科學(xué)防雷接地和雷電防護方案

說到防雷，可能不少人首先會想到避雷針，而“避雷針”這一概念，很容易讓大家對防雷的概念造成誤解。

誤解1: 避雷針是用來“避雷”的。

其實，避雷針的學(xué)名叫“接閃器”，不是用來“避開雷擊”的，而是用來“迎接閃電”的，避雷針，本質(zhì)是上是引雷針。其保護的機理是，將閃電引向自身，然后經(jīng)規(guī)劃好的路徑（引下線）將電流引入大地，從而避免閃電直接擊中人、樹木、建筑物以及各種設(shè)施而引起的財產(chǎn)、生命損失事故。

誤解2: 打雷時，應(yīng)離大樹越遠越好。

大多數(shù)人都知道，在打雷時，不能站著大樹下避雨。在網(wǎng)上搜索類似的問題，答案大多是“遠離孤立的大樹”、“離大樹越遠越好”之類，因為這類事故最頻繁。但是這些說法不完全準確，有一定的片面性。

在空曠的區(qū)域，孤立的大樹，相當(dāng)于一個避雷針，其遭受雷擊的概率最大。如果雷電擊中大樹，而人站著大樹下，可能會造成旁側(cè)閃絡(luò)、跨步電壓傷害，所以雷雨時“遠離”大樹是沒錯的。

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但是，在空曠的區(qū)域，要離大樹多遠呢，越遠越好嗎？其實不然。避雷針的保護范圍是有限的，當(dāng)人離大樹太遠時，就不在大樹這個“避雷針”的保護范圍之內(nèi)，這樣人可能被雷電直接擊中（人體成了“避雷針”）?，F(xiàn)實中，經(jīng)常發(fā)生閃電直接擊中人的事故，比如農(nóng)田雷擊事故，在農(nóng)田中勞作的人被閃電直接擊中身亡。究其原因，主要有2點：1）農(nóng)田里有水，相比而言其導(dǎo)電性更好。2）在農(nóng)田里，通常人是最高點。

那么如何計算避雷針的保護范圍呢？常用的方法之一是“滾球法”，該方法計算比較嚴格，可靠性高。

至于為什么用“滾球法”，這是源于閃電先導(dǎo)的機理，閃電產(chǎn)生前，會形成多支下行的先導(dǎo)（“先鋒部隊”），先導(dǎo)一步步行進，當(dāng)其中一個下行先導(dǎo)與地面物體的上行先導(dǎo)會合后，就會發(fā)生閃電放電。先導(dǎo)步進的長度和雷電流大小正相關(guān)，而滾球半徑取決于先導(dǎo)步進長度。按不同的防雷等級，滾球半徑通常取30m、45m、60m這3種（滾球半徑越小，同樣高度的避雷針的保護范圍也越小，越不容易防范，對應(yīng)的防雷等級越高）。

回到上面的問題，應(yīng)該離大樹多遠呢？我們可以舉一個例子來算一下。假設(shè)一個空曠的野外，樹高10m，滾球半徑30m，人的身高2m。

可以想象一下，一個半徑30m的“球”，可能從任何一個方向向你襲擊過來，怎么才不會被這個球“沾”到呢。

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根據(jù)模型計算，身高2m的人，當(dāng)離大樹的距離超過22.4-10.8=11.6m時，就不在大樹的保護范圍之內(nèi)（圖中的綠色斜線部分）。

另外，我們要和大樹保持一個安全距離，這個安全距離，有人說至少2m，也有說至少3m、5m的，在此我們?nèi)∽畋Ｊ氐?m安全距離（實際不光要考慮樹干，還要考慮樹的枝葉，如果離樹干距離足夠大，而人的頭頂離伸過來的樹枝很近，也存在危險的，模型中以距樹干的距離進行了簡化計算）。所以該模型中，人與大樹的安全距離是5-11.6m。

而在城市里，有很多高樓大廈（一般都會安裝避雷針），我們沒必要在大樹下避雨，即使在大樹下避雨一般是沒什么危險的。

在此總結(jié)一下，雷電常見的傷害類型和防范措施。

1. 接觸電壓傷害，旁側(cè)閃絡(luò)；

防范措施：不站在孤立的大樹下，不倚靠孤立的大樹；不使用有線電話；不接觸由室外進入室內(nèi)的導(dǎo)體/線路……。

2. 跨步電壓傷害；

防范措施：不站在孤立大樹下；站立時兩腳盡量并攏；不大步奔跑……。

3. 雷電直接擊中人體；

防范措施：躲到室內(nèi)、車內(nèi)，關(guān)好門窗；不站在高處，如山頂、屋頂；不要持有增加人體高度的物體，如釣魚竿、鋤頭、雨傘等，降低人體高度（下蹲）；遠離潮濕空曠的地區(qū)，如農(nóng)田、河岸，不要下水……。

4. 雷電破壞作用造成的再次傷害。

防范措施：遠離易燃物、爆炸物，避免雷擊引起的火災(zāi)傷害；避免雷擊樹木/建筑物墻體造成的砸落傷害……

誤解3: 裝好“避雷針”，防雷就做好了。

避雷針屬于外部防雷設(shè)備，只能對直擊雷起到防護作用。而當(dāng)避雷針接閃時，雷電流瞬間通過引下線泄放到大地，會產(chǎn)生強大的雷電電磁脈沖（LEMP），俗稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷會對電氣、電子系統(tǒng)造成大面積的破壞。而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備集成度越來越高，體積越來越小，對感應(yīng)雷越來越敏感。所以，防雷是一個綜合系統(tǒng)，不光要防直擊雷，還要防止感應(yīng)雷。直擊雷破壞力強，但其是“點”破壞，而感應(yīng)雷是“面”破壞。避雷針本質(zhì)上是引雷針，安裝避雷針后，被直擊雷擊中的概率會更高，所以對于工業(yè)控制系統(tǒng)、敏感設(shè)備而言，越是安裝了避雷針的地方，越是需要進行感應(yīng)雷防護。