雷电对现代城市建筑影响及预防技术初探

于光波

黑龙江省鸡西市气象局防雷中心

雷电对现代城市建筑影响及预防技术初探

于光波

黑龙江省鸡西市气象局防雷中心

随着现代城市的发展和高层建筑的涌现，雷电对现代城市建筑带来的影响和造成的损失越来越大，如何有效预防雷电的危害，成为城市建筑在进行建设和维护时所需考虑的重要问题。本文从雷电的成因入手，对给现代城市建筑造成的危害进行分析，同时提出了在城市建筑中预防雷电危害的综合措施，并从整体角度阐述了做好城市防雷气象预报的重要性。

雷电；城市建筑；预防

雷电是大自然中极为主要而壮美的大气现象，伴着声、光、电等多种物理现象，雷电给人们的生活带来了非常重大的影响。近年来，随着现代城市高层建筑的不断兴起，雷电给城市建筑造成的危害也越来越大。为了减少雷电灾害所带来的损失，最大程度降低雷电灾害的概率，就要研究雷电对现代城市建筑造成的影响，从而采取有效的预防措施。

一、雷电的成因及其对城市建筑所造成的危害

（一）雷电的形式

雷电一般来说，有三种保险形式，分别为直击雷、感应雷和球形雷。

直击雷是带电的云层和大地上某点之间发生的迅猛放电现象。雷电直接击在建筑构架、动植物上，通过因电效应、热效应和机械效应等从而造成建筑物损毁及人员伤亡。感应雷是带电云在于静电感应作用下，让地面某一范围内带上异种电荷。球形雷则是一种特殊的雷电现象，简称球雷。因为球形雷存在的时间较为短暂，对它的研究比较困难，因此到现在为止还没有统一的说法。球形雷主要是沿着建筑物的孔洞或者打开的门窗进入室内，有的通过烟囱或通气管道滚进房子，多数沿带电体而消失。但是这种“火球”到底是怎样的东西，又是怎样形成的，则是多种说法，目前还没有一种说法可以比较完善地解释这种现象，或在实验中完整的重构这个现象。

（二）雷电对城市建筑所造成的危害

雷电发生时多半会产生强烈的光，并伴随着巨大的响声，这种大自然的强大放电直接击于建筑物或者防雷装置之上，或者从建筑物的侧、旁击在建筑物之上，危害地面上的建筑物等物件和人、畜安全；同时雷电产生了强大的电磁脉冲(LEMP)，也具有非常大的破坏性。归纳起来，雷电所造成的危害包括直击雷电所造成的危害和雷击电磁脉冲所造成的危害。

1、直击雷电对建筑物造成的危害

在雷云对地放电的时候，强大的雷电流从雷击点进入了被击的物体，由于雷电流幅值高达数十乃至数百千安，其热效应可以在雷击点的局部范围内产生高达6000——10000摄氏度乃至于更高的温度

2.雷击电磁脉冲的危害

雷击电磁脉冲为一种干扰源，是指闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近从而引起的效应。雷击电磁脉冲绝大多数是通过连接导体的干扰，比如雷电流或部分雷电流以及被雷电击中装置的电位快速升高以及电磁辐射干扰。今年以来，由于信息处理技术的普遍应用，多种电子设备正在普遍地进入各种建筑物内，各个建筑物之间的信息交换与传递也日益加强，这就使得雷电脉冲磁场的危害越来越大。雷电流不只是能够产生脉冲磁场，同时能够产生脉冲电场，并且能够以电磁波的方式直接辐射到电子设备中去从而，使电子设备受到干扰甚至被损坏。

二、城市建筑防雷技术

随着现代科技的发展，人们对防雷技术也有了更进一步的探索，从而采用了一些城市建筑的防雷技术，归结起来主要有7种：避雷针防雷法、法拉第笼式防雷法、滚球防雷法、E·F避雷保护系统、消雷器防护法、避雷设施保护法、人工影响雷电防雷法。这里主要探讨避雷针防雷法及球形雷的预防方法。

（一）避雷针防雷法的原理及适用范围

1、避雷针防雷法的原理：避雷针防雷法主要利用避雷针高于被保护建筑的高度，让雷云下的电场发生畸变，以此将雷电流吸引到避雷针上，并且通过引下线和接地装置导入地面，使被保护的建筑避免遭遇雷电直击。也就是说避雷针防雷法的实质并不是避雷，而是引雷。

2、避雷针防雷法的适用范围：避雷针防雷法主要用在防直击雷，该系统的接闪器有很多，比如避雷针、避雷线、避雷网带等等。

3、避雷针防雷法的局限

（1）保护范围不够稳定。避雷针的保护范围为一个伞形或屋脊形保护区，保护范围的张开角度受接闪器设置高度、雷电强度等各参数影响，一些采用30，一些采用60，尽管关于保护角的计算公式有不少，但怎样精确的确定一直是富兰克林防雷理论的最大困扰所在。

（2）存在反击问题。当雷击避雷针或避雷带的时候，因为有引下线阻抗，对地电压可能会达到较高的数值，因此可能会造成接闪器和引下线向周围设备跳火反击。此外，避雷针系统也同时存在感应电压危害、接触电压与跨步电压等问题，这些都需要引起重视。

（二）球形雷的预防方法

球形雷的预防方法经过了很长时间的探索，主要是因为根据实验，球形雷为空中的带静电荷气雾层运动相互作用放电电离所形成的，球形雷本质上是一个由高速旋转电子所封闭的等离子球体。其成因主要是来自空气中的气雾层电离产生了强电场和高频电磁振荡，从而产生一团漩涡状等离子体。漩涡体不论从存在或消失来说，主要取决于其内部电磁平衡以及能量补充。

三、城市气象防雷技术工作发展前景分析

（一）不断强化预测能力。因为进行气象防雷过程中，无论是事中还是事后控制，都比不上事前对于将要发生的雷电袭击进行合理规避，所以作为非常重要的事前预测技术工作，气象防雷工作在日后的发展中，测报雷电袭击技术的发展是必然趋势。

（二）创新防雷工作机制。应借鉴传统上气象防雷技术工作的不足之处进行持续的改革创新，图片现有成果的局限性方能更好地推进气象防雷技术工作的发展。一定要避免以往的错误重复出现，在气象领域内推行总体规划、分层实施、上下协同的措施，保证防雷工作不管是从纵向还是横向上，都可以确保信度高度统一与流通，还可以对各方面的资源进行协调，从而真正实现高度配合与工作效率，防止出现因重复工作所导致的浪费问题。

[1]张茂平.智能建筑的几种有效防雷接地技术措施.工程管理前沿，2015，（6）

[2]张建军，岳建强，余兵.浅谈防雷检测工作中的几个技术问题，贵州气象，2010，（1）

[3]赵宏宇，杨丹.浅谈防雷技术存建筑工程设计中的应用，城市建设：下旬，2010，（7）

于光波（1965-），男，山东省即墨市人，学历：专科，职称：工程师，研究方向：雷电防御。