防雷安全知识

防雷一、 雷电的形成

雷电是常见的、无法控制的一种自然现象。它是雷云——带有不同极性电荷积聚的云团，在一定条件下对大地或大地上物体（人、畜、房屋、各种设备）发生放电，或者雷云与雷云之间相互放电。雷云的形成与大气温度、湿度和地形等有关，是自然力中强有力的静电放电现象。雷云中电荷的形成有各种理论，国内外学者对它进行了长期的观察和研究，目前还没有一种理论可以满意地解释全部雷电现象。

雷云是构成雷电的基本条件。云是由地面蒸发的水蒸气形成的，云中小水滴受强烈气流吹袭后，分裂成更小一些大、小水滴，同时带上不同极性的电荷。其中较大的水滴带正电，一部分成为雨而降落到地面；另一部分仍留在空中。较小的水滴带负电，这些悬浮在空中带正、负电的大、小水滴有时被气流携带，吹集在一起形成雷云。所以说雷云是带有不同极性电荷聚积的云团。也有人根据冰晶组成的云带正电，而水滴组成的云带负电的发现，认为由饱和热空气凝成的水滴，上升到高空中遇冷，结成冰粒、冰块后逐渐下降，在降落途中会沾住相遇的水滴，于是冰粒或冰块周围形成一层水膜，在冰粒（块）与水膜的界面上产生电位差，冰粒（块）带负电，水膜带正电。此后随着冰粒（块）沾住的水滴不断增多，水膜不断加厚，它们的下降速度也加快，最后水膜层被上升的气流吹散，成为许多带正电的小水滴，这些小水滴被上升的气流带到云层的顶部，在那里遇冷凝结，并形成带正电的冰晶区。

而冰粒（块）则下降到云层底部并融化形成带负电的液水区。经过实际测试，证明在冰晶区和液水区之间可以产生几十伏到几百伏的电位差。另外，当热气团和冷气团水平移动时，在它们相遇的锋面上，冷气团因密度大而留在下面，热气团因受挤抬上升，于是形成巨大的雷云，它波及范围较大，可达数十到数百公里。据观测，大多数（约85%）的雷云是顶部带正电，底部带负电。由此可见，水蒸气和强烈气流是形成雷云的必要条件。

随着雷云上下部分电荷的聚积，雷云的电位逐渐升高，产生的电场强度也越大，当电场强度达到106V/m以上时,雷云之间的气体被击穿而发生火花放电，即闪电。当雷云较低时，会使大地感应出与雷云底端符号相反的电荷，构成云-地电场，当这个电场的强度足以击穿地面空气时，雷云与大地之间发生放电，即落地雷。放电时放出强烈闪光，由于放电时温度高达20000℃，空气受热急剧膨胀，发生爆炸的雷鸣声，这就是闪电和雷鸣。因此，雷云的放电，可以在雷云之间。也可能在雷云与大地（或地面物体）之间。

二、 雷电的种类 按雷电的不同形状可以分为以下几种：

1.线状雷电

线状雷电是最常见的，它是发生在雷云和大地之间的放电，称作直接雷。它是呈曲折的枝叉纵横的巨型电弧放电，其通道长2~3km，甚至大于10km。

1）先导放电

当雷云接近地面时，在地面感应出异性电荷，这样雷云和大地就形成一个巨大的、以空气为绝缘介质的电容器。雷云中的电荷分布不是均匀的，而是形成许多堆积中心，地面也是高低不平的，因此，其间电场强度也是不均匀的。当电场强度达到250~300kV/m时，就能击穿其间的空气，发生雷云向大地发展的跳跃式先驱放电，发声闪光。雷云以100~1000km/s的平均速度跳跃式的向地面前进，每次跳跃前进约50m，约停顿30~50μs，延续时间为0.005~0.01s。当雷云距地面约100m的时候其电场强度增大，地面或地面上的突出物发出上行先导，平均前进速度为100~300km/s，上、下行先导相互吸引而汇合，构成雷电通道。这时候雷电流并不大，只有200~300A，闪光亦不很亮。

2）主放电

当先驱放电达到大地时，即发生大地向雷云发展的极明亮的主放电。其放电电流可达几万至数十万安，放电速度约为60000~100000km/s（即约为光速的1/5~1/3），放电时间仅50~100μs。在主放电过程中，形成25000~30000℃高温，使空气受热强烈膨胀和压缩，发出巨大的冲击波，即雷鸣。同时空气强烈发光，即闪电。主放电是雷害的主要原因，它的电、热、机械效应造成各种雷击事故。主放电电量不超过1库仑，占全部闪电放电量的10~20%。

3）余辉放电

主放电向上发展，到云端即告结束，然后云中的参与电荷经过主放电通道流下来，继续一段较长时间的放电过程，余光延续时间约0.03~0.15s，电流为100~1000A，但占全部闪电放电量的80~90%，此时发出的微弱亮光称余辉。

大约50%的直击雷有重复放电性质，平均每次雷击有三、四个冲击，最多能出现几十个冲击。第一个冲击的先驱放电时跳跃式先驱放电，第二个以后冲击的先驱放电是箭形先驱放电，其放电时间仅约0.001s。全部放电时间一般不超过500ms。

2.片状雷电

片状雷电的电弧通道成片状，发声在雷云之间，对人们影响不大。

3.球状雷电

球状雷电是一种特殊的雷电现象，简称“球雷”。“球雷”是一种紫色或红色的发光球体，直径从几毫米到几十米，存在时间一般为3~5s。“球雷”通常是沿着地面大约以2m/s的速度滚动或在空中飘行，并且还会通过缝隙进入室内。“球雷”碰到建筑物便可发生爆炸，并往往引起燃烧。

三、雷电的危害

雷电不仅能击毙人、畜，劈裂树林、电杆，破坏建筑物及各种工农业设施，还能引起火灾和爆炸事故。雷电的火灾危险性主要表现在雷电放电时所出现各种物理效应和作用。雷云内部的放电一般不会造成危害，雷云对大地放电则可能造成伤害。它造成的危害分为直接雷电、间接雷电和雷电波侵入等。

1、直接雷电危害

直接雷击造成电效应、热效应和机械效应，它们的破坏作用都是很大的。

1）电效应

当雷云对大地放电时，雷电流直接通过具有电阻和电感的物体时，因雷电流的变化率很大（几十微妙时间内变化几万或几十万安），能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，足以烧毁电力系统的发电机、电力变压器、断路器、绝缘子等电器设备的绝缘，烧断电线或劈裂电杆，造成大规模停电；绝缘损坏还能引起短路，导致可燃、易燃、易爆物品的火灾或爆炸；反击的电火花也可能引起火灾或爆炸；绝缘破坏还会造成高压窜入低压和设备漏电隐患，可能引起严重的触点事故；巨大的雷电流流入地下，会在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接导致接触电压和跨步电压的触电事故。

2）热效应

因为很高的雷电流通过导体时，能使放电通道的温度高达数万度，在极短的时间内将转换成大量的热能。雷击点的发热能量约为500～20000J，这一能量可熔化50～200mm2的圆钢。当金属油罐遭到雷击时，雷击部位产生强烈的电弧，使油罐金属熔化、飞溅而点燃油蒸气，引起火灾或爆炸事故。

3）机械效应

雷电流作用于非导体（如砖、混凝土罐、房屋、树木和山石等）上，由于雷电的热效应，使被击物缝隙（树木内部的纤维缝隙、砖石结构中间的缝隙）中的气体剧烈膨胀，同时使水分及其物质分解为大量气体，因而在被雷击物体内部出现强大的机械压力，至使被击物体遭受严重破坏或造成爆炸，机械效应对非金属罐存在极大的威胁。此外，同性电荷之间的静电斥力、电流拐弯处的电磁推力也有很强的破坏作用。发生雷击时气浪也有一定的破坏作用。

2、间接雷电危害

雷电的间接危害分为雷电流引起的静电感应、电磁感应的危害。

1）静电感应

雷云的静电感应危害是指带电的雷云接近地面时。对导体感应处于雷云符号相反的电荷。发生雷击时，雷云的电荷迅速消失，处于雷云与大地之间放电通路中的接地导体其感应电荷能迅速消失，处于雷云与大地之间放电通路中的接地导体其感应电荷能迅速消失，使雷云与大地间电场消失。对地绝缘导体或非导体等建筑物或设备顶部的大量感应电荷不能迅速流入地壳，将呈现出因感应静电荷而产生很高的对地电压。这种对地电压成为静电感应电压。静电感应电压往往高达几万伏，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电，这种放电电流很小，但足以引起可燃气体燃烧或爆炸。如浮顶油罐浮顶上的感应电荷与油罐壁放电，引起浮顶罐的雷击起火。

金属油罐接地良，不易形成静电感应电压；若接地不良则静电感应电压可以引起不连接处击穿空气，而形成火花放电。室外架空管道若不接地，在平行线的两管之间或绝缘法兰垫片两侧间，可以击穿空气，而形成火花放电。非金属油罐上，因感应电荷不易导走，同性电荷间产生了冲击性的相持作用，可用非金属罐炸裂。可见雷云静电感应的危害和直接雷电危害一样，可引起火灾爆炸事故。

2）电磁感应

雷电具有很高的电压和很大的电流，同时又是在极短时间内发生的。当雷电流通过导体而导入大地时，在其周围的空间里，将产生强大的叫变电磁场。不仅会使处在这一电磁场中的导体感应出较大的电动势，而且还会再勾成闭合回路的金属物上产生感应电流。这时如回路上有的地方接触电阻很大或有缺口，就会局部发热或击穿缺口间空气，而形成火花放电，引燃可燃气体。

金属油罐接地、室外架空管道跨接并接地、泵房内机泵管道接地都可导走电磁感应电流。

3、雷电波侵入危害

雷击在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路或管道迅速传播（传播速度分别为0.15m/s和0.3m/s）若侵入建筑物内，可造成配电装置和电器线路绝缘层击穿产生短路，或是建筑物内的易燃、易爆物品燃烧或爆炸。

4、防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用

当防雷装置接收雷击时，再接闪器、引下线和接地体上都具有很高的电压，它足以击穿3m以内的空气，而形成火花放电，这种现象称为“反击”。如防雷装置与建筑物内、外的电气设备、电气线路或其他金属管道的距离小于3m时它们之间就会产生放电，可引起电气设备绝缘破坏、金属管道击穿，甚至造成易燃、易爆物品着火和爆炸。

据报导，国内外发生油罐雷击起火的事故并不少，起火的原因往往是灌顶的孔口打开，雷电经过未盖盖的透光孔或透气管引入罐内，或者是孔口没有用呼吸阀或阻火器之类设施。1980年5月30日遵义某石油库一个3000m3的覆土隐蔽罐遭雷击，火焰在呼吸阀周围燃烧2分钟，未能引起油罐内着火，这说明呼吸阀和阻火器起了阻火作用。浮顶油罐起火原因往往是浮顶与油罐壁的电气连接不好。因此雷雨时禁止打开量油口。 四、防雷装置

常见的防雷装置有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器。一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置。上述针、线、网带实际上都只是接闪器，而避雷器是一种专门的防雷设备。避雷针主要用来保护露天变配电设备、保护建（构）筑物。避雷线主要用来保护电力线路。避雷网和避雷带主要用来保护建筑物。避雷器主要用来保护电力设备等。总之，防雷装置能防止直接雷击或将雷电流引入大地，以保证人身及建（构）筑物的安全。

油罐中储存大量易燃、可燃油品，一旦遭到雷击，可能发生严重的火灾爆炸事故，因此油罐防雷问题已引起人们的重视。现就目前常用的防止油罐遭受直接雷击的防雷装置——避雷针叙述如下：

避雷针分为独立避雷针和附设避雷针。独立避雷针是离开建筑物单独装设的;附设避雷针是装设在建（构）筑物上的。

1.避雷针的结构

1）接闪器

接闪器由称受雷器，是直接接收雷电的金属构件。其所用材料、尺寸应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，还要求有足够的热稳定性，亦能随雷电流的热破坏作用。

避雷针一般采用镀锌圆钢或者打扁并焊接封口的镀锌钢管制成。针长1m以下者，圆钢直径不得小于12mm，钢管直径不得小于20mm。针长1~2m以下者，圆钢直径不得小于16mm，钢管直径不得小于25mm。