粤北山区雷电活动规律及雷电灾害防护

摘要：本文通过分析翁源县当地雷电活动规律和了解粤北地区典型丘陵地形的雷电灾害情况，来探讨粤北山区的雷电防护设计，减少雷电灾害的发生。

关键词：雷电活动规律;地闪密度;雷电灾害;防雷措施

1.雷电的形成原理

雷电是雷云之间或云地之间产生的放电现象。雷暴云是闪电的主要来源，当云中局部电场超过约400kV/m时，就会发生闪电放电现象。

2.雷电的活动规律

全球从南纬60度到北纬80度都有雷电活动，陆地多于海洋;热带最多，温带地区一年四季都会出现，并以春夏季节为最多。翁源县的雷电出现的开始月份主要为三月或四月，于九或十月份结束，雷暴活动主要集中在四月至八月份，最活跃月份主要是七月份。翁源县雷电活动一般多出现在白天，集中期在午后到傍晚之间。（如图1、图2）

图1" 翁源县地闪次数月分布图

图2" 翁源县地闪次数时分布图

2.1雷电日分析

雷电日：即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示该地区雷电活动的强弱程度。雷电日的天数越多，表示该地区雷电活动越强，反之则越弱。

按年平均雷暴日数，地区雷暴日等级宜划分为少雷区、中雷区、多雷区和强雷区。少雷区：年平均雷暴日在25天以下的地区;中雷区：年平均雷暴日大于25天，不超过40天的地区;多雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过90天的地区;强雷区：年平均雷暴日超过90天的地区。根据翁源县气象部门统计近三十年的数据分析可知，翁源县范围内的年平均雷暴日数T_d=79（d/a），属于多雷区。

2.2地闪密度分析

地闪密度以每1km²一年内的雷击次数为单位。通过地闪定位历史资料标准分析软件分析结果可知，翁源县各镇（场）地闪密度基本上保持在0—12（次/平方公里*年）之间（表1），全县平均值为9.135（次/平方公里*年），而根据翁源县气象台历史资料统计得翁源县年平均地闪密度值为7.9（次/平方公里*年），由此可知近几年翁源县地闪密度呈上升趋势。

表1" 翁源县各镇（场）地闪密度值（次/平方公里*年）

城镇

龙仙

官渡

翁城

新江

地闪密度值

8.16

10.54

11.69

9.06

城镇

江尾

坝仔

周陂

铁龙林场

地闪密度值

7.34

7.73

9.0

9.56

地闪密度平均值

9.135

2.3雷击的选择性

雷击选择地点取决于三个条件：一是易于形成雷云，二是易于形成雷电通道，三是易于引起先导放电电场的畸变。第一个是必备条件，后二者只具备其中之一就有落雷的机会。

（1）易于形成雷云：潮湿高温气候，或冷热气团交界处，使热空气急剧上升，形成雷云，因此雷电活动常在春夏之交及夏天，我国北纬23°—24°之间，而翁源县刚好处于这个纬度带范围内。

（2）易于形成雷电通道：因为雷电通道总是沿着电阻最小的路径发展，因此在土中电阻率低的地方易于落雷，雷击区往往是具有地下矿藏的地区、河滩地、地下水出口处、地下水位较高的地方、低洼地，或者在土的电阻率不同的交界面上，也有由于高耸金属建筑物或建筑物内存放大量金属或具有大量金属机床，相应地减少了雷电流通道的阻抗，因此也容易遭受雷击。因此金属烟囱、金属棚架等也容易遭雷击。

（3）易于引起先导放电电场的畸变：如旷野中的建筑物，即使不高，但由于它孤立突出，相对接近雷云，因此它的电场强度大于地面，当先导放电接近时，就会引起先导放电电场的畸变，而把先导放电引向自己，所以这些建筑物易于遭受雷击。同样，建筑群中特别高的建筑物，如高层楼宇、大型烟囱、铁塔等也容易遭受雷击，特别是当烟囱排出带有电荷的灰尘时，不仅易于引起先导放电电场的畸变，还可减少雷电通道的阻抗，因此更易于遭受雷击。

（4）位于水库、山脊或山腰上孤立的建筑物也容易遭受雷击。由于山区气候影响，雷雨云往往伴随着山风，雷雨云就着山风进入山腰，因此在迎风面上的建筑物最易遭受雷击。这些都是由于高于地面的物体使先导放电电场产生畸变，而把雷电的迎面放电引向自己，因此落雷的机会就多。矿山或者山林管理临时工棚因此雷击概率甚高，人身伤亡事故频发。

2.5 建筑物易受雷击的部位

（1）平屋面或坡度不大于1/10的屋面—檐角、女儿墙、屋檐。

（2）坡度大于1/10且小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角、屋檐。

（3）坡度不小于1/2的屋面—屋角、屋脊、檐角、屋檐。

（4）在屋脊有接闪带的情况下，当屋檐处于屋脊接闪带的保护范围内时，屋檐上可不设接闪带。

三、雷电的危害及其产生原因

雷电通常产生超出人和设备承受极限以外的强大电流、电压、电能、高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应，给人类、建筑物及设备造成多种危害。具体地说，雷电所产生的危害是由雷电产生的电效应、热效应、冲击性电动力三种效应导致的。

3.1 电效应

雷电可产生强大的电场和磁场，使处于雷击区内的电子设备和人体产生静电感应和电磁感应，生成数千伏的静电感应电压，由此造成大量电子设备被击毁，或导致人体心室纤颤及呼吸肌麻痹而猝死。

3.2 热效应

据测算，雷击点的发热量可达500—2000焦耳，能立即熔化50—200立方毫米厚的钢材。这正是遭雷击后建筑物起火燃烧、人体组织会碳化成焦状的原因。

3.3冲击性电动力

雷电流产生的冲击性电动力能使被击物体断裂或破碎，例如建筑物击穿或倒塌、大树从中间被劈开、正在田里劳作的人瞬间被击掉一侧上肢等等。2010年8月份，翁源县江尾镇连溪村就发生过一起一雷夺三命的雷击事故，其中一名农妇就是在凉亭避雨时被闪电击中时飞离所在位置约1.5米。2013年8月和2014年6月翁源县各发生一起楼顶太阳能不锈钢集水箱被雷电击中，因无防雷装置保护，金属水箱无法泄掉雷电流，使水箱所在位置的楼板被强大的雷电冲击力击穿一个大洞。

四、雷电的防护

4.1 常规的防雷措施

根据现行的法律法规及其相关规范要求，新建建（构）筑物应安装防雷装置进行保护，确保建（构）筑物及人员安全;在建筑物电源入户端或总配电房安装低压电源浪涌防护装置，减少或消除雷电流产生的过电压对电气设备或人身造成损坏（伤）。

4.2 防雷工程“三同时”

为防止雷电给人们生产、生活带来的危害，我们应该从源头抓起，新建建（构）筑物的防雷工程与主体工程应同时设计、同时施工，同时验收并交付使用。为确保已投入使用的防雷设施性能正常，有效发挥防雷作用，

每年的雷雨季节来临之前，必须由具有检测资质的防雷技术业务机构对其进行年度检测。

五、防雷小贴士

在日常生活中，当雷电发生时，我们还应从以下几个方面加以预防：

（1）在室内，首先要关好门窗，避免雷电进屋，关闭电视、电脑等室内的用电设备，断开所有的电源及信号线路，并使端口保持一定距离;同时避免接打手机;不要使用设有外接天线的收音机和其他设备;不宜使用金属喷头冲凉，也不宜使用太阳能热水器。不要靠近水管、暖气、煤气等金属管道。切勿处理开口容器盛放的易燃物品。不在阳台的铁管或铁丝上晾、收衣服。

（2）尽量避免外出活动。如已经在室外活动，不要携带金属物体在露天行走，不要使用金属雨伞;最好不要骑自行车和摩托车。如正在行车应关闭收音机等电磁通信设备。

（3）不能在江、河、湖、海、池塘、水库等水体边停留，更不能继续在露天游泳池里游泳，要迅速远离水面，到附近干燥的住房中去避雨。

（4）如正在野外，应立即寻找蔽护场所。装有接闪杆的、钢架的或钢盘混凝土建筑物，是防雷的好场所，具有完备的金属车厢也可以利用，雷雨天停留在汽车内是安全的，但别把头或身体其他部位伸出窗外，也不要靠近防雷设备的任何部分。没有掩蔽场所时，千万不要靠近空旷地带或山顶上的孤树，这里最易受到雷击，应找一低洼处双脚并拢蹲下，尽可能降低高度;进入山洞避雨时，不要触及洞壁岩石;不在建筑物顶部停留;不在大树、广告牌、烟囱、旗杆、电线、干草堆、帐篷等无防雷措施的高大物体附近避雨、停留;要远离铁轨、金属栏杆及其他金属物体。在身体附近发生高压电线遭雷击断时，应双脚并拢跳离现场。

结论

通过分析翁源县特定的地理环境及雷电参数，来了解粤北山区区域性典型特征的雷电活动规律，雷电活动既有规律性也有区域性，由此来确定防雷措施不能千篇一律，在规范条款的基础上也要考虑不同地区的雷电灾害特征，防护方式因此要因地制宜。

参考文献：

[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010

[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》"GB50343-2012

[3]陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社，2006.

[4]裘文君.探究农村地区雷电灾害活动规律和防护技术[J].大科技，2012年16期 260-261

[5]杨兆礼.广东雷电活动的对流潜热特征[J].广东气象，2011年06期

[6]李家启译著.基于闪电定位系统的雷电活动规律分析及其应用研究.2012年11月.