防雷工程设计所考虑的环境问题浅谈

2011-04-13邓宁文

科技传播 2011年7期

关键词：雷暴工程设计雷电

卢崴，邓宁文，李韬

1.玉林市气象局，广西玉林 537000

2.广西壮族自治区防雷中心，广西南宁 530022

3.贺州市气象局，广西贺州 542800

0 引言

在自然灾害中，雷电引起的灾害是世界十大自然灾害之一。雷电过程表现为强大的冲击波、剧变的电磁场、强烈的电磁辐射和炽热的高温。这些效应将造成人员伤亡，建筑物击毁，森林起火，电子信息系统及网络设备损坏等，带来无法挽回的经济损失。

雷电灾害的孕育、发生、发展与区域环境状况有密切关系，主要表现在区域地理地貌、土壤状况、人文环境、气候环境等方面，有很大的随机性。防雷工程保护的对象为建（构）筑物、设备和人。在工程设计之前，应调查研究本地区具体情况，考虑所处的地理环境和气候因素，因地制宜，设计出即经济又安全的防雷工程。防雷工程设计主要考虑建筑物自身空间、所处地理环境和其建筑物内部各种电气设备的条件等因素。而该地区的年平均雷暴日、落雷密度、土壤情况、该地区的地形地貌及被保护物所处高度等因素,是防雷工程设计所考虑的环境因素中重要参数。

1 防雷工程设计所考虑的环境问题分析

1.1 雷电活动的规律、频数及强度

1.1.1 雷电活动的规律性

热、湿的地区比干、冷的地区雷暴要多。山区的雷暴多于平原，平原多于沙漠，陆地多湖海。我国西北地区年平均雷暴电日在20日以下，是少雷区；长江以北地区在20日～40日之间，是多雷区；北回归线以北地区在 40日～60日之间，是高强雷区；北回归线以南地区超过 60日，是强雷区。

1.1.2 雷电活动的频数

区域内发生雷击的年平均次数。各地闪电发生率是不同的，同一地区不同年份、不同月份，闪电发生率也不同。掌握本地区的雷电活动概貌和观测情况，作出本地区闪电发生率的统计分布图是防雷设计的重要资料。

1.1.3 雷电活动的季节性

夏季雷暴最频繁，冬季则最少。雷暴的高峰一般出现在7、8月份。

1.2 雷击年平均密度

1.2.1 雷击年平均密度

雷击年平均密度是指区域单位面积上雷击大地的年平均次数，表示雷云对地放电的频繁程度和强烈程度，它与雷电日呈指数关系。它是确定雷电对地面或地下建筑物和各类电气设备以及人员产生危害的重要参数，是确定建筑物防雷类别设计保护等级的主要依据。反应出不同地区雷电活动的强度和雷电发生的频数。可用公式 N1= 0.024Td1.3计算，单位为次／（ km2·a）。其中Td是年平均雷暴日，可根据地方气象站资料确定。年平均雷电日数越大的地区，对地雷击密度就越大。它对防雷保护设计具有实际意义。

1.2.2 建筑物年预计雷击次数

式中：N为表示建筑物年预计雷击次数（次/a）；

K为表示校正系数（一般取1）；

Ng为表示建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/（km 2a））；

Ae为表示与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。

当建筑物的长、宽相同时，建筑物越高，则等效面积越大，建筑物受雷击次数也就越多。高层建筑物比一般建筑物更应重视防雷保护。

1.3 土壤电阻率

土壤电阻率与土壤结构、土质构造、湿度、温度以及土壤中含有的可溶性化学物（酸、盐、碱）有关，因其成分的多样性，使土壤电阻率数值有很大差别。土壤越干燥，电阻率就越大。当土壤温度生高时，电阻率下降，在0℃时土壤由于水分冻结而使电阻率迅速增加。

式中：ρ为土壤电阻率（Ωm）；

P为土壤中水分占的相对体积；

Ρv为土壤中水分的电阻率（Ωm）。

土壤电阻率这些特性，在接地装置设计中有重要的实用意义。

1.4 雷击的选择性

凡地面物能够提供低阻抗的地方，对闪电放电通道都有吸引作用，阻抗越小，吸引作用会越大，它是防雷设计的一个重要因素。

1.4.1 地质结构

由于地质结构不同，使得地面土壤电阻率分布的不均匀，电阻率低的土壤，其导电性好，易于为雷电流提供低阻抗通路。土壤电阻率有突变的地点，雷击易发生。再有地下有金属矿藏及金属管线密集处，更易落雷。

1.4.2 地理位置

当放电通道发展到离地面不远的空中时，电场受地面物体影响而发生畸变。山地的东、南坡比西、北坡易发生雷击，山口、风口的地点易引雷多。山地中的平地比峡谷多发生雷击。临水的低洼潮湿地点、高耸建筑物和空旷的孤立建筑物、铁路集中的枢纽和终端、高压输电线路转角处等易于受雷击。

1.4.3 地面设施

建筑物结构材料所能积蓄电荷的多少直接影响建筑物接闪的频率。建筑物结构中，如墙、板、梁、柱和基础内的钢筋较多，金属屋顶、金属构架、电梯间和水箱等部位，附属在建筑物上的突出物，如电视天线、旗杆、屋顶金属柱杆等都容易接闪。建筑物上部排气的烟道、透气管、天窗和工厂排出导电尘埃的烟囱及废气管等也容易接闪。它们冒出的热气柱和烟囱常含有大量导电微粒和游离分子气团比一般空气易于导电，等于加高了烟囱的高度。建筑物的雷击频率是随建筑物增高而增加的。

1.4.4 内外设备

建筑物内部安装的大型金属设备、通入建筑物内的架空和地下金属管线等都可积蓄大量电荷。也是防雷工程设计前应充分考虑的相关环境因素。