关于“9·3”雷灾事故调查与鉴定结论的几点思考

李军正 张力威 龚宏超 池景冬

(台州市气象局，浙江 台州 318000)

关于“9·3”雷灾事故调查与鉴定结论的几点思考

李军正 张力威 龚宏超 池景冬

(台州市气象局，浙江 台州 318000)

雷电入侵的方式包括直击雷、侧击雷、雷击电磁脉冲，其对设备设施的侵害在空间上是完全可能达到全方位立体的，造成雷电灾害事故现场也是复杂多样化的。因此，在对复杂的雷灾事故进行调查与鉴定过程中，有时即使穷尽了直接法、排除法等方法，得到了初步的结论，但在后续思考中还会发现某些方面或现象不能做到完美解释。本文以一次复杂的雷击事故现场为实例，具体介绍了得出雷灾结论的分析全过程，然后根据此次得出的初步结论，提出了几处雷灾现象无法利用现有雷电理论进行合理解释，希望与各位专家、学者共同探讨、商榷，以期对今后的雷灾调查与鉴定工作有所借鉴。

雷灾事故；调查与鉴定；思考

0 引 言

雷电是自然界中极为壮观和重要的大气现象,伴随有声、光、电等多种物理现象，不仅发生的频率高,而且年复一年、永不枯竭[1]。其破坏效应包括电效应、热效应、机械力效应、冲击波效应、火花效应等直接损伤效应和静电感应、电磁感应、辐射电磁场等间接损伤效应[2]。在雷电灾害中，雷击对象本身的直接经济损失有时并不是太大，而由此产生的间接经济损失和影响就有可能难以估计、非常巨大；充分认识雷电危害的严重性对于雷电防护具有十分重要的意义。到目前为止，对雷电尚无法有效加以控制，人们力所能及的工作是通过实施积极有效的科学防雷措施，设法限制雷击所造成的破坏作用，将危害减小到尽可能低的程度。雷电灾害调查与鉴定是科学防雷的基础工作之一，其重要性不言而喻[3，4]；另外，由于浙江省的政策性农房保险参保率几乎已达100%，因此对于农房的雷灾事故，其调查与鉴定结论还涉及到保险公司与农户之间的理赔事宜。

1 “9·3”雷灾事故实例

发生于9月3日午后14：20左右的一次雷击事故，其现场位置如图1所示，当时雷暴的起止时间大概在14：00—14：30之间，整个过程非常短暂。

图1 雷击现场位置示意图

图2 A户雷击后的现场图

1)A户北面是一幢厂房，事发时站在厂房二楼窗户边上的两位工人先是看到一道闪电划下来，造成A户住宅的天面屋脊西侧被击掉一个角(如图2)；之后又看见闪电划过B户北面窗户(如图3)，几分钟后B户四楼北面窗户和东面窗户就窜出熊熊大火。据周边众多民众讲述：当时的雷电显得特别诡异，雷声隆隆接连不断，感觉就在头顶上空不断盘旋，这样的现象几乎未见过。

2)B户建筑为砖木结构的双坡顶瓦房，室内中间位置是楼梯，二至四层均被分隔成南北两个房间。

四层楼面为木楼板，南北两个房间均用于出租，其中北面房间是本次雷击的起火点，也是重灾区(如图3方框处)，整个房间全部过火并且烧毁严重：北面窗户玻璃已经完全熔化，铝合金窗框熔化率在50%以上且剩余的也是严重扭曲变形。在这个房间的西面墙壁上有两条平行呈垂直走向的电源线路受损非常严重，且这两条线路均并联接于下面这条水平走向的电源线，其分布示意图如图4。

图3 B户的建筑外形结构及周边环境

图4 北面房间西面墙壁电源线分布示意图

1#电源线距离北面窗户1 m左右，现场实况如图5左图所示。这条线路周边墙壁被烟熏的痕迹非常少，特别是上端部分连烟熏痕迹都很难看出。但是墙壁上沿着暗敷线路有一条明显的裂痕，而且顶端还有一大块墙皮即将脱落；这条电源线原来是带护套的两芯绝缘铜导线，但事故后所看到的，不管是因雷击裂开的墙内部分还是从墙壁引出到灯头处的外露部分，护套层和绝缘层均完全气化，只剩下两根“亮铮铮”的裸铜线。

2#电源线路现场实况如图6的中图所示。靠近下端开关盒处，墙壁上的烟熏痕迹也非常淡，而且只有这一小段的线路墙壁上有明显的被击崩处，并且可见两根"亮铮铮"的裸铜线(如图6右图)，在凿掉旁边完好的覆盖层后，发现墙内的绝缘铜导线也只剩下两根"亮铮铮"的裸铜线。到了上端以后(如图6左图)，墙壁上有1处点状被炸开的地方，此处的电源线以及出墙壁后的外露电源线就有明显的护套和绝缘层因高温灼烧后产生的黑乎乎的物质黏在上面。

根据这两条并联电源线路损坏情况，消防技术人员给出的结论是，不管是外露的还是暗敷墙内的电源线只剩下铮亮的裸铜线不可能是由火灾的灼烧和高温造成的。特别是线路上端损坏现象更是佐证了这一结论，因为顶上隔板及横梁在火灾中的燃烧是非常严重的，其中隔板几乎是完全烧光，而外露部分全部缠绕在横梁上的2#电源线路却比1#电源线路损坏要轻得多。

图5 1#电源线路雷击事故后的实况

图6 2#电源线路雷击事故后的实况

连接1#与2#电源线开关盒的是一条水平暗敷的电源总线，大约在这条线路的中间位置也有1处小小的击崩处，并且可见"亮铮铮"的裸铜线，如图7。

图7 水平暗敷电源线雷击事故后的实况

3)在这次雷击事故过程当中，除了B户四楼北面房间由于后续火灾原因而无法确认是否有雷击损坏痕迹外，B户的屋顶及外侧墙体均无任何雷击痕迹；A户和B户及其周边住宅和厂区均无任何电子电气设备损坏。

2 雷灾调查与鉴定过程

2.1 气象要素的调查

1)当日14时左右，事故区域受高空槽东

移、与副热带高压西侧西南气流和地面波动共同影响下出现短时雷雨大风的强对流天气。首先选取调看了位于雷击点东北方约5.1km处、西北方约1.8 km处和东南方约2.2 km处3个自动站的气象要素予以证实。

2)调取了13：52—14：34 CR37(组合反射率因子)逐6 min演变过程的雷达回波图。CR动画显示，13：58—14：22有强回波单体经过该地上空，其中14：16对流回波主体经过该地，最大反射率因子在58 dBz。但由于该地距离当地雷达站不到20 km，处于静锥区内，因此高层回波未能观测到。另外，据雷达回波显示，当时云底高度非常低，几乎接近地面。

3)调取了省自动站实时监测、监控系统的闪电定位记录，以雷击点为中心，在14:00—14:30时间段内，出现的地闪情况如表1。

表1 闪电监测情况

2.2 雷灾鉴定过程中遇到的难点分析

基于以上这些信息和雷电原理，可以得出以下结论。

1)A户很明显是由直击雷造成的。

2)对于B户，由于房间内遭受过大火的燃烧、消防水的冲刷，又被租客和房东清理打扫过，现场痕迹破坏严重。消防部门已根据电源线的破坏情况排除了直接火灾造成这种后果的可能性，结合当时的天气状况和民众所见，初步认为这场灾害极有可能是由雷电引起，进而引发房间大火。由于极其复杂和罕见的事故现场，无法直接判断出雷电入侵的方式，考虑到雷电的危害方式主要有直接雷击、侧击雷击、雷击电磁脉冲效应(包括静电感应、电磁感应、辐射电磁场和闪电电涌)等几方面，可以利用逐项排除的方法来分析一下。

2.3 排除法的应用

2.3.1 排除直接雷击的可能

由于此幢建筑的天面无任何防雷装置且无任何雷击损伤痕迹，因此可以认定未遭受过直接雷击。

2.3.2 排除闪电电涌沿线路侵入的可能

进入B户四楼的线路有电源线和普通的电话线，因此要根据现场痕迹对闪电电涌通过这两条线路入侵的可能性分别进行排除。

1)排除闪电电涌沿电源线路侵入的可能

B户家中配电系统垂直分布情况如图8所示，在整个雷暴天气过程中，位于一楼总配电箱中的各个断路器以及电表旁边的漏保装置均未发生断开跳闸现象，并且一列三楼没有任何用电设备损坏、电源线及其所经过的墙壁也没有任何雷击所留下的痕迹，因此可以排除雷电通过户外电源线入侵的可能性。

图8 配电系统垂直分布图

2)排除闪电电涌沿电话线路侵入的可能

进入这个房间的唯一信号线就是一根普通电话线。通信公司的电话分路器是安装在这户人家东面外墙靠近南侧转角处(如图9)，电话线从分路器出来后沿着东侧外墙水平敷设至北面，然后沿墙垂直向上，从四楼北面窗户旁进入房间。经检查，这条线路的室外部分无任何损伤；另外从电话分路器到其他住户的入户线也未受任何影响。综合这些因素，也可以排除雷电流通过户外电话线入室造成这种结果的可能性。

图9 电话线室外分路器情况

2.3.3 排除电源线回路感应过电压致灾的可能性

由于在雷击过程中雷电流的迅速变化，在它周围空间里会产生变化的电磁场，处于该电磁场中的导体会感应出感应过电压。在这个房间里，1#、2#两条电源线路的外露部分有悬挂缠绕现象(如图9)，其中1#电源线以悬挂为主，末端在阁楼的木质横梁上缠绕了2圈；而2#电源线是完全缠绕在阁楼的木质横梁上，大概有5～6圈(如图6和图10)。

图10 B户四楼北面房间电源线路末端悬挂实况

根据规范[5]，当线路附近遭受雷击时，其环路中最大感应电压可按下式计算，

UOC=μ0·S·(Hmax/T1)

(1)

(1)式中：UOC-环路开路最大感应电压(V)；

μ0-真空磁导系数，其值等于4 (V·s)/(A·m)；

S-每个环路所包围的面积(m2)；

Hmax-最大磁场强度(A·m)；T1-雷电流的波头时间(s)。

从图10可知，2#电源线回路的缠绕圈数是1#线路的3倍，也就是说2#线路比1#线路的回路所包围的面积要多，由公式1可知，2#线路比1#线路的所感应的暂态过电压要大，即使1#线路加上悬挂处所包围的一点点面积(本来是带外层护套的，这样包围的面积几乎可以忽略不计)，也不会超过2#线路面积。如果这次致灾原因是由线路回路感应过电压引起的，那么在理论上，1#电源线产生的危害至少不会大于2#电源线路。但现场却是1#电源线路处产生的危害明显大于2#电源线路。据此基本可以排除这次雷击事故是由线路感应过电压引起的。

另外，四楼南面房间和三楼房间里的电源线也都是类似的敷设方式，而这些线路上却没有任何的损伤，这也可以进一步证明本次雷击事故不可能是由线路感应过电压引起的。

2.4 B户雷灾的初步结论分析

在上述排除法分析中，已经明确排除了直接雷击、闪电电涌侵入和感应过电压致灾的可能性，只剩下侧击雷击致灾的可能性。若是侧击雷致灾的可能性成立的话，根据灾害现场情况来看，必须要有下列几种特殊现象发生作为前提。

2.4.1 雷电的绕击现象

闪电的绕击现象是指不管建筑物高度如何，即使安装了接闪器，当碰到比所规定的雷电流小的电流仍有可能穿越接闪器而击中物体的可能性。我国规范规定，当雷电流I小于下列数值时，即一类防雷建筑I≤5 kA、二类防雷建筑I≤10 kA、三类防雷建筑I≤16 kA、滚球半径hr=100 m时，I≤34.5 kA，闪电仍有可能穿过或绕过接闪器击于被保护物上[5,6]；但是一、二、三类防雷建筑的滚球半径hr是各个国家和地区根据当地经济发展等国情而人为规定的一个数值，对于雷电流本身来说是没有实际意义。

2.4.2 旁侧闪络现象

旁侧闪络是指雷电并未直接击中受害物(或人)，而是击中其附近的物体并使其产生高电位，若这个物体没有良好的泄流途径，雷电流就会通过击穿空气或沿木材、砖石等非金属材料的表面向受害物(或人)闪击放电，从而伤及受害物(或人)[7]。根据相关文献资料，对于电阻压降，空气击穿强度约为500～600 kV/m，电感压降对空气击穿强度则为1000～1200 kV/m；沿木材、砖石等非金属材料的表面击穿强度为上述两种电压强度的一半，约为250、500 kV/m。

2.4.3 雷击的可能性环境分析

1)B户建筑的周边范围没有比它明显高大的其他建构筑物；

2)B户是这幢民房的东侧位置，四楼北面房间就靠在东北檐角，而以往众多的雷击事故中均表明这些部位都是最易遭受雷击的；

3)B户四楼北面的大窗户为铝合金材料，并且房东还在铝合金窗两边的外墙侧各安装了1支铁支架用于晾晒物件(如图11)，而其邻居家未安装。这些金属材料及其形状无疑给雷云放电提供了良好的发生畸变电场条件。

2.4.4 B户致灾的可能性原因分析和初步性结论推断

由上述相关资料及分析可知：

1)由表1可知，本次监测到的地闪全都是小电流雷电，这是雷电发生绕击现象的先决条件；

2)建筑是砖木结构，无钢筋立柱，相当于没用良好的泄流途径，这是雷电发生旁侧闪络现象的先决条件；

3)B户所处的位置、环境以及外侧的金属物体，这些都大大增加了建筑遭受雷击的概率。

那么，根据以上分析及雷电原理，对B户致灾的可能性原因作出如下推断。

由于房子为砖木结构，既没有钢筋混凝土立柱，也无任何人工接地措施；当小电流闪电发生绕击现象而侧击于四楼北面的铝合金窗户或者窗外的铁支架时，由于周围没有良好的接地通道，雷击电流在沿着砖墙进行强制无序地泄流过程中，与接地良好且离窗户最近的电源线发生旁侧闪络现象(闪击放电)，从而侵入到电源线中；在雷电流的电效应、热效应、机械力效应等共同作用下，造成电源线自身及墙壁的严重损坏。

3 关于这次雷灾结论的几点思考

对于这次“9·3”雷击事故的调查与鉴定结过程，是经过了反复探讨研究后作出的，有的是证据确凿、结论明确，但是还有不如人意的的地方，特别是对B户所得出的结论的一部分论据建立于推断基础之上，无法提取确凿的证据和事实来充分证明这个过程。

对于本次雷灾出现的下列现象，是基于如下雷电原理考虑的：

1)A户屋脊在遭受直击雷击的情况下而受损的位置却那么小，这侧面证明了它是仅遭受到小电流雷击，与表1所列的闪电定位仪监测到数据相一致；

2)A户很明显是遭受过直接雷击，但是它却没有出现像B户那样的严重后果，主要是由于A户的建筑为框剪结构(图2中清晰可见钢筋材料)，当小电流雷电直接击中建筑天面时，雷电流就可以非常迅速地通过立柱钢筋泄流入地，而未造成更多的损失；

3)对于B户雷电流在入侵电源线后并未沿着线路殃及更多的地方，应该是由于小电流雷电在破坏线路和墙壁的情况下就已将大部分电能转化成了机械能和热能，致使能量较快耗尽；

4)B户所在建筑只有四层楼高，到屋脊的高度也不会超过20 m，在这种情况下一般是不会发生侧击现象的；就本次雷击事故的特殊性而言，应该是由于小电流雷电发生绕击现象而产生的侧击，也就是说小电流雷电绕过了B户建筑天面上的任何物体，包括屋脊、屋角、屋檐、檐角等部位，而击于建筑侧面位置。

另外，由于我们人类至今未能完全掌握雷电原理及机理，有些现象还无法得到相应的解释。若是假设对B户作出的结论是正确的，那么下列现象就需要更深入的研究和思考。

1)对于B户四楼北面房间电源线损伤原因，虽然当地消防部分非常明确地表示家用电源(50Hz，220V)在这样的线路上发生短路现象是很难产生如此严重破坏力，同时还要使得1#、2#两组电源线同时发生短路，并且一楼电表处的剩余电流保护器和配电箱的空气开关这两级自动保护装置都不跳闸。那么，是否有可能在某种特殊情况下会发生这样的现象呢？

2)对于B户，小雷电流是通过旁侧闪络现象进入电源线的，其能量也可能很快耗尽，但损害范围就在这不到4 m2范围内的电源线路上，这在以往的雷灾实例中并未见过；

3)本次雷击事故中还出现非常奇特的现象，假如对B户所作的结论是完全正确的话，那么相当于A户和B户都是遭受过直接雷击，但是A户和B户及其周边的住宅和厂区均无任何电子电气设备损坏(除了B户四楼北面房间因火灾原因无法确认外)，特别是B户出现的情况，不但自家的四楼南面房间和三楼北面房间内的家用设备无任何损坏，连隔壁的四楼北面房间也无任何损失，为什么电磁感应效应和辐射电磁场效应在这次雷击事故中均未得到有效的表现？

4 结 语

迄今为止，人类对雷电的认知还是建立在大量的假说学基础之上的，即使在近几十年来随着对闪电探测手段的提高，世界各国在雷电研究方面取得了丰硕的成果，但对雷电的形成机制、活动规律等方面仍然无法了解透彻，就如最基本的雷雨云起电原理至今还在各种假说讨论之上。由于雷电自身和受灾对象具有的多样性和复杂性特点，造成危害的现象也是千差万别的，因此很难做到每种雷灾现象都能用现有的理论做到完美解释。在文中所述例子中，统筹考虑了消防部门的官方结论后，并穷尽了直接法、排除法等方法对这次雷击事故进行鉴定并得出初步结论，但反过来进行思考，发现还是有几点现象在现有雷电理论下是很难予以解释清楚，我们将此提出，希望与各位专家、学者进行商榷、探讨，有助于进一步提高防雷技术，也希望对今后的雷灾调查与鉴定过程能有一定的借鉴作用，使防雷技术不断跨上新台阶。

[1] 陈渭民.雷电学原理[M].北京：气象出版社，2006.

[2] 陈加清,周璧华,贺宏兵.雷电的损伤效应[J].安全与电磁兼容，2004(6):44-48.

[3] 中国气象局.雷电灾害调查技术规范QX/T103-2009[S].

[4] 浙江省质量技术监督局.雷电灾害调查与鉴定技术规范DB33/T778-2010[S].

[5] 机械工业联合会.建筑物防雷设计规范GB50057-2010[S].北京：中国计划出版社，2011.

[6] IEC62305-1：2010,Protection Against Lightning.Part 1: General principles[S].

[7] 梅卫群,江燕如.建筑防雷工程与设计[M].第三版.北京:气象出版社,2008.

2016-12-30