說到防雷,可能不少人首先會(huì)想到避雷針,而“避雷針”這一概念,很容易讓大家對(duì)防雷的概念造成誤解。
誤解1: 避雷針是用來“避雷”的。
其實(shí),避雷針的學(xué)名叫“接閃器”,不是用來“避開雷擊”的,而是用來“迎接閃電”的,避雷針,本質(zhì)是上是引雷針。其保護(hù)的機(jī)理是,將閃電引向自身,然后經(jīng)規(guī)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(shè)施而引起的財(cái)產(chǎn)、生命損失事故。
誤解2: 打雷時(shí),應(yīng)離大樹越遠(yuǎn)越好。
大多數(shù)人都知道,在打雷時(shí),不能站著大樹下避雨。在網(wǎng)上搜索類似的問題,答案大多是“遠(yuǎn)離孤立的大樹”、“離大樹越遠(yuǎn)越好”之類,因?yàn)檫@類事故最頻繁。但是這些說法不準(zhǔn)確,有一定的片面性。
在空曠的區(qū)域,孤立的大樹,相當(dāng)于一個(gè)避雷針,其遭受雷擊的概率大。如果雷電擊中大樹,而人站著大樹下,可能會(huì)造成旁側(cè)閃絡(luò)、跨步電壓傷害,所以雷雨時(shí)“遠(yuǎn)離”大樹是沒錯(cuò)的。
但是,在空曠的區(qū)域,要離大樹多遠(yuǎn)呢,越遠(yuǎn)越好嗎?其實(shí)不然。避雷針的保護(hù)范圍是有限的,當(dāng)人離大樹太遠(yuǎn)時(shí),就不在大樹這個(gè)“避雷針”的保護(hù)范圍之內(nèi),這樣人可能被雷電直接擊中(人體成了“避雷針”)。現(xiàn)實(shí)中,經(jīng)常發(fā)生閃電直接擊中人的事故,比如農(nóng)田雷擊事故,在農(nóng)田中勞作的人被閃電直接擊中身亡。究其原因,主要有2點(diǎn):1)農(nóng)田里有水,相比而言其導(dǎo)電性更好。2)在農(nóng)田里,通常人是高點(diǎn)。
那么如何計(jì)算避雷針的保護(hù)范圍呢?常用的方法之一是“滾球法”,該方法計(jì)算比較嚴(yán)格,可靠性高。
至于為什么用“滾球法”,這是源于閃電先導(dǎo)的機(jī)理,閃電產(chǎn)生前,會(huì)形成多支下行的先導(dǎo)(“先鋒”),先導(dǎo)一步步行進(jìn),當(dāng)其中一個(gè)下行先導(dǎo)與地面物體的上行先導(dǎo)會(huì)合后,就會(huì)發(fā)生閃電放電。先導(dǎo)步進(jìn)的長(zhǎng)度和雷電流大小正相關(guān),而滾球半徑取決于先導(dǎo)步進(jìn)長(zhǎng)度。按不同的防雷等級(jí),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(hù)范圍也越小,越不容易防范,對(duì)應(yīng)的防雷等級(jí)越高)。
回到上面的問題,應(yīng)該離大樹多遠(yuǎn)呢?我們可以舉一個(gè)例子來算一下。假設(shè)一個(gè)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(gè)半徑30m的“球”,可能從任何一個(gè)方向向你襲擊過來,怎么才不會(huì)被這個(gè)球“沾”到呢。
根據(jù)模型計(jì)算,身高2m的人,當(dāng)離大樹的距離超過22.4-10.8=11.6m時(shí),就不在大樹的保護(hù)范圍之內(nèi)(圖中的綠色斜線部分)。
另外,我們要和大樹保持一個(gè)安全距離,這個(gè)安全距離,有人說至少2m,也有說至少3m、5m的,在此我們?nèi)∽畋J氐?m安全距離(實(shí)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(xiǎn)的,模型中以距樹干的距離進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)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(huì)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(xiǎn)的。
在此總結(jié)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(cè)閃絡(luò);
防范措施:不站在孤立的大樹下,不倚靠孤立的大樹;不使用電話;不接觸由室外進(jìn)入室內(nèi)的導(dǎo)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(shí)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(nèi)、車內(nèi),關(guān)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(yuǎn)離潮濕空曠的地區(qū),如農(nóng)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(yuǎn)離易燃物、爆炸物,避免雷擊引起的火災(zāi)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(shè)備,只能對(duì)直擊雷起到防護(hù)作用。而當(dāng)避雷針接閃時(shí),雷電流瞬間通過引下線泄放到大地,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電電磁脈沖(LEMP),俗稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷會(huì)對(duì)電氣、電子系統(tǒng)造成大面積的破壞。而隨著電子技術(shù)的發(fā)展,設(shè)備集成度越來越高,體積越來越小,對(duì)感應(yīng)雷越來越敏感。所以,防雷是一個(gè)綜合系統(tǒng),不光要防直擊雷,還要防止感應(yīng)雷。直擊雷破壞力強(qiáng),但其是“點(diǎn)”破壞,而感應(yīng)雷是“面”破壞。避雷針本質(zhì)上是引雷針,安裝避雷針后,被直擊雷擊中的概率會(huì)更高,所以對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)、敏感設(shè)備而言,越是安裝了避雷針的地方,越是需要進(jìn)行感應(yīng)雷防護(hù)。