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中國雷電災害的現狀
雷電災害是一種不可抗拒的自然性災害，危害著人類的人身和財產。安迅電源防雷器主要通過地區分析、行業分析、時間分析、人身雷電災害四個方面來講解中國雷電災害的現狀。1998-2001年全國直接經濟損失超過100萬元的雷電災害每年都在10次以上.其損失每年都大于5000萬元。全國同期平均每年雷擊死亡379人.受傷310人。
一、雷電災害地區分析
全國重大雷電災害在空間上呈現明顯的區域性分布特點.1998-2001年這四年間.全國56次重大雷電災害的46.4%(約一半)發生在5個省，其中山東7次、廣東6次、江西5次、河南4次、浙江4次，這5省重大雷電災害的直接經濟損失為8337萬元，占全國的57.9%;其余的發生在貴州等17個地區，另外，新疆等9個省區沒有重大雷電災害的記錄。圖6.1給出了1998-2001年中國重大雷電災害空間分布(各省用省會城市來表示).全國重大雷電災害主要分布在東南地區和華北地區.形成一南一北的兩個明顯的雷災中心區。雷災在南方集中在浙江——江西——廣東，呈帶狀分布。在北方集中在山東和河南，呈圓形分布。這兩個雷災中心區在地形上具有很好的代表性，北區以平原為主。南區以山地為主。在直接經濟損失方面，北區的損失強度為235萬元/次，比北區更嚴重的南區為383萬元/次，其原因主要是南區發生了3次損失都在1000萬元以上的重大
雷電災害.其中1998年2月和6月江西兩次棉麻儲備庫遭雷擊引發火災分別造成1800萬元和1200萬元的損失，2001年5月廣東某廠房遇雷擊并引發爆炸造成1000萬元的損失并有人員傷亡。這3次雷電災害都與倉儲行業有關，和下面所做的雷災行業分析的結果是吻合的.從整體來看，全國重大雷電災害在東部比西部更嚴重，其原因主要是社會狀況尤其是經濟水平存在差異，經濟相對發達的東部地區發生重大雷電災害的可能性較大。西南地區的雷電災害也比較嚴重，成為僅次于兩大雷災中心區的第三雷災區。整個廣大的西北地區是全國雷電災害輕的地區。
圖6.1 1998-2001年中國重大雷電災害空間分布圖(單位:次)
二、雷電災害行業分析
1998-2001年全國重大雷電災害56次分布在采礦、倉儲、電力、紡織、旅游、農業、石化、通、冶金、醫藥等10個行業.其中雷災嚴重的三大行業是通、電力和倉儲，雷災次數(指重大雷電災害次數，下同)分別為15次、14次和9次，占全部的67. 9%。這三大行業的直接經濟損失為10757.8萬元，占全部的74.7%。圖6.2給出了1998-2001年中國重大雷電災害行業分布，實線代表雷災直接經濟扭失，虛線代表雷災次數，行業損失和雷災次數的相關系數為0.6965，存在一定的相關性。通和倉儲行業具有代表性，通行業的重大雷電災害發生頻繁，而倉儲行業的經濟損失嚴重。通行業自身的特點以及伴隨電子化的發展是導致雷電災害日益頻繁的根本原因，特別是雷電電磁脈沖(LEMP)的危害變得越來越嚴重，這也是雷電災害的發展趨勢之一。通行業的雷電災害往往有一個明顯的特點，就是其經濟損失不僅存在嚴重的直接經濟損失，而且伴有更嚴重的間接經濟損失如服務中斷和數據丟失等。而倉儲行業的重大雷電災害的發生有兩個顯著的特點:一是雷災損失強度很大，即單次雷電災害造成的經濟損失很高，全國9次重大雷電災害的直接經濟損失高達5470萬元，平均607. 8萬元/次;二是雷災的后續危害很嚴重，容易發生雷擊火災和雷擊爆炸等，尤其是當雷電襲擊存放棉麻、火藥、糧食等易燃易爆物品的倉庫或廠房時.對重大雷電災害單次直接經濟損失按行業進行比較，高的是倉儲行業.其次為農業、采礦和石化行業，居中的是電力、醫藥和冶金行業，而通、紡織和旅游行業低。
圖6.2 1998 -2001年中國重大雷電災害行業分布圖
(實線代表雷災直接經濟損失，單位:萬元.坐標左軸;虛線代表雷災
次數,單位:次,坐標右抽)三、雷電災害時間分析
全國1998-2001年56次重大雷電災害分布在各年分別為21次、17次、8次和10次，其中52次發生在4-8月的時間段內，占全部的92.9%. 4-8月的重大雷電災害在很大程度上可以代表全年的同類災害，這一點在下面的雷電災害預測中將會得到應用。全部56次雷災按月統計。8月多為18次，其次7月為14次，1、3、11、12月為0次。圖6.3給出了1-12月的重大雷電災害次數的季節指數，顯著表明雷災集中發生在4-8月，尤其是7月和8月。雷電災害次數和直接經濟損失之間的相關系數r為0.9284，具有良好
的相關性，因此，下面的雷電災害分析與預測將以雷災次數為主，其直接經濟損失可以用雷災次數乘以單次雷災損失而得到.按月的距平百分率分析結果表明，重大雷電災害每月平均發生1.167次。1998年的7月與8月和1999年的7月與8月是主要的正偏移月份，而每年的1,2,3月和9,10,11,12月幾乎沒有重大雷電災害的發生，為主要的負偏移月份。雷災的發生呈現周期性，集中在每年的4-8月，并且有逐漸遞減的趨勢，重大雷電災害次數1998-2001年的48個月中平均每月遞減0.027次.但由于年度數據太少，并不能得出確切的雷災年際周期及年際趨勢。
圖6.3重大雷電災害次數的季節指數
四、人身雷電災害
雷電災害的危害不僅體現在經濟損失方面，也多造成人身傷亡。1998-2001年雷擊死亡人數每年分別為421,227,451和417人，四年共死亡1516人，平均每年379人；同期雷擊受傷分別為192,194,372和483人，四年共受傷1241人.平均每年310人.其中嚴重的1998年8月發生在湖北的庫雷災，一次性造成197人死傷。造成人身傷亡的雷擊多發生在海邊、河邊、樹下、農村田間和山坡等易受雷擊的地方。全國雷電典型災害造成人身傷亡多的是廣東省，其次為廣西、貴州、福建、云南等4省區，這5個省區每年的雷擊人身傷亡人數占全國的60%左右，其中廣東約占全國的1/4。這類災害主要發生在廣大的農村，具有很大的不確定性.很難得到根本的防治.有效的防治方法就是加強雷電災害的宜傳和教育，提高人們的防雷意識，讓人們主動避開易受雷擊的時候和遠離易受雷擊的地方。
對于雷電災害，開展災害預測是必要的，可以對未來雷電災害的風險評估提供重要的指導.鐘萬強等人對中國的雷電災害做過初步的預測，雷電災害的預測主要根據雷災與時間的關系，分別采用時間序列平滑法和季節變動預測法，預測結果表明，在2002-2005年期間全國將分別發生重大雷電災害14,12,11,11次，四年合計47次，平均每年12次，每年將造成直接經濟損失約3000萬元，平均每年人身傷亡580人左右。
高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導到其他地方和室內造成破壞的雷害現象。這種雷害現象占雷害的絕大部分，所以按《建筑物防雷規范》的規定，凡是有用電設備的建筑物都要考慮防高電壓引入的措施。
高電壓引入的高電壓源有三種:其一是直擊雷直接擊中金屬導線，讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內;第二種是來自感應雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應.它們在各種電線中感生幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導線傳播而引入室內的;第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網入地時，在地網上會發生數十千伏至數百千伏的高電位.這種高電位通過電力系統的零線、保安接地線和通系統的地線，也是以波的形式傳人室內，并沿著導線傳播到遠處，殃及更大的范圍。
高電壓雷電脈沖的電壓到底有多高?這是讀者關心的問題。由直擊雷直接擊中電力線，線等金屬導線時，雖然直接被擊中點的電位與雷云的電位相等.即具有數百萬伏至數千萬伏甚至更高的電位。但是當雷電流沿著導線向兩邊傳播的時候，高電壓每經過一根電線桿，電桿上的瓷瓶就會對地發生閃絡.這樣就把雷電的高電位降落成瓷瓶的閃絡電壓，這電壓一般只有30~40kV.一般低壓架空線的波限抗為300~600歐姆。假設線路的波阻抗為500歐姆，那么它在終端入地的電流為40000/500=80A，所以只要距離雷擊點有3桿以上(即I000m以上)，其終端入地電流峰值不會大于20OA，但是，如果雷擊點很近.在三根電桿之內，入地峰值電流可能達到10 kA以上。由感應雷引起的高壓源。理論上也可以達到100 kV，但是它的實際電壓和電流值不可能大于上面所講的直擊雷高壓源的數值。
第三種高壓源是指直擊雷直接擊中大樓或附近時所形成的高壓源。這時，高壓源的電壓由沖擊電流峰值和地網的沖擊接地電阻決定。根據資料報道.按50%概率統計.直擊雷的峰值電流為30 kA，如果接地網接地電阻以4歐姆計，則接地網接引線端與大地間的電壓為30 kA×4=120 kV，即達到120000V。也就是說，零線與相線間的電壓有120000V(以上都是以低壓電網和通架空電線計)。這樣高的電壓對于低壓電器和一般通設備都是無法承受的。
由于高壓雷電脈沖是雷害中年損害設備多的，所以對高壓雷電引人的設備必須予以足夠重視，在工程上往往要根據設備的重要性和其對高電壓的耐受能力采用一級或多級設防。其中級設防，往往是把高電壓雷電脈沖的幅值降低，其辦法有下列三種。1. 輸電網金具接地法
如果電源輸入是明線輸入，應把入室前三根電桿的線碼鐵腳用金屬線引下接地，以便降低閃擊電壓。并且進房屋前后一根電桿的零線(或接地系統的地線)重復接地，接地電限不應大于10歐姆(見圖1)。并在相線與地之間留有2 mm的空氣間隙，把從相線引來的過電壓降下來，可能的悄況下，進戶線應盡量采用有金屬屏蔽層的電纜直接埋地或穿金屬管進線。在雷電高發區，房尾前為開闊地，或房子內有精密電子設備和電子計算機的情況更應該是這樣.并且埋地的電纜其長度不應小于15m。并要求從架空線轉電纜的進線端，和電纜入屋的輸出端，都接避雷器。避雷器的接地端、電纜的金屬屏蔽層、鋼管都必須接到防雷電感應的接地裝置上。按供電部門要求.供電零線進人鋼筋水泥大樓后，仍必須與從大樓、梁、柱內引出的一條主鋼筋作電氣連接，無鋼筋連接的建筑物應做接地極，把零線重復接地。
圖1 接零系統在架空線路上零線重復接地做法圖
當雷電波到達電纜首端(輸人端)時，避雷器被擊穿，電纜外皮導體與電纜芯接通。一部分雷電流經電纜首端接地電阻入地;另一部分雷電流流經電纜芯。由于雷電流高頻諧波相當豐富.產生集膚效應，流經電纜芯的電流被排擠到外皮導體去。同時，流經外皮導體的電流在芯中產生感生反電勢.使流經電纜芯的雷電流就被抑制到很小。2. 相線與地線間并聯電容器法
架空電線引入的地方裝設保護電容器對感應雷有良好的保護效果，但對直擊雷則無能為力，原因是直擊雷能量太大.電容器承受不了。裝設保護電容器能對感應雷高電壓引入起到良好保護作用的原因是;
當天空出現雷云的時候，地面即感應出與它相反的電荷.顯然架空電線上也感應到與地面大致密度相同的電荷.設其電量為Q。當閃擊使雷云與大地之間的電荷迅速中和而使雷云與大地之間的電場，由于架空線與大地之間有較大的電阻而不能及時使它上面的電荷，這就使架空線與大地之間形成感應高電壓，該電壓為
V感=Q/C
式中:
C-架空線對大地之間的電容，該電容很小，通常只有百分之幾法;
Q-導線與大地間存儲的電荷。
如果在架空線引入房尾端與大地之間接入一個電容器，即使只有很小.也可以使架空線路的引入高電壓降低到原來的幾十分之一。
如果接人電容的容量再大些，感應電壓將可以降到更低。
在架空電線裝電容器防止感應雷的優點是時間響應為零，因為電容的瞬變電流是超前于電壓的;其次是使雷電壓波形變鈍.鈍波形比尖波形危害要小.并聯電容器對直擊雷無能為力，但將電容器與保護間隙合并使用會得到更好的效果。因為放電間隙電流通流容量很大，從幾千安到幾十千安。但它有時間滯后，它們并聯使用互補其短.對防止高電壓引人能起到很好的作用。架空電線引入和電纜輸入、輸出端接口也可以用氧化鋅避雷器來防止高電壓引入。它的時間響應小于50ns。當采用電容器與其他器件并聯避雷時，電容器的耐受電壓應高于所并聯器件的殘壓。3.變壓器隔離法
在電源線和號傳輸線上裝變壓器可以對雷電高電壓引入起很有效的限制作用.當強大的雷電波輸入變壓器時，由于雷電波電壓比變壓器正常的電壓高很多倍，使得激勵的磁感應強度遠遠大于鐵芯允許通過的大磁感應強度，因而變壓器鐵芯飽和，變壓器的磁-電變換暫時失效，雷電高電壓不能傳輸到變壓器的副邊.從而保護了用電設備。所以，凡是裝了變壓器的電子儀器比未裝變壓器的電子器被雷擊損壞的概率小得多。
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