雷電防護

雷

電

形

成

原

理

及

雷

電

災

害

防

御

措

施

210631班

肖楷倫

雷電形成原理

隨著高層建筑的不斷涌現和電子信息系統的廣泛應用，雷電災害也日益成為人們日常生活中的

重要危害之一。每年夏季，全國各地都會發生雷擊災害事故，諸如電子信息系統遭到破壞、通訊中

斷、建筑物被毀、甚至危急人的生命安全，因此造成不可估量的經濟損失。在此，僅從雷電的形成、

雷擊災害的形成以及如何防御雷擊災害等方面作如下簡析，用以提醒人們不可小視雷電危害，利用

科學知識防御雷擊災害，將雷擊災害的損失降到最低限度。

1、雷電的形成

雷電是云內、云與云之間或云與大地之間的放電現象。夏季的午后，由于太陽輻射的作用，近

地層空氣溫度升高，密度降低，產生上升運動，在上升過程中水汽不斷冷卻凝結成小水滴或冰晶粒

子，形成云團，而上層空氣密度相對較大，產生下沉運動，這樣的上下運動形成對流。在對流過程

中，云中的小水滴和冰晶粒子發生碰撞，吸附空氣中游離的正離子或負離子，這樣水滴和冰晶就分

別帶有正電荷和負電荷，一般情況下，正電荷在云的上層，負電荷在云的底層，這些正負電荷聚集

到一定的量，就會產生電位差，當電位差達到一定程度，就會發生猛烈的放電現象，這就是雷電的

形成過程。雷電電荷在放電過程中，產生很強的雷電電流，雷電電流將空氣擊穿，形成一個放電通

道，出現的火光就是閃電。在放電通道中空氣突然加熱，體積膨脹形成爆炸的沖擊波產生的聲音就

是雷聲。

2、雷擊災害的形成

云內和云與云之間的放電，叫云間閃電或云閃，云與大地之間的放電，叫云地閃電或地閃。云

閃因其不能到達地面，一般不會對人類活動造成影響，對人類活動造成影響的主要是地閃。地閃發

生時，產生的雷電流從云中泄放到大地，在其泄放通道上造成的危害即雷擊災害。當雷電流從云中

泄放到大地時，直接打在建筑物、構筑物及人畜身上，產生電效應、熱效應和機械力，造成毀壞和

傷亡，稱之為“直擊雷”；當雷電流從云中泄放到大地時，在其泄放通道周圍產生電磁感應向外傳

播或直接通過導體傳導，導致在影響范圍內的金屬部件、電子元件和電氣裝臵，受到電磁脈沖的干

擾而毀壞，稱之為“雷擊電磁脈沖”。我國是雷擊災害多發地區，每年都會因雷擊災害造成眾多的

人員傷亡和巨大的經濟損失，因此做好防雷減災工作，將雷擊災害降低到最低限度，尤為重要。

3、雷電活動規律及雷擊的選擇

（1）我國年平均雷電日數按地理環境的分布

a、南方多于北方；b、內陸多于沿海；c、山地多于平原；d、在其它條件相同時，土壤導電性

較差的地區雷電活動較弱。

（2）雷擊與地質條件的關系

a、電阻率小的土壤，導電性好，易積聚大量電荷，為雷電流提供低阻抗通道；b、閃電放電通

道常常不是直線，而是曲曲折折的；c、地下埋有金屬導電礦床處，金屬管線較密集的地方易落雷；

d、地下水位高、礦區、小河溝、地下水出口處易受雷擊。

（3）雷電活動與地形、地物的關系

a、在距地面二三十米的突出物上方發生雷擊的概率最大；b、對靠山和臨水的地區，臨水一面

的地洼潮濕地和山口、風口、順風的河谷的特殊地形構成的雷暴走廊的地方易受雷擊；c、電線桿、

鐵路、架空電線和避雷針（線、帶、網）接地引下線都是雷雨云對地放電的最佳通道。

3、雷電的危害種類

根據雷電產生和危害特點的不同，雷電危害可以分為直擊雷、雷電感應、雷電波侵入以及比較少見

的球形雷等。

直擊雷：當雷電直接擊在建筑物上，強大的雷電流使建（構）筑物水份受熱汽化膨脹，從而產生

很大的機械力，導致建筑物燃燒或爆炸。另外，當雷電擊中接閃器，電流沿引下線向大地瀉放時，

這時對地電位升高，有可能向臨近的物體跳擊，稱為雷電“反擊”，從而造成火災或人身傷亡。

雷電感應：雷電感應又稱感應雷，它又分為靜電感應和電磁感應。靜電感應是雷云接近地面時，在

地面凸出物的頂部感應出大量異性電荷，在雷云與其他部位或其他雷云放電后，凸出物頂部電荷失

去束縛，并以雷電波的形式高速傳播而形成的。電磁感應是發生雷擊后，雷電流在周圍空間產生的

迅速變化的強磁場在附近金屬導體上感應出很高的電壓形成的。

雷電波侵入：由于雷擊，在架空線路或空中金屬管道上產生的沖擊電壓沿線路或管道的兩方向迅速

傳播的雷電波稱為雷電波入侵。其傳播速度為300m／μs(在電纜中為150m／μs)。

球形雷：多在強雷暴雨時閃電最頻繁的時候出現。球雷火球可輻射出大量的熱能，因此它的燒傷力比

破壞力要大。五、雷電的防護

4、相關小常識

1、雷電擊中人體的征兆

當你站在一個距雷擊較近的地方如高閃上，如果感覺到毛發豎立，皮膚有輕微的刺痛，

這就是雷電快要擊中你的征兆。遇到這種情況，你應立即棄去身上所有金屬物，并馬上蹲下來，身體傾向

前，把手放在膝蓋上，曲成一團，千萬不要平躺在地上。

2、雷電容易襲擊的對象——雷擊的選擇性

雷擊具有明顯的選擇性。高大和突出的建筑物，容易導電的物體，潮濕地帶以及容易導

電的地層等，受雷擊的可能性較大。建筑物遭雷擊是常事，建筑物越高，頂部越尖，遭雷擊的機會就越多。

雷擊也經常發生在水位高和特別潮濕的地帶，如河床、池沼、鹽場、葦塘等處。地下水出口和金屬管線集

中的交叉地點，鐵路集中的樞紐、鐵路終端和高架輸電線的拐角處也容易落雷。此外，收音機天線、電視

機天線和屋頂上的各種金屬突出物，如旗桿等，較易接閃。

3、人體遭雷擊后的急救

人體遭雷擊后，流過人體的電流會使人的心臟停止跳動，呼吸停止，這時應盡快做人工

呼吸和心臟按摩進行搶救。在搶救過程中，要注意給受害者取暖，以減少體能的消耗。進行人工呼吸和心

臟按摩必須連續進行，中間不能停頓，直至受害者能夠完全恢復呼吸和心臟跳動或者證實死亡為止。如果

一群人被雷擊，應先搶救那些無法發出聲息的人。

4、雷電的益處

但是不要以為雷電所帶給人類的只有危害，其實它也有許多有益之處。

第一：負氧離子增多，改善空氣質量。一場雷雨過后，空氣中的氣體分子在雷電的作用下，能夠離解

出帶負電的負氧離子，對人體健康非常有利。

第二：緩解高溫干旱。一般來說夏季我市處于副熱帶高壓的控制下,天氣持續晴熱少雨,往往產生一定

程度的旱情,雷陣雨天氣所帶來的降水，對于緩解旱情、濕潤氣候、改善環境都有一定的好處。而且雷陣

雨天氣的發生，一般也意味著高空有冷空氣滲透，副熱帶高壓處于不穩定狀態，在一場雷陣雨過后，滾滾

熱浪也將得到一定程度的緩解。

第三：固氮增肥。在雷電的放電作用下,空氣中的氮氣和氧氣發生反應,生成的硝酸與土壤接觸,生成

硝酸鹽,可以被植物當作氮肥吸收,所以也有"雷雨發莊稼"之說。據統計，一年當中地球上每一公頃土地都

可獲得幾公斤這種從高空來的免費肥料。

雷電災害的防御措施

1、雷暴距離的判斷

雷暴產生時，閃電和雷聲是同時發出的，由于光在空氣中的傳播速度是每秒30萬千米，而聲

音的速度是每秒340米，那么，我們可以根據看到閃電和聽到雷聲之間的間隔時間來計算落雷點與

人之間的距離。如果間隔時間是5秒鐘，表示雷擊發生在離人約1700米左右的位臵；如果是1秒

鐘，也就是一眨眼的時間就聽見雷聲，說明雷擊位臵就在人附近300米左右。當遇到雷暴天氣時，

我們可以記住每次聽到雷聲與看見閃電的時間間隔是越來越長，還是越來越短，以此來判斷雷暴是

逐漸遠離，還是即將臨近，從而采取一定的防范措施。

2、雷電傷人的幾種方式及急救措施

雷電對人的傷害方式，歸納起來有四種形式，即：直接雷擊、接觸電壓、旁側閃擊和跨步電壓。

雷電對人的危害與普通高壓線路危害類似，只是危害程度更嚴重，因此一旦發生這種情況，要立即

對傷者進行搶救。

人被雷擊中后，雷電電流通過人體泄放到大地是一個很短暫的過程，傷者身上是不帶電的，這

時不必擔心施救者被電擊。急救措施也類似于被電擊后的急救方法，將傷者平躺在地，在進行口對

口的人工呼吸，同時要做心外按摩。另外，要立即呼叫急救中心，由專業人員對受傷者進行有效的

處臵和搶救。

3、防止雷擊的措施

（1）室外防雷

根據發生雷擊災害的規律及原理，孤立的物體或者物體的突出部位容易遭受雷擊，因此，戶外

防雷應注意：a、在空曠地區，不要進入臨時性的棚屋、崗亭等無避雷設施的建筑物內。b、不可躲

在大樹下避雨，若不得已需要在大樹下停留，必須與樹干和枝丫保持兩米以上距離，并盡可能下蹲，

雙腳并攏。c、不要觸摸金屬或潮濕物體，隨身攜帶的金屬物件（項鏈、耳環等）也應盡量移開身

體，以免成為引雷的介質。d、不宜使用移動電話和電子儀器。e、不宜在曠野高舉或肩扛雨傘、鐵

鍬等高于身體的尖狀物。f、在戶外活動的人應盡快回屋或躲進汽車內。

（2）室內防雷

室內發生雷擊事故一般都是雷電流通過雷擊電磁脈沖的形式對電器和人造成危害，因此，室內

防雷應注意：a、要關閉好門窗，防止直接雷擊和球形雷的入侵，盡量遠離門窗、陽臺和外墻壁。b、

雷雨期間不要使用任何家用電器，包括：電視、電腦、電冰箱、洗衣機、微波爐等，切斷電源，特

別注意電視信號線和電腦網線（這兩根線較隱蔽，容易忽視）；c、雷雨期間不要打電話，如必須

打時要使用免提功能；d、不要在家里洗澡，更不要使用太陽能熱水器洗澡。

4、雷電防護工程的重要意義

由于造成雷擊災害的形式不同，防御雷電采取的措施也不同，目前的防雷工作主要有兩類，一

類是建筑物防雷，防御直接雷擊，由接閃器、引下線、接地裝臵三部分組成，在建筑物頂部安裝避

雷針、避雷帶或避雷網等接閃器，并通過引下線與接地裝臵連接，達到保護建筑物不受直接雷擊的

目的，另外還將建筑物內部的金屬管道、金屬門窗、吊頂龍骨與引下線連接，有效保護建筑物內部

安全；一類是信息系統防雷，防御雷擊電磁脈沖，在電路線、信號線及天饋線上穿接避雷器，并通

過引下線與接地裝臵連接，這樣一旦有雷電流侵入，能通過避雷器迅速泄入大地，從而保護電子設

備不受損害。對于智能建筑物，則采取綜合防護措施，既防御直接雷擊，也防御雷擊電磁脈沖。值

得注意的是，不管防護措施做得有多好，也不可能100%的防御雷擊，只能將雷擊災害降低到最低

限度。而對雷暴本身產生的沖擊波是沒有辦法防御的，只能將建筑物的牢固度、抗震性提高到最高

限度，才能避免雷暴沖擊波的影響。

相關知識

1、雷暴的時間分布參數

▲雷暴日

表征不同地區雷暴活動的頻繁程度。

雷暴日：指該天發生雷暴的日子，即在一天內，只要聽到雷聲一次或一次以上的就算一個雷暴

日，而不論該天雷暴發生的次數和持續時間。

雷暴日的統計通常分月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日等。

▲平均雷暴日

分平均月雷暴日、平均季雷暴日和平均年雷暴日。

平均月雷暴日指月雷暴日的多年平均結果，單位天；它進一步反映全年各個月份雷暴活動日數

的多年平均情況。

平均季雷暴日是指季雷暴日的多年平均結果，單位天。

平均年雷暴日是指年雷暴日的多年平均結果，單位天。它反映一個地區雷暴的活動日的多年平

均情況，更接近實際，在雷暴氣候統計中常被使用。

▲雷暴小時

雷暴時：日雷暴時、月雷暴時、季雷暴時和年雷暴時。

平均雷暴時：平均日雷暴時、平均月雷暴時、平均季雷暴時、平均年雷暴時。

逐時年雷暴時：逐時年雷暴時和平均逐時年雷暴時。

▲雷暴月

雷暴月，年雷暴月，平均雷暴月

▲雷暴季節

雷暴季節，平均雷暴季節

▲雷暴持續時期和平均雷暴持續時期

▲閃電持續時間與雷暴日的關系

閃電引起輸電線的故障與雷暴的持續時間較為密切。

Kopolansky和Laitinen（1972）根據前蘇聯臺站9年的觀測資料研究得到年雷暴時與雷暴日

的關系

Th=0.76Td1.3

式中Th是雷暴小時數。

2、雷電的空間分布參數

地面落雷密度

對于雷電放電來說，云與云之間的放電次數多于云對地放電次數，而上述雷暴日或雷暴小時

對于這一事實沒有加以區分。從防雷角度分析，地閃發生的頻數是確定地閃對人類和建筑物的最

重要的參數。

雷云對地放電的頻繁程度，用地面落雷密度Ng來表示。其定義是每個雷電日每平方公里上的平均

落雷次數，又稱閃電頻數。

總的閃電密度為地閃、云閃密度之和。單位為次/km2?秒，或次/km2?年。對一個區域研究，所

取面積1000km2。

▲閃電密度與緯度間的關系

云、地閃之比隨緯度減小而增加，日閃電密度隨緯度減小而增大，然而同一緯度的地理環境和

氣候有很大差異，如同一緯度的沿海地區的年閃電數比內陸地區高。

Pierce(1962)提出一個緯度與地閃密度的關系

Ng=(0.1+0.35sin?)(0.40?0.20)Td

3、雷電流的波形參數

（1）雷電流的波形

[英]《雷電》一書的記載和近年來大量的觀測表明：

雷電流具有單極性的脈沖波形，

大約有80-90%的雷電流是負極性的，

常見的負電流波形前沿呈拱形。

例如，在圣薩爾瓦托山，紐約州府大廈，意大利觀測點，匹茲勒寧大教堂和其他高建筑物獲得

的電流示波記錄都顯示出相似的拱形前沿。其中在圣薩爾瓦托山測得到達電流峰值的中值時間為

5.5μs。而在意大利觀測點測到的時間為7μs。

雷電放電具有重復性，一次雷電平均包括3次至4次放電，通常第一次放電的電流幅值最高，因

此第一次放電它對防雷設計至關重要。

圖2.9給出了一組負極性雷電第一次放電雷電流實測波形，其縱坐標是以電流最大值作為基值

的比值。這里波形B（虛線）是對10次實測取平均而得到的，其時間范圍取得較小，以側重展示

雷電流的波前部分；波形A則是對88次實測雷電波形取平均而求得的，其時間范圍取得較大，以

反映雷電流波形的全貌。

雷電的分類圖示

圖示

（雷電的分類圖示）

（雷電的形成圖示）

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