業壟斷已成為亟待思考的問題。因此，政府應積極建立防雷裝置安全檢測網，調動氣象部門和社會各界的力量，制定嚴格的檢測資質審批流程與年審制度，要求檢測人員必須持證上崗。同時，還需制定資料報送制度、檢測儀器年檢制度與重大事故報告制度，從而促使防雷檢測行業更走上規范化管理之路。

3.2 完善對防護資料的管理

3.2.1 完善防護監測資料就實際情況而言，大多數雷電災害由直擊雷和雷電波造成，局部影響較強。在現行的監測規范中，將閃電與暴雷分別作為兩種氣象進行記錄，不利于防雷減災監測系統的建設。因此，應逐步擴大防護監測資料范圍，將電磁演變過程、雷暴云的電結構等均納入防護資料范圍，從而提升雷電監測資料體系的完整性，這對構建綜合性城市防雷減災管理體系也有著重要的意義。

3.2.2 完善雷電災害資料雷電災害資料對分析雷電發生規律、建立防雷減災預警系統均具有重要價值。同時，這類資料也是開展防雷減災宣傳、對市民進行防雷安全教育的重要材料。雷電災害資料有4個基本來源：①從廣播、電視臺、新聞、報紙以及部門簡報、年鑒中獲知；②從防護工作常規檢查中獲知；③從受損單位和理賠單位獲知；④通過區域內人工雨量觀測員獲知。以上4種資料來源途徑都存在較大的隨意性，極容易被遺漏，往往存在時效性較低的現象?；诖?，應及時完善雷電災害資料，建立由各部門、各單位廣泛參與的防護信息網絡，形成自下而上的上報制度，以最大限度地全面收集雷電災害個案信息，盡可能地避免資料出現遺漏、缺失的情況。

3.3 建立雷擊風險評估體系

通過對建筑物所在地近30年的雷電資料進行細致分析，得出該區域內雷電的發生概率與基本方位，以此制作雷電方向圖，再進一步對建筑物的落雷密度、雷電截收面積、土壤電阻率等進行分析，從而得出土壤的散流系數，最后綜合所有數據，制作出雷擊風險評估表。開展雷擊風險評估的主要目的在于通過評估結果對一級建筑項目、工業一類/二類防雷項目、易燃易爆場所與倉庫等項目建設在選址和區域分布等方面提出科學、合理的意見，從根本上確保建筑物的安全性。

4 結束語

雷電主要分為3種類型，即感應雷、直擊雷以及球型雷，因此，需針對以上3種雷電類型進行具有針對性的防護，并利用現代氣象監測技術與雷電預警技術建立綜合性城市防雷減災管理體系，形成空中監測、預警、探測以及地面報警的四位一體監測管理體系，為國民經濟的發展保駕護航。此外，還應積極強化對雷電檢測行業的監督與管理，完善防護監測資料與雷電災害資料，并建立雷擊風險評估體，為各項建筑項目的選址與施工提供科學、合理的意見，從而增強城市防雷減災的預警和治理水平，保障廣大市民的人身和財產安全。