6雷擊規(guī)律

　　認(rèn)識雷擊事故的規(guī)律非常重要，只有掌握了規(guī)律，防雷設(shè)計才能取得良好的效果。在雷雨天，天空的雷云與地面上的物體各帶不同的電荷，當(dāng)電荷積累到一定的程度，就會產(chǎn)生電場畸變而發(fā)生落地雷擊。但如果地上某處沒有足夠強大的上行先導(dǎo)，則雷電是不會打到該處的。

　　北京紫禁城內(nèi)的建筑物落較多，其原因在于：紫禁城周圍是護(hù)城河，河內(nèi)現(xiàn)在仍有水；通往護(hù)城河的古河道有4條：一條是玉河，它流入護(hù)城河的西北角；一條是潮白河的支流，它流入護(hù)河的東北角；一條是大通河，它流入護(hù)城河的正東部；另一條是潞河的支流，它流入護(hù)城河的東南角。故宮內(nèi)各棟建筑物下的基礎(chǔ)均潮濕，過去東南部的水位較高，地下不到2m就能見水，可見故宮院內(nèi)地下的土壤電阻率相對較低；另外院內(nèi)又有高大的古樹。這些即為易發(fā)生雷擊的內(nèi)因，這些內(nèi)因決定著該地區(qū)電場易產(chǎn)生電場畸變，瞬間發(fā)生的上行先導(dǎo)容易與雷云的下行階段先導(dǎo)會合，從而形成落地雷。這就是紫禁城范圍內(nèi)的明顯雷擊規(guī)律。

　　筆者自1954年到1988年在北京地區(qū)調(diào)查過的建筑物雷擊事故共有170多處，其中，因雷擊引起火災(zāi)的占37.7%，導(dǎo)致人員死亡的占6.9%，致傷的占15.4%，球雷雷擊事故占13.7%。現(xiàn)將分析總結(jié)得出的北京地區(qū)總的雷擊規(guī)律歸納如下：

　?。?）河、湖、池、沼旁邊的建筑物易受雷擊。如1961年6月21日頤和園昆明湖東邊的文昌閣被雷擊掉西房角及坡頂瓦，內(nèi)部電線被感應(yīng)燒斷；1988年8月6日通縣永樂店草廠鄉(xiāng)黃廠村北部湖力的茅草房落球雷，擊死一人。

　?。?）古河道上的建筑物和河流橋上的構(gòu)筑物易受雷擊。如紫禁城內(nèi)自1954年至1992年共落雷16次（據(jù)文獻(xiàn)記載，明、清兩代共發(fā)生過25次火災(zāi)，其中寫明為雷擊所致的5次，未說明原因的也可能是雷擊所致）；1988年8月30日盧溝橋中部北側(cè)石獅子的頭被擊掉。

　?。?）在潮濕地區(qū)以及過去是葦塘或坑洼地帶的區(qū)域上建造的建筑物易受雷擊。如1957年7月31日陶然亭地區(qū)建工局一公司工棚（該處過去是葦塘）的收音機天線落雷，墻內(nèi)鐵絲被熔化；1965年7月22日北郊土冷庫（即幾十棟內(nèi)裝冰塊以貯藏食物的平房）的老虎窗被雷電擊中起火。

　?。?）在四周大片土壤電阻率高，中間局部土壤電阻率低的環(huán)境中或在高、低電阻率分界之處建造的建筑物易受雷擊。如1981年8月2日八里莊善家墳公安局倉庫西墻外大樹落雷，雷電入室打碎5個電警棍盒，盒內(nèi)33根電警棍被感應(yīng)燒壞（該倉庫的西南兩面為稻田）。

　　（5）局部漏雨或局部房角新修繕且十分潮濕的建筑物易受雷擊。如十三陵長陵棱恩殿落雷（當(dāng)時該殿西部房角剛剛修繕且很潮濕）。

　?。?）突出高或孤立的建筑物易受雷擊。如1957年7月29日原朝陽門北部的吻獸被雷擊掉；據(jù)十三陵當(dāng)?shù)乩限r(nóng)說，十三陵大多數(shù)的明樓或正殿均被雷擊過（明樓和正殿都屬高而孤立的建筑物）。

　?。?）曾經(jīng)遭受過雷擊的地區(qū)和建筑物容易再落雷。如1956年×月×日、1957年7月8日和1957年8月16日北京鼓樓東部吻獸曾三次被雷擊。

　　（8）金屬屋頂易受雷擊。如1957年7月8日原民航局禮堂的鐵皮屋頂被雷擊裂3處，頂內(nèi)明配線被感應(yīng)燒成3段，1988年8月6日北京火車站東北角出租汽車站的鋁合金房頂落雷。

　　（9）收音機天線、電視共用天線易受雷擊。如1986年10月13日左家莊柳芳東里的居民樓電視共用天線遭受雷擊，1992年8月3日和平里民旺胡同的居民樓電視共用天線也遭受雷擊。

　?。?0）地下管線多或管線交叉處易落雷。如1963年8月4日天安門廣場大旗桿西側(cè)（現(xiàn)人行過街地道的西南出口）一位賣冰棍的老太太被雷擊倒（該處地下敷設(shè)的管線較多且是轉(zhuǎn)角處）。

　?。?1）鐵路沿線和終端易受雷擊。如1965年7月22日東郊百子灣棉花倉庫室外堆場靠近鐵道終端的一個棉花垛被雷擊中燃燒；1984年8月6日東郊百子灣物資局儲運公司水泥庫鐵路西側(cè)站臺上的水泥袋落雷，燒焦約20個水泥袋的紙邊。

　?。?2）山區(qū)泉眼、風(fēng)口或地下有金屬礦床的地方易受雷擊。如1985年6月18日西山下馬嶺水電站室外變電構(gòu)架進(jìn)出線的主線落雷，燒焦母線2處，每處約長1～3m。

　?。?3）高大的煙囪和工廠的排氣管最易接閃。如1957年8月16日朝外門診部的煙囪被雷擊裂；1979年4月8日東郊宋家莊化工三廠南北兩廠的室外化工設(shè)備構(gòu)架上的兩個排氣管同時接閃并點燃。

　　（14）高大的樹木和屋頂旗桿容易落雷。如1967年6月11日前門勸業(yè)場屋頂木旗桿被雷擊壞；1993年8月19日日壇公園西北角一棵大樹被雷劈掉樹叉，樹干也被劈裂。

　　北京地區(qū)總的落雷走向是：西山 八里莊 紫村城 朝陽門 宋家莊百子灣 通縣。這些地方多數(shù)是古河道或地下水線，其建筑物下的土壤電阻率小，潮濕或水位高。

　　筆者認(rèn)為，以上這些雷擊規(guī)律雖是北京地區(qū)的，但頗具普遍性，因而對防雷、防火很有價值（因篇幅有限，以上各種規(guī)律只各舉2個例子）。

　　7.建筑物防雷設(shè)計的整體觀念

　　 所謂整體觀念是指設(shè)計和安裝防雷裝置時，對建筑物的內(nèi)外都要有整體觀念。這里的建筑內(nèi)外不單是指內(nèi)部防雷裝置和外部防雷裝置。建筑物內(nèi)的整體觀念是指設(shè)計和安裝時，要對內(nèi)部防雷裝置和外部防雷裝置做整體的統(tǒng)一的考慮；建筑物外的整體觀念是指對一個院落、一個小區(qū)以及附近的環(huán)境要做全面的防雷規(guī)劃，同時還不能違反小區(qū)規(guī)劃的要求例如：所安裝的避雷針桿塔是否影響小區(qū)的美觀，所用的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)是否與建筑物的立面相配以及低矮建筑物能否由高大建筑物或高大煙囪上的避雷裝置所保護(hù)等等。對接地裝置也要綜合統(tǒng)一考慮，例如，相距較近的建筑物能否共用接地體，地下管網(wǎng)能否用接地體的一部分，以及能否在一個大院或小區(qū)內(nèi)為將來綜合共用接地創(chuàng)造等電位連接的條件等等。

　　值得指出，利用建筑物附近的大樹作為避雷針桿塔是一個較好的做法。大樹最易接閃且越長越高，有時比建筑物還高。因此，避雷針應(yīng)安裝在樹頂，引下線應(yīng)沿樹干設(shè)置而且應(yīng)與建筑物的防雷裝置相結(jié)合。這樣既節(jié)約又美觀，同時還保護(hù)了名貴的樹木。利用大樹安裝避雷針不僅能防直擊雷，而且能防球雷、繞擊雷和側(cè)擊雷。例如，北京北海公園團(tuán)城內(nèi)在大樹上安裝的避雷針已運行了20多年，效果很好，但必須采取保護(hù)樹干生長的措施。

　　現(xiàn)在各個城市的綠化越搞越好，高大的樹木也越來越多。有的建筑物雖然安裝了避雷針，但大樹距建筑物很近并且比建筑物還高，在這種情況下，建筑物上的避雷裝置實際上等于虛設(shè)。因為大樹接閃的機會多，易引來直擊雷和球雷，對鄰近的建筑物威脅更大。所以說建筑物的防雷設(shè)計和安裝應(yīng)將外部防雷裝置、內(nèi)部防雷裝置、建筑物外的環(huán)境及至全小區(qū)的防雷裝置進(jìn)行整體統(tǒng)一的考慮。不僅電氣專業(yè)的設(shè)計者要有整體觀念，建筑專業(yè)的設(shè)計者對防雷也要有整體觀念。這是現(xiàn)代防雷設(shè)計觀念轉(zhuǎn)變的重要問題之一。

　　1957年首次為天安門（木結(jié)構(gòu)建筑物）補做防雷裝置時，在其上部設(shè)置了明裝避雷帶和避雷網(wǎng)；在其內(nèi)部采用了安全距離措施。由于是補裝，難度相當(dāng)大，對內(nèi)部達(dá)不到安全距離的管線都做了改裝或加強了絕緣并把進(jìn)戶處的各種架空電源線、電話線和廣播線一律拆除，改為地下電纜。為確保木結(jié)構(gòu)建筑物的安全，工程人員每年都在結(jié)構(gòu)上稍有變形的部位加固，到1986年，在天安門大頂內(nèi)加固總共用了60噸鋼材。此時，再也不能給建筑物增加荷重了，因此中央決定將天安門城樓上的建筑物全部拆掉，徹底翻建。這給我們的防雷設(shè)計帶來了有利條件。所以，1969年第二次設(shè)計天安門防雷裝置時，就采用了等電位連接措施（外部防雷裝置仍用原方案），在城臺上的地面（包括屋內(nèi)地面）下的“金磚”下面鋪設(shè)了一層鋼筋網(wǎng)（即等電位面）并將各種金屬管線（包括屋頂彩燈管線）、斗拱上的防鳥鐵絲網(wǎng)、檢閱臺前的鐵欄桿和鐵旗桿等物體統(tǒng)一連接到等電位面上，此外，又增加了引下線的根數(shù)，使之達(dá)到等電位的條件。

　　1958年，人民大會堂工程采用了徹底的等電位防雷設(shè)計，這是我國首次將等電位避雷網(wǎng)應(yīng)用于工程。人民大會堂是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相結(jié)合的建筑物，又是現(xiàn)澆施工做法，對防雷裝置的設(shè)計十分有利。其防雷方案是：在各建筑段的屋頂上分別采用明裝避雷網(wǎng)、暗裝避雷網(wǎng)和四周避雷帶相結(jié)合的方式，接閃裝置均與樓板內(nèi)的鋼筋連接成一體；柱子內(nèi)的鋼筋用作引下線；基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋用作接地裝置。從基礎(chǔ)到梁、板、柱到屋頂?shù)谋芾讕Ш捅芾拙W(wǎng)的全部連接點（包括各種管線的連接點）都是焊接的，從而構(gòu)成一個籠式避雷網(wǎng)，所以我們說它是最徹底的等電位連接工程。1963年，瑞士的波哥（K.Berger）提出，利用建筑物內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋作防雷系統(tǒng)時，鋼筋之間如有多點綁扎，則不必焊接就可以構(gòu)成電氣導(dǎo)通系統(tǒng)，他還做了試驗。所以，我們以后就不全部焊接了，但作為引下線的柱內(nèi)鋼筋，仍必須焊接兩根主筋。1974年審查《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》時，規(guī)定為：可以綁扎或焊接。人民大會堂工程是全國最重要的工程，當(dāng)時是不敢不焊接的。

　　就防火而言，等電位連接和安全隔離距離至關(guān)重要。火災(zāi)多屬不易預(yù)防的事故，對多數(shù)建筑物，能采取等電位連接措施的，應(yīng)做徹底的等電位連接；不能采取等電位連接措施的，應(yīng)盡量保證安全隔離距離，以防發(fā)生火災(zāi)。

　　4常規(guī)防雷裝置與非常規(guī)防雷裝置

　　常規(guī)防雷裝置即傳統(tǒng)上所使用的防雷裝置，包括避雷針、避雷帶、避雷線和避雷網(wǎng)。它是繼1759富蘭克林發(fā)明避雷針后各國防雷專家經(jīng)200多年研究和實踐的成果，有充分的理論根據(jù)、實驗數(shù)據(jù)和長期的實際運行經(jīng)驗。

　　非常規(guī)防雷裝置指某些廠商近年推出的所謂的新式防雷裝置。本文所指的所謂新式防雷裝置是半導(dǎo)體消雷器、導(dǎo)體消雷器、優(yōu)化避雷針和流注提前發(fā)射接閃器等（本文這里不指激光引雷裝置、火箭引雷裝置和水柱引雷裝置等）。各種消雷器的設(shè)計思想是企圖中和雷云電荷，把雷電荷消滅掉或限制放電電流；各種提前發(fā)射接閃器的設(shè)計思想是企圖把避雷針的接閃效果提高，即擴大保護(hù)范圍。這幾種防雷產(chǎn)品到目前為止都沒有被國際防雷組織所承認(rèn)。

　　其實，從1996年起到現(xiàn)在，北京的學(xué)術(shù)界和工程技術(shù)界圍繞消雷器進(jìn)行過多次討論并發(fā)表了許多文章。許多專家都認(rèn)為消雷器的“中和”理論和“限流”理論站不住腳。1997年9月18~23日中國電機工程學(xué)會高電壓專委會過電壓與絕緣配合分專委會在合肥舉行了學(xué)術(shù)討論會。論題之一就是半導(dǎo)體消雷器，與會者進(jìn)行了熱烈的討論。特別值得一提的是一位高工為驗證半導(dǎo)體消雷器的通流能力而做的一次實驗。該實驗充分表明，半導(dǎo)體消雷器的通流能力極低。會議《紀(jì)要》曰：“與會代表認(rèn)為，迄今為止，理論和實踐未能證明此類非常規(guī)防直擊雷產(chǎn)品具有產(chǎn)品說明書所表述的性能，實踐也未顯示出此類產(chǎn)品具有比常規(guī)防防直擊雷裝置更優(yōu)越的性能，還有許多問題尚待研究和解決，因此此類非常規(guī)防直擊雷產(chǎn)品不再在工程中采用。還有少數(shù)代表對此尚有不同意見?！?/p>

　　實際上，消雷器廠商所賣的只不過是接閃器。其引下線、接地裝置及內(nèi)部防雷裝置還得靠設(shè)計人按常規(guī)方法去設(shè)計，而這些都是建筑設(shè)計中的環(huán)節(jié)，賣接閃器的廠商也參與不了設(shè)計。另外，非常規(guī)防雷裝置的價格極高，以半導(dǎo)體消雷器為例，其價格比常規(guī)避雷針高幾十倍至幾百倍。

　　。非常規(guī)防雷裝置比常規(guī)防雷裝置貴得多，而且非常規(guī)防雷裝置還有很多問題有待解決。因此防雷設(shè)計人員和使用單位應(yīng)認(rèn)清這種情況，必須選擇優(yōu)質(zhì)而經(jīng)濟的產(chǎn)品。