书城童书飞云掣电:雷电灾害的防范自救
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第13章 有备无患——防雷避雷常识(2)

除此之外,手机不只是使用时能传导雷电。只要手机与通讯网络接通,与基站保持联络,就有电磁波发射或接收,也就是说,即使不通话,也可能发生雷击现象。当然,有些专家并不认同这种说法,其中一位就是长期从事高电压及防雷保护试验和科研工作的专家梅忠恕。

他认为,“手机引雷”之说是没有科学依据的,只要能在安全的地方,即使是雷雨天也可以照样打手机。

电磁波是变化的电场和磁场传播行进的波,与传统物质不同,也不可能发生导电。如果手机的无线电电磁波能够导电,那么各种无线电、电视广播天线以及依靠无线电通信和导航的飞机也不可避免地要遭受雷击了,而我们充满电磁波的生活空间也就成了“很好的导体”。

当然,在雷雨天气打电话时,通话肯定会受到干扰,其后果是通话者听见“咔咔”声,并不会出现“手机的无线频率跳跃性增强”的情况。

因为手机的无线电信号频率是固定的,所以即使有雷电干扰,其频率也是不可能发生改变的。关于“手机电磁波是否能使空气电离,电离后的空气是否可能导电”这个问题,梅忠恕指出,空气的游离分4种,即碰撞游离、光游离、热游离和表面游离,其中,与电磁波有关的是光游离。光游离是指气体分子在电磁射线作用下的游离。

气体分子的游离能决定使气体分子游离电磁波的波长。气体分子的游离能越大,要求电磁波的波长越短。

在所有物质中,游离能最小的是金属铯蒸汽,它所产生的波长电磁波属于紫外线。可见光的波长比紫外线长,因此,光实际上是不起游离作用的。空气中各种气体分子,如氧、氮、水蒸气、二氧化碳以及稀有的氢、氦等,他们的游离能都比铯大几倍,光就更不可能使它们游离。手机的电磁波属于无线电电磁波的范畴,而无线电电磁波的波长比可见光的波长大得多,因此更不可能使空气分子游离。

杨维林是中国气象协会雷电防护委员会秘书长、高级工程师,他也认为,“手机引雷”之说缺乏科学依据,特别是频率功率方面。然而,如果处于较为空旷、海拔较高的地区最好关闭手机电源。

常规防雷装置

常规防雷可分为防雷电直击、防雷电感应和综合性防雷。防雷电直击的防雷装置一般由三部分组成,即接闪器、引下线和接地体;接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。防雷电感应的防雷装置主要是低压SPD(电涌保护器)。

对同一保护对象同时采用多种防雷装置,称为综合性防雷。防雷装置要定期进行检测,防止因导线的导电性差或接地不良起不到保护作用。

1.避雷针的结构包括接闪器、支持构架、引下线和接地装置。

接闪器是直接截受雷击的避雷针、避雷带(线)、避雷网以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。

如避雷针顶端的那段焊接钢管、镀锌钢或镀锌扁铁等机械强度高、耐腐蚀和热稳定性好的材料,圆钢直径应大于12毫米,钢管直径应大于20毫米,作用是影响雷电下行先导的发展方向,使闪电击中接闪器,完成引雷。

支持构架是用来支撑接闪器的部件。高度在15m以下的独立避雷针可采用水泥杆;较高时应采用钢结构支柱。

引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。材料选用经过防腐处理的圆钢或扁钢等耐腐蚀和热稳定性好的材料,圆钢直径不得小于8毫米,扁钢截面不得小于12毫米×4毫米。引下线在铺设的时候应沿支持构架及建筑物外墙以最短路径入地,使雷电流以最短时间导入大地,减小雷电流在引下线上产生的电压降。

接地装置是接地体和接地线的总和。有很多是埋于地下的各种型钢,工程中一般采用垂直打入地下的钢管、角钢或水平埋设扁钢、角钢。

接地装置是避雷针将雷电流导入大地的最后装置,对接地电流系统,当IR≤2000伏时对人身和设备是安全的,所以接地电阻要求要足够小才能保证安全。

避雷针的原理。一般认为地面上强大的湿热气流上升,进入稀薄大气层,冷凝成水滴或冰晶形成云,在气流上升的过程中,水滴因碰撞分裂,分裂部分有的带上正电荷,有的带上负电荷。带有不同极性电荷的水滴形成雷云,雷云在地面感应出电荷,雷云和雷云或大地之间形成强大的电场,电位差可达到几兆伏特甚至几十兆伏特。当雷云与大地之间场强大于大气电离临界强度时,就产生局部放电通道,由雷云边缘向大地发展,即为先导放电。

当雷云先导电流接近地面时,地面上高耸物体顶部周围的电场达到能使空气电离和产生流注的强度,在它们的顶部发出向上发展的迎面先导,而避雷针安装在这些高耸物体的顶部,其高度高于这些物体,并且避雷针的顶部是尖端导体,尖端处电荷面密度大,因此避雷针顶部出现迎面先导的时间早于周围物体,最容易接通下行先导,使下行先导的发展方向走向避雷针,完成接闪过程。在完成接闪之后,通过引下线和接地装置将电流泄入大地,保护周围物体不受雷击。避雷针的分类。国际上统称普通避雷针、带(线)、网为常规避雷针或富兰克林避雷针,称其他各种避雷针为异型避雷针。普通避雷针的有关特性将会在下列章节中论述,在这里主要介绍异型避雷针的有关知识。

(1)球头避雷针。当球头避雷针的球头半径大于雷击距离下其临界电晕半径时即k=R/H=0.8~0.9,其中k为球头半径和临界电晕半径的比值,R为球头半径,H为临界电晕半径,其引雷分界线是一个椭圆。当球头避雷针的高度与被保护的物体高度相等或相近时,可能会使被保护物附近空间电场分布接近均匀,减少被保护物被雷击的概率。

(2)限流避雷针。限流电阻可以减少主放电电流,但是也减少了上行先导的发展速度,所以限流避雷针的接闪能力降低,其保护范围也小于常规避雷针,在使用限流避雷针时,雷击避雷针之后会向被保护物放电,发生多点雷击的现象。

(3)脉冲避雷针。1987年苏联学者提出在避雷针的上部加装圆球形或者圆盘形导体,并从理论和实验上证明了这种避雷针可以提高引雷能力。

(4)放射避雷针。放射避雷针使用放射性元素,但国内外模拟实验均证明了放射避雷针的防雷性能和普通避雷针相同。但是使用了放射性元素,会在一定程度上发生放射性元素污染。

(5)主动式避雷针。在市场上出现一种主动式避雷针,其主要原理是:避雷针在大气电场变化时吸收能量,当存储的能量达到某一程度时便会在避雷针尖放电,尖端周围空气离子化,使避雷针上方形成一条人工向上的雷电先导,它比自然地向上的雷电通道能更早地与雷云向下雷电先导接触,形成主放电通道。这样,一方面可以使雷云向该避雷针放电的几率增加,相当于避雷针的保护范围增加,或者相当于将避雷针加高。

2.避雷线

架设避雷线的作用是为了防止雷击避雷线所保护的架空输电线。

目前在110~500千伏的架空输电线路中,避雷线一般采用钢绞线,从机械性能而言,具有很高的抗拉强度,然而国家定型杆塔所在的输电线路中,即避雷线悬点离地面的高度是一定值时,就要考虑避雷线的最大使用应力,从而使避雷线与导线配合,一方面达到使避雷线不至于拉得很紧,另一方面使避雷线的保护范围达到最大。

避雷线一般采用截面积不小于35毫米的镀锌钢绞线。它的防护作用等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。

3.避雷带

是指在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属带做接闪器的防雷电方法。避雷带的防护原理与避雷线一样,由于它的接闪面积大,接闪设备附近空间电场强度相对比较强,更容易吸引雷电先导,使附近尤其比它低的物体受雷击的几率大大减少。避雷带的材料一般选用直径不小于8毫米的圆钢,或截面积不小于48立方毫米且厚度不少于4毫米的扁钢。

4.避雷网避雷网分明网和暗网。明网是将金属线制成的网,架在建(构)筑物顶部空间,用截面积足够大的金属物与大地连接的防雷方法。暗网防雷是利用建(构)筑物钢筋混凝土结构中的钢筋网进行雷电防护。

5.电涌保护器(SPD)

电涌保护器是把因雷电感应而窜入电力线、信号传输线的高电压限制在一定范围内,保证电子设备不被击穿。

设备遭雷击受损通常有四种情况,一是直接遭受雷击而损坏;二是雷电电磁脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损;三是设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成“地电位反击”而损坏设备;四是设备安装的方法或安装位置不当,受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。加装SPD可把电器设备两端实际承受的电压限制在安全电压内,起到保护设备的作用。

6.综合性防雷是相对于局部防雷和单一措施防雷的一种综合性防雷方法。设计时除针对被保护对象的具体情况外,还要了解其周围的天气环境条件和防护区域的雷电活动规律,确定雷电防护类别和主要技术参数,采取综合性防雷措施。

防雷装置安全性能监管与维护

《防雷减灾管理办法》(中国气象局令第8号)第十九条规定:“投入使用后的防雷装置实行定期检测制度。防雷装置检测应当每年一次,对爆炸危险环境场所的防雷装置应当每半年检测一次。”第二十条规定:“对从事防雷检测的单位实行资质认定制度。省、自治区、直辖市气象主管机构负责本行政区域内的防雷检测单位的资质认定。具体办法由省、自治区、直辖市气象主管机构另行制定。”第二十一条规定:“具有防雷检测资质的单位对防雷装置检测后,应当出具检测报告。不合格的,提出整改意见。被检测单位拒不整改或者整改不合格的,由当地气象主管机构责令其限期整改。防雷检测单位必须执行国家有关标准和规范,保证防雷检测报告的真实性、科学性、公正性。”

第二十二条规定:“防雷装置所有者应当指定专人负责,做好防雷装置的日常维护工作。发现防雷装置存在隐患时,应当及时采取措施进行处理。”第二十三条规定:“已安装防雷装置的单位或者个人应当主动申报年度检测,并接受当地气象主管机构和当地人民政府安全生产管理部门的管理和监督检查。”

《危险化学品安全管理条例》第十六条规定:“生产、储存、使用危险化学品的,应当根据危险化学品种类、特性,在车间、库房等作业场所设置相应的监测、通风、防雷,防静电等安全设施、设备,并按照国家标准和国家有关规定进行维护、保养,保证符合安全运行要求。”第二十三条规定:“危险化学品专用仓库的储存设备和安全设施应当定期检测。”

《智能建筑工程质量验收规范》(GB50339—2003)第343条规定:

“检测机构应按系统检测方案所列检测项目进行检测。”《建筑防雷检测技术规范》%(DB50/2122.06)第四十二条规定:“防雷检测工作由国家及地方有关法律法规规定的法定机构完成,实施检测单位应具有相应的检测资质。”

根据上述规定和工作实际,建议明确防雷装置检测周期、检测单位资质管理和防雷装置维护要求。

1.检测周期

防雷装置实行定期检测制度。

既有防雷装置检测应当每年一次,对爆炸危险环境的防雷装置应当每半年检测广次,存在安全隐患的防雷装置实行不定期检测制度。

2.检测单位资质管理

(1)资质等级

由于防雷检测工作类似于建设系统的工程质量监督站下属检测站工作性质,也跟监理公司从事的工程质量跟踪监督类似,因此可参考《工程监理企业资质管理规定》(建设部令第102号)第五条“工程监理企业的资质等级分为甲级、乙级和丙级,并按照工程性质和技术特点划分为若干工程类别。工程监理企业的资质等级标准如下:(一)甲级1.企业负责人和技术负责人应当具有15年以上从事工程建设工作的经验,企业技术负责人应当取得监理工程师注册证书;2.取得监理工程师注册证书的人员不少于25人;3.注册资本不少于1万元;4.近三年内监理过五个以上二等房屋建筑工程项目或者三个以上二等专业工程项目等。”同时对一、二、三等工程进行了明确划分。因此对防雷装置检测应当设置行政许可。同时对申请条件应予明确,如甲级防雷装置检测单位应当具备如下条件:

(1)检测单位负责人和技术负责人应当具有15年以上从事防雷专业工程建设工作的经验,技术负责人应当取得防雷工程师注册证书;

(2)经其上级主管部门批准的专门从事防雷装置检测的机构;

(3)具有固定的办公场所和具有从事检测工作应配备的仪器设备、交通工具、通讯工具等和根据雷电闪电定位资料、卫星云图、雷达回波资料等进行雷电灾害的风险性分析及制定检测方案的能力,从事特殊行业防雷装置检测的单位应当具有专业的检测设备;

(4)持有防雷装置检测资格证的技术人员不得少于20人;

(5)注册资金不少于100万元;

(6)近三年内检测过五个以上二类以上防雷工程项目或者三个以上一类防雷专业工程项目;

(7)单位具有完善的规章制度和质量管理手册。

(2)资质审批

防雷装置检测资质应当实行分级审批制度。甲级防雷装置检测资质,经省、自治区、直辖市气象主管机构初审同意后,由国务院气象行政主管部门组织专家评审,并提出许审意见;国务院气象行政主管部门根据许审意见审批。初审部门应当对防雷装置检测单位的资质条件和申请资质提供的资料审查核实。

对于乙、丙级防雷装置检测单位资质,由其所在省、自治区、直辖市气象主管机构审批,并报国务院气象行政主管部门备案。审批时限应当在20个工作日内作出认定,并颁发资质证书。未通过认定的,在认定决定做出后10个工作日内由认定机构出具书面凭证,退回原申请单位,并说明理由。防雷装置检测资质的有效期为3年。每年实行年检制度,在有效期满3个月前,申请单位应当向原认定机构提出延续申请。

(3)检测报告

具有检测资质的单位对防雷装置检测后,应当出具检测报告。不合格的,提出整改意见。被检测单位拒不整改或者整改不合格的,由当地气象主管机构责令其限期整改。

防雷装置检测单位必须执行国家有关标准和规范,保证防雷装置检测报告的真实性、科学性、公正性。

从事防雷检测的单位,应当接受有关气象主管机构的监督管理。

气象主管机构可以组织对防雷检测单位作出的检测结论进行监督检查。