干貨 | 防雷知識連載1
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干貨 | 防雷知識連載1 2019-08-23 干貨 | 防雷知識連載1 452

說到防雷,可能不少人首先會想到避雷針,而“避雷針”這一概念,很容易讓大家對防雷的概念造成誤解。


誤解1:避雷針是用來“避雷”的


其實,避雷針的學名叫“接閃器”,它不是用來“避開雷擊”的,而是用來“迎接閃電”的。避雷針,本質上是引雷針。其保護的機理是將閃電引向自身,然后經規劃好的路徑(引下線)將電流引入大地,從而避免閃電直接擊中人、樹木、建筑物以及各種設施而引起的財產、生命損失事故。


誤解2:打雷時,應離大樹越遠越好


大多數人都知道,在打雷時,不能站在大樹下避雨。在網絡上搜索類似的問題,答案大多是“遠離孤立的大樹”、“離大樹越遠越好”之類,因為這類事故最頻繁。但是這些說法不完全準確,有一定的片面性。


在空曠的區域,孤立的大樹,相當于一個避雷針,其遭受雷擊的概率最大。如果雷電擊中大樹,而人站著大樹下,可能會造成旁側閃絡、跨步電壓傷害,所以雷雨時“遠離”大樹是沒錯的。

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旁側閃絡(離大樹較近的情況下,高電壓能直接擊穿空氣,對人體放電)


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跨步電壓(離雷電流入地點越近,跨步電壓越大)


但是,在空曠的區域,

要離大樹多遠呢,越遠越好嗎?


其實不然。避雷針的保護范圍是有限的,當人離大樹太遠時,就不在大樹這個“避雷針”的保護范圍之內,這樣人可能被雷電直接擊中(人體成了“避雷針”)。


現實中,經常發生閃電直接擊中人的事故,比如農田雷擊事故,在農田中勞作的人被閃電直接擊中身亡。究其原因,主要有2點:

1)農田里有水,相比而言其導電性更好。

2)在農田里,通常人是最高點。


那么如何計算避雷針的保護范圍呢?常用的方法之一是“滾球法”,該方法計算比較嚴格,可靠性高。


滾球法:至于為什么用“滾球法”,這是源于閃電先導的機理,閃電產生前,會形成多支下行的先導(“先鋒部隊”),先導一步步行進,當其中一個下行先導與地面物體的上行先導會合后,就會發生閃電放電。先導步進的長度和雷電流大小正相關,而滾球半徑取決于先導步進長度。按不同的防雷等級,滾球半徑通常取30m、45m、60m這3種(滾球半徑越小,同樣高度的避雷針的保護范圍也越小,越不容易防范,對應的防雷等級越高)。


回到上面的問題,應該離大樹多遠呢?我們可以舉一個例子來算一下。假設一個空曠的野外,樹高10m,滾球半徑30m,人的身高2m。可以想象一下,一個半徑30m的“球”,可能從任何一個方向向你襲擊過來,怎么才不會被這個球“砸”到呢。


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根據模型計算,身高2m的人,當離大樹的距離超過22.4-10.8=11.6m時,就不在大樹的保護范圍之內(圖中的綠色斜線部分)。


另外,我們要和大樹保持一個安全距離,這個安全距離,有人說至少2m,也有說至少3m、5m的,在此我們取最保守的5m安全距離(實際不光要考慮樹干,還要考慮樹的枝葉,如果離樹干距離足夠大,而人的頭頂離伸過來的樹枝很近,也存在危險的,模型中以距樹干的距離進行了簡化計算)。所以該模型中,人與大樹的安全距離是5—11.6m。


而在城市里,有很多高樓大廈(一般都會安裝避雷針),我們沒必要在大樹下避雨,即使在大樹下避雨一般是沒什么危險的。


在此總結一下,雷電常見的傷害類型和防范措施。


1、接觸電壓傷害,旁側閃絡;

防范措施:不站在孤立的大樹下,不倚靠孤立的大樹;不使用有線電話;不接觸由室外進入室內的導體/線路。


2、跨步電壓傷害;

防范措施:不站在孤立大樹下;站立時兩腳盡量并攏;不大步奔跑。


3、雷電直接擊中人體;

防范措施:躲到室內、車內,關好門窗;不站在高處,如山頂、屋頂;不要持有增加人體高度的物體,如釣魚竿、鋤頭、雨傘等,降低人體高度(下蹲);遠離潮濕空曠的地區,如農田、河岸,不要下水。


4、雷電破壞作用造成的再次傷害。

防范措施:遠離易燃物、爆炸物,避免雷擊引起的火災傷害;避免雷擊樹木/建筑物墻體造成的砸落傷害。


誤解3:裝好“避雷針”,防雷就做好了


避雷針屬于外部防雷設備,只能對直擊雷起到防護作用。而當避雷針接閃時,雷電流瞬間通過引下線泄放到大地,會產生強大的雷電電磁脈沖(LEMP),俗稱感應雷。感應雷會對電氣、電子系統造成大面積的破壞。而隨著電子技術的發展,設備集成度越來越高,體積越來越小,對感應雷越來越敏感。


所以,防雷是一個綜合系統,不光要防直擊雷,還要防止感應雷。直擊雷破壞力強,但其是“點”破壞,而感應雷是“面”破壞。避雷針本質上是引雷針,安裝避雷針后,被直擊雷擊中的概率會更高,所以對于工業控制系統、敏感設備而言,越是安裝了避雷針的地方,越是需要進行感應雷防護。


未完待續

此文為辰竹原創

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