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下載手機APP 摘 要：每年4～9月是華南地區(qū)雷電災(zāi)害的多發(fā)季節(jié)，雷電災(zāi)害給人民帶來生命安全和財產(chǎn)損失。本文介紹雷電產(chǎn)生的原因，對施工機械的危害以及對雷電災(zāi)害的預(yù)防方法和技術(shù)，這些方法和技術(shù)對同行在施工過程中預(yù)防雷電災(zāi)害具有普遍的參考意義。
1 雷電的產(chǎn)生
雷電是自然界中一種常見的放電現(xiàn)象。關(guān)于雷電的產(chǎn)生有多種解釋理論，通常我們認為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產(chǎn)生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及云團對地之間形成強大的電場，從而產(chǎn)生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結(jié)、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負電，兩種極性不同的電荷會使云的內(nèi)部或云與地之間形成強電場，瞬間劇烈放電爆發(fā)出強大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。
2 雷電危害的種類
雷擊的危害主要有三方面：第一是直擊雷。是指雷云對大地某點發(fā)生的強烈放電。它可以直接擊中設(shè)備，雷電擊中架空線，如電力線，電話線等。雷電流便沿著導(dǎo)線進入設(shè)備，從而造成損壞。第二是感應(yīng)雷。它可以分為靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)。當帶電雷云（一般帶負電）出現(xiàn)在導(dǎo)線上空時，由于靜電感應(yīng)作用,導(dǎo)線上束縛了大量的相反電荷。一旦雷云對某目標放電,雷云上的負電荷便瞬間消失,此時導(dǎo)線上的大量正電荷依然存在,并以雷電波的形式沿著導(dǎo)線經(jīng)設(shè)備入地，引起設(shè)備損壞。當雷電流沿著導(dǎo)體流入大地時,由于頻率高,強度大，在導(dǎo)體的附近便產(chǎn)生很強的交變電磁場，如果設(shè)備在這個場中，便會感應(yīng)出很高的電壓，以致?lián)p壞。對于靈敏的電子設(shè)備，尤需注意。第三是地電位提高。當10kA的雷電流通過下導(dǎo)體入地時，我們假設(shè)接地電阻為10Ω,根據(jù)歐姆定律,我們可知在入地點A處電壓為100kV。因A點與B、C、D點相連，所以這幾點電壓都為100kV。而E點接地，其電壓值為0，設(shè)備的D點與E點間有100kV的電壓差，足以將設(shè)備損壞。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計表明：直擊雷的損壞僅占15%，感應(yīng)雷與地電位提高的損壞占85%。目前，直擊雷造成的災(zāi)害已明顯減少，而隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，感應(yīng)雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加。一般建筑物上的避雷針只能預(yù)防直擊雷，而強大的電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓卻能潛入室內(nèi)危及電視、電話及聯(lián)網(wǎng)微機等弱電設(shè)備。
3 防雷的方法和技術(shù)
在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，雖然人類不可能完全控制暴烈的雷電，但是經(jīng)過長期的摸索與實踐，已積累起很多有關(guān)防雷的知識和經(jīng)驗，形成一系列對防雷行之有效的方法和技術(shù)。
?。?）接閃 接閃就是讓在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電能量按照人們設(shè)計的通道泄放到大地中去。把一定保護范圍的閃電放電捕獲到，納入預(yù)先設(shè)計的對地泄放的合理途徑之中。避雷針是一種主動式接閃裝置，其功能就是把閃電電流引導(dǎo)入大地。避雷線和避雷帶是在避雷針基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。采用避雷針是最首要、最基本的防雷措施。
?。?）接地 接地就是讓已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓,避免發(fā)生反擊。過去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作。接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來。防雷接地是防雷設(shè)施安裝驗收規(guī)范中最基本的安全要求。
（3）均壓連接 接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至高電位，會對防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高，進而對人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險，最簡單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來，一直到接地裝置。金屬設(shè)施、電氣裝置和電子設(shè)備，如果其與防雷系統(tǒng)的導(dǎo)體，特別是接閃裝置的距離達不到規(guī)定的安全要求時，則應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線把它們與防雷系統(tǒng)進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時，所有設(shè)施立即形成一個“等電位島”，保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊。
?。?）分流 分流就是在一切從室外來的導(dǎo)線與接地線之間并聯(lián)一種適當?shù)谋芾灼鳌．斨苯永谆蚋袘?yīng)雷在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿著這些導(dǎo)線進入室內(nèi)或設(shè)備時，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態(tài)，將閃電電流分流入地。分流是現(xiàn)代防雷技術(shù)中迅猛發(fā)展的重點，是防護各種電氣電子設(shè)備的關(guān)鍵措施。由于雷電流在分流之后，仍會有少部分沿導(dǎo)線進入設(shè)備，這對于不耐高壓的微電子設(shè)備來說仍是很危險的，所以對于這類設(shè)備在導(dǎo)線進入機殼前應(yīng)進行多級分流。采用分流這一防雷措施時，應(yīng)特別注意避雷器性能參數(shù)的選擇，因為附加設(shè)施的安裝或多或少地會影響系統(tǒng)的性能。
?。?）屏蔽 屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設(shè)備影響的最有效方法。
4 雷電對施工機械的危害及預(yù)防
公路施工作業(yè)處在露天環(huán)境下進行。施工機械的電氣控制系統(tǒng)特別是微電子控制裝置受雷電直擊或雷電感應(yīng)過電壓損害的幾率很大。京珠高速公路清遠段地處石灰?guī)r山區(qū)，在雷雨季節(jié)是雷電襲擊的高發(fā)地區(qū)，每當天空中烏云密布大雨來臨時，雷電往往會對施工機械進行正面的襲擊；而有時即使在天空中沒有雨云又不下雨的情況下，感應(yīng)雷也會時有發(fā)生，其產(chǎn)生的浪涌電壓入侵并損壞路面攤鋪機的微電控制裝置，為此，防雷工作勢在必行。
?。?）在瀝青混合料攬拌廠場安裝避雷針裝置 由于瀝青混合料攪拌設(shè)備及其配套機械集中在一個生產(chǎn)廠場使用，比較容易進行集中防雷，為此，在拌和廠場安裝避雷針。避雷針的高度高于攪拌樓的最高點，達到有效的保護半徑，防止雷電對任何一臺作業(yè)機械直擊。避雷針接地要可靠，由于石灰?guī)r山區(qū)的地質(zhì)土壤比較干硬，土壤電阻值過大，所以接地網(wǎng)的埋設(shè)與廣珠東線的做法不盡相同。接地網(wǎng)的角鋼樁點埋設(shè)土坑要求1.0m深左右，角鋼在土坑內(nèi)要露出20cm左右，在土坑內(nèi)按比例填滿木炭和顆粒生鹽作為降阻介質(zhì)，生鹽與木炭的重量比例為1:10，即1kg生鹽摻合10kg木炭，然后填土復(fù)蓋。這樣可以確保接地電阻值在4以下。當雷電襲擊時由避雷針及其引線經(jīng)過接地網(wǎng)迅速將強大的雷電電流引入大地，防止雷電對機電系統(tǒng)的直擊。此外，還對瀝青混合料攪拌操作控制室進行屏蔽，做法是將操作室內(nèi)微電子控制系統(tǒng)的工作接地、保護接地與金屬結(jié)構(gòu)的控制室外殼用導(dǎo)體連接在一起，再通過接地引線引入地下接地網(wǎng)，使它們保持相等的地電位，預(yù)防靜電及雷電。
(2)對路面攤鋪機械電氣控制裝置裝設(shè)過電壓保護器 由于路面攤鋪機械是隨時移動作業(yè)的，不可能集中避雷，而處在露天環(huán)境下的移動機械電氣控制裝置最容易受感應(yīng)雷浪涌電壓的入侵，例如瀝青瀝青攤鋪機控制路面平整度和控制機械定位的壓力傳感器等就深受其害。為了保護這些控制靈敏度極高的機械微電子控制裝置免遭感應(yīng)雷浪涌電壓入侵損毀，根據(jù)每臺機械控制裝置的不同構(gòu)造特點，對其裝設(shè)過電壓保護器。
5 結(jié)束語
雷電災(zāi)害對機械電氣控制裝置特別是微電子裝置的侵害是一種常見的自然災(zāi)害，為避免雷電對其侵害，應(yīng)根據(jù)機械電氣控制設(shè)備的不同構(gòu)造特點而采用不同的防雷方法。只要合理地選用防雷設(shè)備，應(yīng)定期由專業(yè)防雷公司檢測防雷設(shè)施，評估防雷設(shè)施是否符合國家規(guī)范要求，施工項目應(yīng)設(shè)立防范雷電災(zāi)害責(zé)任人，負責(zé)防雷安全工作，建立各項防雷安全工作，建立各項防雷設(shè)施的定期檢測，雷雨后的檢查和日常的維護。施工單位在防雷設(shè)施的設(shè)計和建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境、被保護物的特點，雷電活動規(guī)律等因素綜合考慮，采用安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的設(shè)計施工。就會大大降低雷電災(zāi)害帶來的損失。
1 雷電的產(chǎn)生
雷電是自然界中一種常見的放電現(xiàn)象。關(guān)于雷電的產(chǎn)生有多種解釋理論，通常我們認為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產(chǎn)生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及云團對地之間形成強大的電場，從而產(chǎn)生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結(jié)、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負電，兩種極性不同的電荷會使云的內(nèi)部或云與地之間形成強電場，瞬間劇烈放電爆發(fā)出強大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。
2 雷電危害的種類
雷擊的危害主要有三方面：第一是直擊雷。是指雷云對大地某點發(fā)生的強烈放電。它可以直接擊中設(shè)備，雷電擊中架空線，如電力線，電話線等。雷電流便沿著導(dǎo)線進入設(shè)備，從而造成損壞。第二是感應(yīng)雷。它可以分為靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)。當帶電雷云（一般帶負電）出現(xiàn)在導(dǎo)線上空時，由于靜電感應(yīng)作用,導(dǎo)線上束縛了大量的相反電荷。一旦雷云對某目標放電,雷云上的負電荷便瞬間消失,此時導(dǎo)線上的大量正電荷依然存在,并以雷電波的形式沿著導(dǎo)線經(jīng)設(shè)備入地，引起設(shè)備損壞。當雷電流沿著導(dǎo)體流入大地時,由于頻率高,強度大，在導(dǎo)體的附近便產(chǎn)生很強的交變電磁場，如果設(shè)備在這個場中，便會感應(yīng)出很高的電壓，以致?lián)p壞。對于靈敏的電子設(shè)備，尤需注意。第三是地電位提高。當10kA的雷電流通過下導(dǎo)體入地時，我們假設(shè)接地電阻為10Ω,根據(jù)歐姆定律,我們可知在入地點A處電壓為100kV。因A點與B、C、D點相連，所以這幾點電壓都為100kV。而E點接地，其電壓值為0，設(shè)備的D點與E點間有100kV的電壓差，足以將設(shè)備損壞。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計表明：直擊雷的損壞僅占15%，感應(yīng)雷與地電位提高的損壞占85%。目前，直擊雷造成的災(zāi)害已明顯減少，而隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展，感應(yīng)雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加。一般建筑物上的避雷針只能預(yù)防直擊雷，而強大的電磁場產(chǎn)生的感應(yīng)雷和脈沖電壓卻能潛入室內(nèi)危及電視、電話及聯(lián)網(wǎng)微機等弱電設(shè)備。
3 防雷的方法和技術(shù)
在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的今天，雖然人類不可能完全控制暴烈的雷電，但是經(jīng)過長期的摸索與實踐，已積累起很多有關(guān)防雷的知識和經(jīng)驗，形成一系列對防雷行之有效的方法和技術(shù)。
?。?）接閃 接閃就是讓在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電能量按照人們設(shè)計的通道泄放到大地中去。把一定保護范圍的閃電放電捕獲到，納入預(yù)先設(shè)計的對地泄放的合理途徑之中。避雷針是一種主動式接閃裝置，其功能就是把閃電電流引導(dǎo)入大地。避雷線和避雷帶是在避雷針基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。采用避雷針是最首要、最基本的防雷措施。
?。?）接地 接地就是讓已經(jīng)納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓,避免發(fā)生反擊。過去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作。接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來。防雷接地是防雷設(shè)施安裝驗收規(guī)范中最基本的安全要求。
（3）均壓連接 接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至高電位，會對防雷系統(tǒng)周圍的尚處于地電位的導(dǎo)體產(chǎn)生旁側(cè)閃絡(luò)，并使其電位升高，進而對人員和設(shè)備構(gòu)成危害。為了減少這種閃絡(luò)危險，最簡單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于地電位的導(dǎo)體等電位連接起來，一直到接地裝置。金屬設(shè)施、電氣裝置和電子設(shè)備，如果其與防雷系統(tǒng)的導(dǎo)體，特別是接閃裝置的距離達不到規(guī)定的安全要求時，則應(yīng)該用較粗的導(dǎo)線把它們與防雷系統(tǒng)進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時，所有設(shè)施立即形成一個“等電位島”，保證導(dǎo)電部件之間不產(chǎn)生有害的電位差，不發(fā)生旁側(cè)閃絡(luò)放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產(chǎn)生的反擊。
?。?）分流 分流就是在一切從室外來的導(dǎo)線與接地線之間并聯(lián)一種適當?shù)谋芾灼鳌．斨苯永谆蚋袘?yīng)雷在線路上產(chǎn)生的過電壓波沿著這些導(dǎo)線進入室內(nèi)或設(shè)備時，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態(tài)，將閃電電流分流入地。分流是現(xiàn)代防雷技術(shù)中迅猛發(fā)展的重點，是防護各種電氣電子設(shè)備的關(guān)鍵措施。由于雷電流在分流之后，仍會有少部分沿導(dǎo)線進入設(shè)備，這對于不耐高壓的微電子設(shè)備來說仍是很危險的，所以對于這類設(shè)備在導(dǎo)線進入機殼前應(yīng)進行多級分流。采用分流這一防雷措施時，應(yīng)特別注意避雷器性能參數(shù)的選擇，因為附加設(shè)施的安裝或多或少地會影響系統(tǒng)的性能。
?。?）屏蔽 屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設(shè)備影響的最有效方法。
4 雷電對施工機械的危害及預(yù)防
公路施工作業(yè)處在露天環(huán)境下進行。施工機械的電氣控制系統(tǒng)特別是微電子控制裝置受雷電直擊或雷電感應(yīng)過電壓損害的幾率很大。京珠高速公路清遠段地處石灰?guī)r山區(qū)，在雷雨季節(jié)是雷電襲擊的高發(fā)地區(qū)，每當天空中烏云密布大雨來臨時，雷電往往會對施工機械進行正面的襲擊；而有時即使在天空中沒有雨云又不下雨的情況下，感應(yīng)雷也會時有發(fā)生，其產(chǎn)生的浪涌電壓入侵并損壞路面攤鋪機的微電控制裝置，為此，防雷工作勢在必行。
?。?）在瀝青混合料攬拌廠場安裝避雷針裝置 由于瀝青混合料攪拌設(shè)備及其配套機械集中在一個生產(chǎn)廠場使用，比較容易進行集中防雷，為此，在拌和廠場安裝避雷針。避雷針的高度高于攪拌樓的最高點，達到有效的保護半徑，防止雷電對任何一臺作業(yè)機械直擊。避雷針接地要可靠，由于石灰?guī)r山區(qū)的地質(zhì)土壤比較干硬，土壤電阻值過大，所以接地網(wǎng)的埋設(shè)與廣珠東線的做法不盡相同。接地網(wǎng)的角鋼樁點埋設(shè)土坑要求1.0m深左右，角鋼在土坑內(nèi)要露出20cm左右，在土坑內(nèi)按比例填滿木炭和顆粒生鹽作為降阻介質(zhì)，生鹽與木炭的重量比例為1:10，即1kg生鹽摻合10kg木炭，然后填土復(fù)蓋。這樣可以確保接地電阻值在4以下。當雷電襲擊時由避雷針及其引線經(jīng)過接地網(wǎng)迅速將強大的雷電電流引入大地，防止雷電對機電系統(tǒng)的直擊。此外，還對瀝青混合料攪拌操作控制室進行屏蔽，做法是將操作室內(nèi)微電子控制系統(tǒng)的工作接地、保護接地與金屬結(jié)構(gòu)的控制室外殼用導(dǎo)體連接在一起，再通過接地引線引入地下接地網(wǎng)，使它們保持相等的地電位，預(yù)防靜電及雷電。
(2)對路面攤鋪機械電氣控制裝置裝設(shè)過電壓保護器 由于路面攤鋪機械是隨時移動作業(yè)的，不可能集中避雷，而處在露天環(huán)境下的移動機械電氣控制裝置最容易受感應(yīng)雷浪涌電壓的入侵，例如瀝青瀝青攤鋪機控制路面平整度和控制機械定位的壓力傳感器等就深受其害。為了保護這些控制靈敏度極高的機械微電子控制裝置免遭感應(yīng)雷浪涌電壓入侵損毀，根據(jù)每臺機械控制裝置的不同構(gòu)造特點，對其裝設(shè)過電壓保護器。
5 結(jié)束語
雷電災(zāi)害對機械電氣控制裝置特別是微電子裝置的侵害是一種常見的自然災(zāi)害，為避免雷電對其侵害，應(yīng)根據(jù)機械電氣控制設(shè)備的不同構(gòu)造特點而采用不同的防雷方法。只要合理地選用防雷設(shè)備，應(yīng)定期由專業(yè)防雷公司檢測防雷設(shè)施，評估防雷設(shè)施是否符合國家規(guī)范要求，施工項目應(yīng)設(shè)立防范雷電災(zāi)害責(zé)任人，負責(zé)防雷安全工作，建立各項防雷安全工作，建立各項防雷設(shè)施的定期檢測，雷雨后的檢查和日常的維護。施工單位在防雷設(shè)施的設(shè)計和建設(shè)時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境、被保護物的特點，雷電活動規(guī)律等因素綜合考慮，采用安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的設(shè)計施工。就會大大降低雷電災(zāi)害帶來的損失。
