王文生 何放然

【摘 要】根據(jù)雷閃數(shù)學(xué)模型公式，對(duì)雷電繞擊機(jī)理進(jìn)行分析，并進(jìn)一步闡述了不同雷擊接地體雷電繞擊防護(hù)措施?！娟P(guān)鍵詞】雷電；繞擊；雷閃數(shù)字模型；防護(hù)措施

【中圖分類號(hào)】TM862 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0433-01

1 引言

在現(xiàn)代社會(huì)里，雷電災(zāi)害越來越頻繁，人們同時(shí)也意識(shí)到防雷的重要性，對(duì)防雷的認(rèn)識(shí)也在逐步加深?？墒怯械臅r(shí)候我們發(fā)現(xiàn)裝了合格的防雷裝置后，在保護(hù)空間內(nèi)的物體還是會(huì)被雷電直接擊中，這大大打擊了人們對(duì)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(xiàn)電位差，當(dāng)差值達(dá)到可以擊穿兩者之間的距離時(shí)而出現(xiàn)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(hù)物的現(xiàn)象，上面我們提到的就屬于雷電繞擊現(xiàn)象。

2 雷閃數(shù)字模型分析

為什么裝了合格的防雷裝置后，還會(huì)出現(xiàn)雷電繞擊呢？其中的因素與雷電保護(hù)范圍的計(jì)算有關(guān)?，F(xiàn)在我國實(shí)行以滾球法來計(jì)算接閃器的保護(hù)范圍，所謂滾球法是指用防雷導(dǎo)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(dǎo)體時(shí)不會(huì)觸及需要防雷的空間。它是以雷閃的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的，其簡化公式為： hr=10×I0.65

（hr指雷閃的最后閃絡(luò)距離即擊距，I指雷電流幅值）。

現(xiàn)在我國實(shí)行的《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-94）中的第一、二、三類防雷建筑物計(jì)算接閃器的保護(hù)范圍時(shí)采用的滾球半徑分別為30米、45米、60米，將數(shù)值帶入雷閃的數(shù)學(xué)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(dāng)雷電流幅值小于上述值時(shí)，雷閃有可能繞過接閃器而直接擊中被保護(hù)物，當(dāng)雷電流幅值大于或等于上述值時(shí)，雷閃將擊于接閃器。

3 雷電繞擊機(jī)理分析

通過以上雷閃數(shù)學(xué)模型，我們可以通過作圖的方法來分析出現(xiàn)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(shè)為依據(jù)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(gè)圓弧交于點(diǎn)B1；再在離地面高度為hr1處作一水平線與以O(shè)2為圓心的圓弧交于點(diǎn)C1。由圓弧A1B1、B1C1和直線C1D1在沿線方向形成一個(gè)曲面，此曲面稱為定位曲面。在雷電流I1的先導(dǎo)未到定位曲面之前，其發(fā)展不受地面物體影響。若I1的先導(dǎo)落在弧A1B1上時(shí)，則雷擊避雷針；若I1的先導(dǎo)落在弧B1C1上時(shí)，則雷擊建筑物；若I1的先導(dǎo)落在弧C1D1上時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)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(qū)域稱為繞擊區(qū)。隨著雷電流I的增大，弧BC逐漸減小，當(dāng)雷電流I增大到IK時(shí)，弧BC縮減為零。即此時(shí)已不可能發(fā)生繞擊。

4 雷電繞擊防護(hù)措施

對(duì)于同一個(gè)接地體來說，發(fā)生雷電繞擊的特點(diǎn)一是定位高度比反擊低，二是只在滿足繞擊充要條件時(shí)發(fā)生。根據(jù)雷電繞擊這一特點(diǎn)，在加強(qiáng)雷電繞擊防護(hù)方面應(yīng)著重做到以下幾點(diǎn)：

①對(duì)于設(shè)計(jì)的耐雷水平超出所在地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)度的接地體，可利用高空攔截法，避免雷電先導(dǎo)進(jìn)入接地體繞擊區(qū)域。

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

③在接地體附近架設(shè)“旁路”避雷針（線）也是防止雷電對(duì)接地體繞擊的一種有效措施之一。對(duì)于四周空曠的高層建筑物，為防止低空小雷電先導(dǎo)繞擊建筑物中部位置，可在建筑物中部的適當(dāng)位置裝設(shè)側(cè)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(shè)計(jì)及防雷時(shí)應(yīng)在滿足對(duì)地距離、臨界場強(qiáng)等條件下采用高度合適的桿塔；同時(shí)，選用分裂導(dǎo)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(duì)220kv及以上的輸電線路，可利用減小避雷針保護(hù)角、加裝側(cè)面接閃針、架設(shè)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(jié)束語

雷電繞擊是一種正常的自然現(xiàn)象，據(jù)大量實(shí)踐證明，只要按照國家規(guī)范設(shè)計(jì)，被保護(hù)空間內(nèi)的物體遭受繞擊的可能性是非常小的，我們應(yīng)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(zāi)害。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—94

[2] 王惠忱. 雷電繞擊機(jī)理分析[J]. 高電壓技術(shù)，1999，25（3）：52-54

[3] 王惠忱. 全屏蔽防雷裝置[J]. 東北電力技術(shù)，1997，（5）：15

[4] 李金霞，高明偉，王強(qiáng). 淺談輸電線路的雷電繞擊及防護(hù)措施[J].科技廣場，2010（3）：201-202

[5] 羅斌. 架空送電線路雷電繞擊分析及對(duì)策[J]. 四川電力技術(shù)，2005（6）：6-7

[6] 錢冠軍，王曉瑜. 輸電線路繞擊防護(hù)的新措施[J]. 華中理工大學(xué)報(bào)，1998，26（9）