民用建筑雷灾爆炸调查与成因分析——以张家口民房雷击为例

陈 万 祯

0 前 言

雷电是发生在大气中的一种强烈的放电现象，具有高电压、大电流、持续时间短的特点.雷电威胁着人的生命，毁坏人们的建筑，损坏电子设备.2010年8月30日晚20点30分左右，张家口市桥西区一处民用建筑物遭受雷击.造成三人受伤，房屋坍塌，部分电器受损，后果极为严重.灾情发生后，笔者和市局防雷中心技术人员立即赶赴现场进行了深入细致实地勘察、取证工作，科学的分析了这次事故发生的原因，并提出了相应的防雷措施建议.

1 受灾现场勘察、取证

1.1 地理位置

案发地点为我市桥西区的一处居民院落，属旧城改造拆迁地块，事件发生前，该院四周多数建筑已被推倒，夷为平地，故该建筑属孤立建筑.该院四置情况：向东500 m为张崇公路,向西900 m为西太平山；向南150 m为旧城墙；向北100 m处为移动通讯铁塔.该院为北房两间，东房两间.

1.2 现场勘察情况

1.2.1 受损房屋为两间东房，现场情况：

(1)屋内里外间的电源线路均为墙内暗敷，现场墙插及电源线路由于过压全部崩毁.(2)外屋电冰箱右侧上边缘有电击穿约20 mm左右的一个洞，有烟熏痕迹，靠冰箱上方墙壁有大片烟熏痕迹.(3)里外屋窗户全部向外崩毁，玻璃破碎.(4)顶棚大多塌落，外屋隔墙上方烟囱处有一塌洞与外贯通(靠近电冰箱处).雷击现场见图1、图2、图3、图4.

图1屋顶塌落图2墙体插座崩裂

图3冰箱被击穿图4墙体电线崩裂

1.2.2 根据调查，8月30日晚约20点左右，受雷击住户在里间屋点蜡烛吃饭(电源因拆迁在先前已经被切断)，忽听一声雷响，屋顶塌落，将屋内三人砸伤，被送往医院救治.

图5 雷击后的危房

1.2.3 屋外查看情况：1)该院属拆迁范畴，院墙已被推倒，东房顶部设置一台电视接收天线，线路由屋顶随意引入室内，查验现场时发现该线路已被烧毁.2)该户供电线路是由北距移动通讯铁塔不足十米的线杆上临时架空引入的，经查验该线路从头至尾全部过电压，线皮爆起，线芯大多氧化，特别是电表处的控制开关脱落，线头多处融化、断裂，过电压痕迹明显.3)该房屋外房檐全部塌落，屋顶砖烟囱倒塌，大部分瓦被掀起，该房已成危房，不能住人.(见图5)

2 事故原因及分析

2.1 天气形势分析

据张家口市气象台资料显示，2010年8月30日19点42分至21点23分市区出现了强雷暴天气过程.

2.2 事故发生处建筑物的特点

该建筑物为一层砖木结构，四周较为空旷，整个院落房屋没有安装防雷装置保护，电源及电视信号线架空引入.在雷暴天气发生时，雷电可能击中建筑物或通过电源和信号线路侵入建筑物，这是遭受雷击的主要原因.

2.3 电磁感应的危害

从现场勘察情况看，室外架空电源线路几乎大部分烧焦爆皮，室内墙内暗敷电源线路大部爆裂焦黑，控制开关烧黑、脱落，这说明线路上产生强大过电压和过电流导致的结果.距建筑物附近有移动通讯塔和电杆，这些构筑物在某种程度上可以说是引雷装置，由于其本身防雷设施较为完善，强大的雷电流沿构筑物引下线泄地后，在周围空间产生强大的交变磁场，磁场会对它周围的导体产生较大的电动势.金属环路开口处感应最大电动势为：

Em=2×10-7L·l[(L+X1)/X1].di/dt

该建筑物距离铁塔约100 m，周边民房有许多纵横交错架空电源和信号线，我们假设在100 m范围内有多个开口环，雷击铁塔产生变化电磁场在环路中产生高电势，由于建筑物电源无接地泄流装置，很容易给线路及建筑物内电器造成严重破坏.

计算一下离铁塔X1=100 m处有一个L=10 m的开口环，首次雷击I=100 kA,波前时间t=2.5 μS，它的感应电动势为

Em=2×10-710·l[(10+100)/100].105/2.5×10-6=1.58 kV

可见，如此高的感应电动势产生间隙放电，足以击坏各种家用电器，且使无接地电源线路烧焦爆皮.

2.4 旁侧闪击的损害

由于建筑物没有安装防雷装置雷击铁塔后，强大的雷电流快速向下传播过程中，对该居民房屋及架空线路发生了旁侧闪击，强烈的雷电波击穿了空气，对建筑物和架空的线路造成了严重的损害.

2.5 瞬态地电位的抬升

当雷电击中铁塔时，通过铁塔的雷电流在铁塔的任意点的电位是：

U=IRi+LHdi/dt

式中：I—雷电流，kA；

Ri—接地装置冲击电阻，Ω；

L—单位长度电感，约1.6 μH/m；

H—引线线长度，m；di/dt—雷电流陡度，kA/μS.

若考虑首次雷击I=100 kA,波前时间t=2.5 μS,塔高H=80 m,工频接地电阻(近似冲击电阻)Ri=0.9 Ω，则

U =100×103×0.9+1.6x10-6×80×(100×103)/(2.5×10-6)

=0.9×105+51.2×105=52.1×105=5210(kV)

由此可见，铁塔瞬间地电位抬升为5 210 kV,这样高的地电位足以对周围建筑物造成严重的地电位反击.

2.6 防雷中心技术人员对现场部分铁质金属进行了现场剩磁检测.检测数据如表1：

表1 剩磁检测表 单位：mT

以上检测剩磁数据符合：“铁磁体磁性的强弱与其距电流通道(如本案中电源线路)的距离有关，距导线越近磁性越强的磁化规律”.可以判定发生过短路或雷击.火烧导线发生短路，同样也会产生磁场并使铁磁体保持磁性，但因该平房早已停止供电，且事发前后并没有发生火灾，故不存在火烧短路这一情况.

3 调查结论

经现场勘查、取证与分析，这次雷击事故是由于雷击铁塔产生的瞬间地电位抬升，高电压，强电流对该建筑物产生的电磁感应和旁侧闪击综合作用造成的结果.该建筑物没有安装防雷装置时造成事故发生的必然结局.

4 建 议

雷灾虽然是自然灾害，如果我们了解和懂得一些防雷的基本知识，科学的防雷，雷击事故还是可以避免的.

第一 加强防雷科普宣传及防雷避险知识，提高广大民众对于雷电的自我防护意识.了解和关注自身居所防雷安全问题.

第二 建立和完善雷电预警预报制度，及时向社会公众发布雷电预警预报信息，引导广大民众合理避险.

第三 完善建筑物的防雷装置，尤其对于架空引入室内的电源和信号线路，常常成为雷电袭击的目标，应该引起警觉和重视.