倾城的猪

雷公坛村雷电灾害调查及成因分析

段和平 ， 杨　华 ， 罗　鹏

（江西省防雷中心，江西 南昌　330046）

　 　　摘　要：在对南昌市湾里区招贤镇乌井村雷公坛自然村的雷电灾害实地调查和测试的基础上，分析了其雷灾的成因，并提出了相应的雷电防护对策及建议。
　　关键词：雷电　灾害　调查　分析
1　雷电灾害基本情况
1.1　地理位置情况
　　雷公坛自然村属南昌市湾里区招贤镇乌井村委会，坐落于距南昌市较近的梅岭山区腹地。雷公坛自然村坐北朝南，卧于几个小山脊之间，低洼而较为平坦。村前为山田，土质疏松潮湿。雷公坛村面积不大，共有18户人家、4排共13幢房子。这些房子均为老式木房或砖瓦房，高度相当，2根电线从村东北的山下架空引入到各家各户。
1.2　灾害损失情况
　　该村有300 a的历史，因多雷而得名。近数10 a来，雷公坛村的天气变化异常，雷暴活动频繁，常年四季均有雷击出现，且以夏季为多。村对面山上的树木时常因雷击起火，在架空的电线也可经常看见电晕的荧光沿电线窜动。因雷击造成人、畜伤亡事故接二连三的发生，发生地点一般在室内、树旁、田地等。据统计，10 a来，雷公坛村因雷击死亡人数4人，击伤人数达几十人次，破坏房屋数10幢次，村委会的电视转播设备，至今已遭受雷击近20次。村里几乎每个人都有过被雷击的遭遇，只是受伤的程度不一。村民们终因不堪雷灾之苦，或是出外打工，或是到山下较远的湾里区租房。据村长介绍，雷公坛村原本人丁旺盛，有40多户人家，多达数百人，十几年前还有180多位村民，而如今在雷公坛村常住人口仅剩8人。
　　显然，雷灾已成为雷公坛村群众生存的最大威胁，如今雷公坛村的村民是谈“雷"色变。
2　剩磁测试
　　我们选择了半年多前1次雷击点附近的几幢房子的金属（比如金属窗杆等）来测量雷击后遗留下的剩磁。从测量情况来看，有1户村民房子的金属窗杆剩磁数值最大达到了0.6 mT（相当于6 GS）。如此强的磁场，足以造成1台电脑永久性的损坏（电脑损坏仅需2.4 GS）。
3　雷电灾害成因分析
3.1　雷灾因素
　　通过实地调查和分析历史资料，我们发现造成雷公坛村频繁出现雷灾的主要因素体现在以下几个方面：
　　(1) 我省位于长江南岸，属季风气候区，受暖湿气流的影响，雷暴活动特别频繁。据气象资料统计，南昌市年平均雷暴日为58.6 d，最高时可达82.9 d，属多雷区。雷公坛村地处梅岭山区，雷电出现概率要高于平原地带。
　　(2) 根据南昌市湾里区地形图，雷公坛村位于梅岭山区腹地。从大的空间来看，西北方向有814.4 m高的洗脚坞山峰，东北方向有704.9 m高的花老脊山峰，偏南方向的地形高度是由高到低依次降至平原。而雷公坛村位于海拔在590 m左右的几个小山脊之间，海拔在500 m左右。从其整个地形图上看，雷公坛村整个大空间地形呈马蹄形，南低北高；局部地区相对较低洼平坦，正处在偏南风为多、偏南暖湿气流盛行的山坡风口上。在太阳辐射的作用下，谷底暖湿气流不断膨胀上升，密度减小，而上空干冷气流密度相对较大，沿山脉下沉，从而形成抬升对流云，沿山脉移动，而地形的辐合抬升作用，容易造成对流云的强烈发展，形成积雨云。由于雷公坛西北的洗脚坞一带山峰及偏北面的花老脊一带山峰相对较高，积雨云遇山地阻挡，加之迎风面有上升气流影响，使得积雨云在山地的迎风面滞留时间增长，从而导致积雨云在雷公坛上空出现的频度、时间增加。这种雷暴以夏季“气团雷暴"为多，午后、傍晚出现的机率较大。
　　(3) 雷电放电落点的选择性。雷击区除与地理、地形有关外，还与地质结构有关。如果地面土壤电阻率的分布不均匀，则在电阻率小的地区，雷击的概率大。雷击经常发生在河岸、山坡、金属矿藏的地区和潮湿处、地下水出口处、稻田接壤处以及具有不同电阻率土壤的交界地段。
　　土壤电阻率较大的山区与平原，雷击选择性较明显。雷公坛村一带土壤电阻率分布明显不均匀。从地矿部门查知，该地区以岩石结构为主，而雷公坛村正处于岩石板块的交界处，以稻田土壤为主，山上雨水多，地面土壤潮湿，电阻率比附近岩石要小得多，因此雷暴就很容易落在此处。
　　(4) 2根完全没有防雷措施的架空电源线的直接引入，使得雷电波极易沿架空电线引入，从而造成雷害，这也是造成雷公坛村雷灾的罪魁祸首之一。
　　基于以上4种因素我们发现，雷公坛村附近的地形、地貌、地质情况等形成了雷公坛村恶劣的雷灾环境，是不适宜人群居住的天然雷灾地区。
3.2　雷灾分析
　　根据实地调查以及分析的情况来看，雷电主要通过以下几种方式对雷公坛村造成雷击灾害：
　　(1) 直接雷击是造成雷公坛村雷灾事故的最主要形式之一。就雷公坛村而言，直接雷击远比其它方式（比如雷电波侵入）造成的后果要严重的多。雷击所到之处，不是房屋破碎，就是人、畜伤亡。
　　(2) 跨步电压作用。强大的雷电流在雷电落点（雷击主通道）附近产生的电压会高达数10 kv，甚至数百kv。由于土壤存在电阻率的特性，低电位沿雷击点四周依次减小，人、畜在走动过程中，如两只脚同时落地，则两脚之间产生的跨步电压有时也会高达数kv，足以使人跌倒、击昏甚至死亡。这就是为什么村里的人们在走动时会被雷电"击"得跳起来的原因。
　　(3) 雷电的旁侧闪络作用。当雷电击穿空气而击中某物体时（如大树等），该物体带高电位，而人、畜与地具有相同电位。如果此时人、畜靠此物很近，此物就可能击穿空气间隙对人或畜闪击放电，从而造成伤亡事故。有时也由于较远地方的物体遭受雷击，通过金属线直接输送高电位，或是由于雷电感应产生高电位以致发生旁侧闪络造成人员伤亡。村民王家礼老人被灯泡击昏就是雷电高压通过电源线窜入室内发生闪击而造成的。
　　(4) 接触雷击。当雷电击中地面某物体时，如建筑物、大树、电杆等，雷电流由该物体流过，如果此时人、畜触及这些物体，雷电流就可能从接触点流经人或畜身体和大地产生回路，使人或畜受到短时麻痹，有时也会昏厥甚至死亡。这种雷击比起直接雷击受害要轻，但其发生的机率要比直击雷高。
　　(5) 雷电感应及雷电波侵入作用。当雷电击中电线或是在电线附近的物体时，将会在电线上产生很高的感应电或雷电波，其电压会高达数kv，甚至数10 kv。如此高电压的雷电波如果沿着电线直接窜入村民家中，会击毁家用电器。
4　对策及建议
4.1　对策
　　(1) 躲。在现代防雷学中，雷电防护一个重要的措施就是一个“躲"字。国家强制性防雷标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057－1994）明确说明，严格按此规范设计的防雷装置的防雷安全度不能达到100％时，人们应远离该地生活。既然雷公坛是一个不适宜人群居住的天然雷灾地区，因此让村民搬出雷公坛村不亦是上策。
　　(2) 防。雷公坛村具有独特的地形、地貌及地质情况，村庄相对面积较大，建筑物较分散。根据这些特点和它目前脆弱的经济条件，要采取有效可靠的雷电防护措施，存在一定的难度，必须进行全面、合理、系统的设计。为此，本着防雷工程科学、经济和耐用可靠的原则，以国家防雷技术标准《建筑物防雷设计规范》（GB50057－1994）和国际防雷技术标准（IEC1024－1）为设计依据，根据多年来积累的实践经验，我们设计了1套现代系统防雷方案，采用了1种全新的防雷方法（适合于山区），即在直击雷的防护措施中，同时采用规范性及非规范性2种防雷方法。这种非规范性防雷方法在全国其它类似的地方取得了明显的效果，但不防球雷。除非做1个法拉第笼，将整个雷公坛村屏蔽，显然这不现实。
　　整套防雷方案包括直击雷防护措施、雷电波侵入防护措施、接地以及非工程性的防雷措施4个部分。该方案主要采取了防雷学中拦截、屏蔽、均压、分流和接地等技术。
4.1.1　直击雷防护措施
　　(1) 雷电拦截。利用地势和雷电活动的特点，在积雨云经常发生、经过的地方（自村前南面山至村后北面山的山脊）装设4根高架避雷针。在经济条件允许的情况下，可在避雷针上拉1根避雷线，将整个村围成半圈。其中避雷针和避雷线须进行可靠电气连接，并进行安全可靠接地，尽可能使得多数雷击放电在村外远处进行，以减少或减弱在村庄内产生雷击放电，从而减少直击雷对村庄产生的危害。
　　这种非规范性防雷方法不适宜于在平原地带、积云移动方向不定和雷击选择性不强的地方使用。
　　(2)村内直击雷防护。由于整个村庄面积较大，单独采用避雷针的保护方法难以达到满意效果。为此，可设计采用避雷针和避雷线相结合的保护方法。在村子东西两侧分别竖立3根电线杆式的避雷针，上空并排拉3根避雷线，使得整个村子均在防雷装置的有效保护范围内。
　　为避免产生旁侧闪络作用，村外围距离房屋3 m远的树木应全部砍掉。
4.1.2　雷电波侵入防护措施
　　雷公坛村2根架空电线是引入雷电波侵入的主要通道，必须对架空电线进行彻底改造。
　　(1) 靠近村庄配电房的第一根电线杆的铁脚应接地，电源进线应改架空为电线穿金属套管埋地或将电线改为铠装电缆埋地送电，且埋地长度≥15 m，同时金属套管或铠装电缆金属外皮两端必须与地网进行可靠电气连接。
　　这种电源进线绝缘子接地和屏蔽的方法比较经济、实用，可以有效地减少雷电波沿进户电线侵入造成的伤亡和火灾。
　　(2) 在电源进线入户处安装1组低压电源SPD，以防雷电波侵入。而供用系统可改用TN－C－S系统，即采用三线制，其中1根线为接地线。
4.1.3　接地
　　一个良好的接地系统是保证整个防雷系统有效的基础环节，各防雷设施都必须与地网进行良好的电气连接，否则整个防雷系统就犹如1座空中楼阁。
　　雷公坛村附近土壤电阻率较高，按国家规范要求，接地网冲击接地电阻应≤30 Ω，而实际测量的工频接地电阻（30/α,其中α为冲击系数，α=0.5～0.33）可为60～90 Ω 。因此，接地网的布置可按以下方案进行：
　　(1) 村子外围4根避雷针分别做1组接地网，供避雷针和避雷线接地用。
　　(2) 离村庄最近的1根电线杆做1组接地网，供电线杆铁脚接地用。
　　(3) 村庄电线进线处（配电房）做1组接地网，供电源地线和埋地屏蔽金属管或铠装电缆金属外皮接地用。
　　(4) 绕雷公坛村外围做一环形接地网，使村内在接受雷击时保持电位平衡、均压。接地网与村庄东西两侧的避雷针和避雷线应进行良好可靠的电气连接，且与配电房接地网进行等电位连接。
4.1.4　非工程性防雷措施
　　软件性的防雷措施主要是加强防雷科普知识的宣传。在防雷工程实施的同时，加强防雷科普知识的宣传是必不可少的。让村民自己懂得雷电知识，懂得如何防止雷击事故发生，避免不必要的伤害及损失。
4.2　建议
　　当地政府应组织各部门专家，采用雷达、卫星遥感、电场仪、雷电监测定位系统等或更有效的设备系统、技术手段来研究雷公坛附近的天气、地形、地质等因素，以进一步掌握雷公坛村的雷击成因，从而更好、更有效地进行雷电防护。
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第一作者简介：段和平(1973－)，男，助理工程师，主要从事防雷检测工作.