科学防雷接地和雷电防护方案

说到防雷，可能不少人首先会想到避雷针，而“避雷针”这一概念，很容易让大家对防雷的概念造成误解。

误解1: 避雷针是用来“避雷”的。

其实，避雷针的学名叫“接闪器”，不是用来“避开雷击”的，而是用来“迎接闪电”的，避雷针，本质是上是引雷针。其保护的机理是，将闪电引向自身，然后经规划好的路径（引下线）将电流引入大地，从而避免闪电直接击中人、树木、建筑物以及各种设施而引起的财产、生命损失事故。

误解2: 打雷时，应离大树越远越好。

大多数人都知道，在打雷时，不能站着大树下避雨。在网上搜索类似的问题，答案大多是“远离孤立的大树”、“离大树越远越好”之类，因为这类事故最频繁。但是这些说法不完全准确，有一定的片面性。

在空旷的区域，孤立的大树，相当于一个避雷针，其遭受雷击的概率最大。如果雷电击中大树，而人站着大树下，可能会造成旁侧闪络、跨步电压伤害，所以雷雨时“远离”大树是没错的。

 

 

但是，在空旷的区域，要离大树多远呢，越远越好吗？其实不然。避雷针的保护范围是有限的，当人离大树太远时，就不在大树这个“避雷针”的保护范围之内，这样人可能被雷电直接击中（人体成了“避雷针”）。现实中，经常发生闪电直接击中人的事故，比如农田雷击事故，在农田中劳作的人被闪电直接击中身亡。究其原因，主要有2点：1）农田里有水，相比而言其导电性更好。2）在农田里，通常人是最高点。

那么如何计算避雷针的保护范围呢？常用的方法之一是“滚球法”，该方法计算比较严格，可靠性高。

至于为什么用“滚球法”，这是源于闪电先导的机理，闪电产生前，会形成多支下行的先导（“先锋部队”），先导一步步行进，当其中一个下行先导与地面物体的上行先导会合后，就会发生闪电放电。先导步进的长度和雷电流大小正相关，而滚球半径取决于先导步进长度。按不同的防雷等级，滚球半径通常取30m、45m、60m这3种（滚球半径越小，同样高度的避雷针的保护范围也越小，越不容易防范，对应的防雷等级越高）。

回到上面的问题，应该离大树多远呢？我们可以举一个例子来算一下。假设一个空旷的野外，树高10m，滚球半径30m，人的身高2m。

可以想象一下，一个半径30m的“球”，可能从任何一个方向向你袭击过来，怎么才不会被这个球“沾”到呢。

 

根据模型计算，身高2m的人，当离大树的距离超过22.4-10.8=11.6m时，就不在大树的保护范围之内（图中的绿色斜线部分）。

另外，我们要和大树保持一个安全距离，这个安全距离，有人说至少2m，也有说至少3m、5m的，在此我们取最保守的5m安全距离（实际不光要考虑树干，还要考虑树的枝叶，如果离树干距离足够大，而人的头顶离伸过来的树枝很近，也存在危险的，模型中以距树干的距离进行了简化计算）。所以该模型中，人与大树的安全距离是5-11.6m。

而在城市里，有很多高楼大厦（一般都会安装避雷针），我们没必要在大树下避雨，即使在大树下避雨一般是没什么危险的。

在此总结一下，雷电常见的伤害类型和防范措施。

1. 接触电压伤害，旁侧闪络；

防范措施：不站在孤立的大树下，不倚靠孤立的大树；不使用有线电话；不接触由室外进入室内的导体/线路……。

2. 跨步电压伤害；

防范措施：不站在孤立大树下；站立时两脚尽量并拢；不大步奔跑……。

3. 雷电直接击中人体；

防范措施：躲到室内、车内，关好门窗；不站在高处，如山顶、屋顶；不要持有增加人体高度的物体，如钓鱼竿、锄头、雨伞等，降低人体高度（下蹲）；远离潮湿空旷的地区，如农田、河岸，不要下水……。

4. 雷电破坏作用造成的再次伤害。

防范措施：远离易燃物、爆炸物，避免雷击引起的火灾伤害；避免雷击树木/建筑物墙体造成的砸落伤害……

误解3: 装好“避雷针”，防雷就做好了。

避雷针属于外部防雷设备，只能对直击雷起到防护作用。而当避雷针接闪时，雷电流瞬间通过引下线泄放到大地，会产生强大的雷电电磁脉冲（LEMP），俗称感应雷。感应雷会对电气、电子系统造成大面积的破坏。而随着电子技术的发展，设备集成度越来越高，体积越来越小，对感应雷越来越敏感。所以，防雷是一个综合系统，不光要防直击雷，还要防止感应雷。直击雷破坏力强，但其是“点”破坏，而感应雷是“面”破坏。避雷针本质上是引雷针，安装避雷针后，被直击雷击中的概率会更高，所以对于工业控制系统、敏感设备而言，越是安装了避雷针的地方，越是需要进行感应雷防护。