城市防雷减灾管理体系及安全防护措施分析

邓朝阳

清远市气象局，广东清远 511510

雷电是雷雨云层与大地层之间出现的强烈放电现象，雷电灾害具有局部性、突发性、半随机性及瞬时性的特点，不论是对建筑物、电器设备还是人与动物来说，都会造成严重危害。2022年5月28日，四川甘孜州石渠县德荣马乡雷击事件造成7名村民不幸身亡，2022年6月3日，湖南湘潭市狮江流域雷击事件造成1人死亡。城市防雷减灾管理体系的研究能够为雷电检测和预警提供理论支持，为气象检测人员与防雷减灾工作人员提供必要的参考。

1 现代城市防雷减灾防护技术与接地装置

1.1 感应雷防护与接地装置

感应雷通过静电和电磁脉冲进入机房管道或电子信息系统，击毁用电设备，导致用电设备出现永久性损伤。可利用法拉第笼原理，将建筑物或设备的金属结构相连，形成法拉第笼，不仅能形成良好的防御空间，为其中的电子设备提供屏蔽保护，还能够使内部均压和分流实现最佳效果[1]。

在具体的防护措施中，当每根引下线的冲击接地电阻＞10 Ω时，应按照以下公式进行计算：

当土壤电阻率ρ≤500 Ω·m时，每一引下线处应补加水平接地体的最小长度为：

当500 Ω·m＜土壤电阻率ρ≤3 000 Ω·m时，每一引下线处应补加水平接地体的最小长度为：

1.2 直击雷防护与接地装置

凡高于地表的突出物（如电话线、天线、电线杆、树、高低压电线等）都具备引雷入地的可能，具有电性能的电器设备、金属管道、有（无）源导体、电子元件等，均会造成“电压反击”，造成人员伤亡和财产损失。针对直击雷的防护，一方面，应根据建筑物或装置的使用性能、遭遇雷电事故的可能性与后果，依据防雷规范将其划分为3种类型[2]；另一方面，根据防雷装置或建筑（装置）的具体情况，选择与之相匹配的接闪器，并通过公式计算合理安排间距、截面积、装置数量等。具体公式如下。

1.2.1 地上部分如图1所示，当hx＜5Ri时：

图1 防雷装置至被保护物的间隔距离

Sa1≥0.4(Ri＋ 0.1hx)

当hx≥ 5Ri时：

Sa1≥0.1(Ri＋hx)

1.2.2 地下部分计算公式如下：

Se1≥0.4Ri

其中，Sa1为空气中的间隔距离（m），Se1为地中的间隔距离（m），Ri为独立接闪杆、网支柱或架空接闪线处接地电阻(Ω)，hx为建筑物或计算点的高度（m）。

接闪线至屋面的放散管等物体之间的间隔距离应按下列公式计算，但不应小于3 m。

①当(h＋l/2)＜5Ri时，

Sa2≥0.2Ri＋0.03(h＋l/2)

②当(h＋l/2)≥5Ri时，

Sa2≥0.05Ri＋0.06(h＋l/2)

式中，Sa2为接闪线至建筑物的间隔距离（m），h为接闪线的支柱高度（m），l为接闪线的水平长度（m）。

接闪网至屋面放散管等物体之间的间隔距离，应按下列公式计算，但不应小于3 m。

①当(h＋l1)＜5Ri时，

②当(h＋l1)≥5Ri时，

其中，Sa2为接闪网至建筑物的间隔距离（m），l1为接闪网最低点至最近支柱的距离（m），n为接闪网最低点至最近不同支柱并有同一距离l1的个数。

1.3 球型雷防护与接地装置

笼式避雷网是防护球型雷的重要措施，若建筑物或装置无法安装笼式避雷网，则应在建筑物或装置的门窗上安装金属纱网，并做好接地工作，烟囱、管道的上口应安装铁丝网并做好接地工作，仓库、厂房等应加装阻火器并做好接机工作，针对树木下的建筑物，需尤其做好防护[3]。

当利用内钢筋网作为接地体时，每根引下线所连接的钢筋表面积总和应按下式计算：

S≥1.89Kc2

当补加水平接地体时，其最小长度应为：

当补加垂直接地体时，其最小长度应为：

其中，lv为补加垂直接地体的最小长度（m）。

2 建立综合性城市防雷减灾管理体系

我国幅员辽阔，丘陵、平原、湖泊众多，气候变化多端，气候差异很大。并且地形分布不规则，海拔差距大，气象监测站分布不均，制约着气象监管为国民经济发展的推动作用，导致部分雷电灾害难以被监测和预警，造成无法挽回的损失。因此，建立综合性城市防雷减灾管理体系势在必行[4]。对此，可利用现代气象监测预警技术，通过闪电定位系统、全雷电监测预警系统、大气电场探测系统以及防雷装置远程监测系统，构建监测—预警—探测—报警四位一体的城市防雷减灾体系（图2）。从而实现对雷电灾害的精准探测和高效治理。

图2 综合性城市防雷减灾管理体系

2.1 闪电定位系统

闪电定位系统的作用在于能够对正在形成和发展中的雷电进行空中监测并实时追踪直至其消失[5]。这一系统以探测中心为核心，辐射至若干区域的探测中心。在此基础上，形成网络状的通信体系，能够实现对雷电监控数据的实时传送，并准确进行空中定位，计算时间差和交汇点。当空中出现雷暴天气时，应运用闪电定位系统在空中展开实时监测，判断雷暴体的具体位置，并提供预警服务。此外，还能够大致推断某一特定区域内的闪电强度、性质、频数以及时空分布，为制定防雷工程提供必要数据[6]。

2.2 全雷电监测预警系统

这一系统能够根据云地闪电和云闪电进行方向定位，并在此基础上描述闪电通道，计算出云层中电荷的分布数据，并预计雷暴发生的具体时间，实现对空间信息的准确描述，为雷电预警和防御工作提供必要条件[7]。

2.3 大气电场探测系统

这一系统能够根据附近区域空气中带电物质所引起的地面电场变化判断出潜在的雷暴活动[8]。由于大气电场使空中带电物在地面产生电场集合，单点检测难以全面、准确地反映出空中的雷电活动，因此，需要由地面电场仪所组成的观测网对空中电场进行全面观测，确定雷雨云的相对位置，系统根据电场资料和雷、雨、云的分布情况进行检测，从而为雷电预警管理工作提供全面信息[9]。

2.4 防雷装置远程监测系统

这一系统由监测中心和若干区域采集器、控制器、探测器构成，通过区域采集器收集雷电信息传送至控制中心，控制中心再将数据传送至防雷装置并及时报警。在雷暴来临前，可成功通过防雷装置将被保护设备的电源与其他线路断开，达到消除雷电灾害的目的[10]。

3 其他重要防雷减灾措施

3.1 强化对雷电检测行业的监管

防雷部门具有防雷技术与人才两方面的巨大优势，自身专业实力和专业应用能力也较为突出。但各部门、各系统之间尚未形成统一、完整的管理体系。与一般业务不同，防雷装置的安全检测涉及各个行业，必须依法进行安全检测，提供防雷技术保障，对防雷检测行业进行规范化管理。如何在发挥自身优势的同时避免行业垄断已成为亟待思考的问题。因此，政府应积极建立防雷装置安全检测网，调动气象部门和社会各界的力量，制定严格的检测资质审批流程与年审制度，要求检测人员必须持证上岗。同时，还需制定资料报送制度、检测仪器年检制度与重大事故报告制度，从而促使防雷检测行业更走上规范化管理之路。

3.2 完善对防护资料的管理

3.2.1 完善防护监测资料就实际情况而言，大多数雷电灾害由直击雷和雷电波造成，局部影响较强。在现行的监测规范中，将闪电与暴雷分别作为两种气象进行记录，不利于防雷减灾监测系统的建设。因此，应逐步扩大防护监测资料范围，将电磁演变过程、雷暴云的电结构等均纳入防护资料范围，从而提升雷电监测资料体系的完整性，这对构建综合性城市防雷减灾管理体系也有着重要的意义。

3.2.2 完善雷电灾害资料雷电灾害资料对分析雷电发生规律、建立防雷减灾预警系统均具有重要价值。同时，这类资料也是开展防雷减灾宣传、对市民进行防雷安全教育的重要材料。雷电灾害资料有4个基本来源：①从广播、电视台、新闻、报纸以及部门简报、年鉴中获知；②从防护工作常规检查中获知；③从受损单位和理赔单位获知；④通过区域内人工雨量观测员获知。以上4种资料来源途径都存在较大的随意性，极容易被遗漏，往往存在时效性较低的现象。基于此，应及时完善雷电灾害资料，建立由各部门、各单位广泛参与的防护信息网络，形成自下而上的上报制度，以最大限度地全面收集雷电灾害个案信息，尽可能地避免资料出现遗漏、缺失的情况。

3.3 建立雷击风险评估体系

通过对建筑物所在地近30年的雷电资料进行细致分析，得出该区域内雷电的发生概率与基本方位，以此制作雷电方向图，再进一步对建筑物的落雷密度、雷电截收面积、土壤电阻率等进行分析，从而得出土壤的散流系数，最后综合所有数据，制作出雷击风险评估表。开展雷击风险评估的主要目的在于通过评估结果对一级建筑项目、工业一类/二类防雷项目、易燃易爆场所与仓库等项目建设在选址和区域分布等方面提出科学、合理的意见，从根本上确保建筑物的安全性。

4 结束语

雷电主要分为3种类型，即感应雷、直击雷以及球型雷，因此，需针对以上3种雷电类型进行具有针对性的防护，并利用现代气象监测技术与雷电预警技术建立综合性城市防雷减灾管理体系，形成空中监测、预警、探测以及地面报警的四位一体监测管理体系，为国民经济的发展保驾护航。此外，还应积极强化对雷电检测行业的监督与管理，完善防护监测资料与雷电灾害资料，并建立雷击风险评估体，为各项建筑项目的选址与施工提供科学、合理的意见，从而增强城市防雷减灾的预警和治理水平，保障广大市民的人身和财产安全。