油库加油站雷电的概念与危害

　　一、雷电的概念   

　　雷电是一种常见的自然现象。雷电是由于地面气温升高，形成一股上升气流，其中含有大量的水蒸气和尘埃。这些物质在上升的过程中，由于经受着上升气流和高空高速低温气流的吹袭、冲击、摩擦、剥离而带电。水蒸气凝结分裂为带正电的“大”水滴和带负电的“小”水滴。带正电的水滴以下雨的形式降落到地面，带负电的水滴仍然飘浮于空中，且到处飘移，出现了电荷的分离与积蓄，形成带不同电荷的雷云。在雷云中部有强烈的上升气流，形成了带正电的冰晶与带负电的水滴分离和积蓄。随着异性电荷的不断积蓄，不同极性云块之间，或云块与大地之间的电场强度不断增大。当电场强度超过云与云，或者云与大地(含地上的建筑物、构筑物)之间空气所能承受的击穿强度时，空气被击穿产生放电。电荷在电离通道中中和，产生强烈的光和热，这种热能使周围空气突然膨胀，产生轰鸣声。电荷中和产生的光就是人们常说的“闪”；空气突然膨胀产生的轰鸣声就是人们常说的“雷”。

　　雷云之间击穿放电并伴随有光和声的现象，就是人们通常说的雷或雷电；在雷云与大地(含建筑物、构筑物)之间，伴有光和声的放电现象称为落地雷。

　　另外，还有一种特殊的雷电，它的载体是一个球状等离子气团，其形状和颜色各异。它随气流在低空飘移，甚至沿地面滚动。在飘移、滚动过程中，遇到某种激发因素就会发生爆炸。人们把这种雷电称球形雷。根据等离子理论，球形雷的载体是某种等离子凝结团，是气流在高温或很强的电磁感应作用下电离而成，正离子与负离子处于统一体中并等量，离子体暂时处于平衡状态。这种离子气团具有较好的导电性和流动性，在飘浮、滚动过程中，少量离子重新组合发出微弱晖光，能量耗尽后消失。球形雷通常发生在雷击前数秒或数分钟，球形雷的直径在10~100cm左右，它能随风飘人室内或穿堂而过，其运行轨迹很不规则，飘浮滚动、直上直下，甚至固定不动或沿着物体移动。球形雷的能量大小不一，小者仅在蚊帐上烧个小洞，大者可引起爆炸，带来巨大破坏。

　　根据雷电的不同形式，分为片状、线状和球状三种。片状雷电多发生在雷云之间，危害较小；线状雷大部分为常见的落地雷，易造成雷击灾害；球状雷的危害难以预测和预防。

　　二、雷电的危害

　　雷电具有很大的破坏力和多种破坏作用。雷电对油库加油站的危险性可归纳为直接雷击、雷电副作用、雷电波引入、反击四种形式，其破坏作用主要表现为放电时所显示的各种物理效应和作用。

　　(一)电效应   

　　落地雷具有数万甚至数十万、数千万伏的冲击电压，足以烧毁电力系统的发电机、变压器、断路器等设备及电气线路，引起绝缘击穿而发生短路，导致可燃、易燃物的着火和爆炸。

　　(二)热效应

　　落地雷的电流一般为几十至几千安培，有的峰值电流高达数万安培至10万安培。当这种强大的“雷击电流”通过导体时，在极短的时间内转换为大量的热能。雷击点的热能通常为500至2000J。雷电通道中的这种热能可使金属熔化或气化，往往酿成火灾。

　　(三)机械效应

　　雷电的热效应将使物质和各种结构缝隙里的气体剧烈膨胀，同时使水分和其他物质分解为气体，这就造成雷击物内部出现强大的机械压力，致使雷击物遭受严重破坏或爆炸，砖、石、混凝土、木结构建筑物和构筑物毁坏，油罐胀裂或凹陷等。

　　(四)静电效应

　　油库加油站金属设备较多，当这些金属设备处于雷云和大地间的电场之中时，金属物上会感应大量电荷。雷云放电，云与大地的电场消失，但金属物上的感生电荷却不能立即逸散，产生很高的对地静电感应电压。静电感应电压往往高达几万伏，可以击穿数十厘米的空气间隙而发生火花放电，这对油库加油站安全威胁很大。

　　(五)电磁感应

　　具有很高电压和很大电流、发生时间极短的雷电，在它周围空间将产生强大的交变磁场，处于这一磁场中的导体感生出较大的电动势，还会在闭合回路的导体中产生感应电流。如导体回路中有的地方接触电阻较大时，就会局部发热或发生火花放电。这对于储存易燃、可燃油品，易于积聚爆炸性混合气体的油库加油站是很危险的。

　　(六)雷电波侵入

　　当雷击架空电力线路、金属管路时，产生的冲击电压使雷电波沿着线路或管道迅速传播。当侵入建筑物内时，可造成配电装置和电气线路绝缘击穿而产生短路，或者使建筑物内的易燃、可燃油品燃烧、爆炸。此种雷电灾害占整个雷电灾害的50％-70％以上。

　　(七)反击

　　当建筑物、构筑物、防雷装置等遭受雷击时，其内外的电气线路、金属管道等可具有很高的电压，如其间距较近时，可产生火花放电，这种现象叫做反击。反击可能引起电气设备绝缘破坏，金属管路烧穿，甚至造成着火和爆炸事故。

　　上述七种物理效应产生的破坏作用可归纳为电性质的破坏作用、热性质的破坏作用和机械性质的破坏作用。电性质的破坏作用主要表现为数百万伏及至更高的冲击电压可能毁坏电气设备的绝缘，烧断电线或损坏电杆，造成大规模停电；而绝缘损坏则可能引起短路，导致火灾和爆炸，是造成油库加油站受到严重破坏的直接原因之一。热性质的破坏作用主要表现为巨大雷电流通过导体，在极短的时间内转换为大量的热能，引燃易燃品而造成火灾或爆炸。机械性质的破坏作用主要表现为被雷击物遭到破坏，甚至爆裂成碎片。此外同性电荷之间的静电斥力，同方向电流或电流拐弯处的电磁力也有很强的破坏作用。

　　三、遭受雷击的条件

　　遭受雷击的因素多而复杂，但也具有一些可供借鉴的规律。遭受雷击主要与地质、地形、地物、建筑物、地理条件相关。

　　(一)地质条件 

　　由于土壤电阻率较小，易于积聚电荷，特别是湿地、河床、池沼、苇塘，以及地下水位高、金属矿床等地点更易积聚电荷，容易遭雷击；地下水面积大、矿泉、地下水出口处等容易遭受雷击；岩石山或土壤电阻率较大的山坡雷击多发生于山脚，反之多发生于山顶。

　　(二)地形条件

　　由于海洋潮湿空气从我国东南进入大陆，经日光暴晒天气闷热，遇到山体气流上升而出现雷雨，造成山的东坡、南坡遭受雷击多于西坡、北坡；因山中峡谷较窄，不易受日光暴晒和对流，缺乏形成雷的条件，雷击少于山中平地；靠山、临水地区的低洼湿地易遭雷击；山口、风口或河谷等雷暴走廊与风向一致时，容易遭受雷击。

　　(三)地物条件

　　空旷地中的独立建筑物，建筑物中的高耸建筑和特别潮湿的建筑；房旁大树、接收天线、山区电力线路及转角、铁路集中地；屋顶为金属结构、地下有金属管道、建筑物内有大型金属设备的容易遭受雷击。

　　(四)建筑物条件

　　主要取决于建筑的坡度、形式和长度。平顶、坡度不大于1／10时的檐角、女儿墙和屋檐；坡度大于1／10而小于1／2时的屋角、屋脊、檐角和屋檐；屋脊长度大于30m的山墙；坡度大于1／2的屋角、屋脊和屋檐；坡度大于4／5时的屋脊等都容易遭受雷击。

　　(五)地理条件

　　湿热地区比干冷地区雷暴多。从赤道向南、北雷暴频数递减。全国雷暴趋势是华南大于西南大于长江流域大于华北大于东北大于西北。雷击密度是山区大于平原，平原大于沙漠，陆地大于湖海。

　　四、雷电参数及雷暴分布

　　雷电参数包括雷暴日、雷电电流幅值、雷电电流陡度、冲击电压等。正确理解雷电参数的概念及雷暴分布，对制订防雷决策具有重要意义。

　　(一)雷暴日

　　凡是能听到雷声的天日就叫雷暴日。雷暴日是表示雷电活动频繁程度的参数，通常以年平均雷暴日数来衡量，数值越大雷电活动越频繁。我国把年平均雷暴日数值不超过15日的地区，叫少雷区，超过40日的地区叫多雷区，两者之间地区叫雷区。

　　(二)雷电电流幅值

　　雷电放电和雷电电流都具有冲击特性。雷电电流幅值就是雷电放电时冲击电流的最大值，即峰值。雷电电流是一种电流幅值大、作用时间短的瞬变过程，雷电电流由零增加到峰值只需要几微秒，再由峰值下降到零，也只有数十微秒。雷电流上升的曲线叫波头，雷电流下降的曲线叫波尾。通常在雷区防雷时，采用的雷电电流幅值为10X10Ao   

　　(三)雷电电流陡度

　　雷电电流陡度是雷电电流随时间而上升的速度。雷电电流陡度可高达50×10A／µs，平均约为30X10A／gs。雷电电流陡度越大，其对电气设备造成的危害也越大。一般防雷设计选用的波头值为2.6µs。

　　(四)雷电冲击电压

　　直接雷击的冲击电压由两部分组成。第一部分决定于雷电电流和防雷装置的冲击接地电阻，第二部分决定于雷电电流陡度和雷电电流通路的电感。

　　(五)雷暴分布

　　我国雷暴日数值呈南方多北方少，山区多平原少的特点。一般来说，雷暴冬季少于夏季，但在南方有时隆冬也有雷暴出现。雷暴出现时间一般以下午为多。雷暴分布规律是：

　　1．海南岛中部和西双版纳年均雷暴日120天以上。

　　2. 云南南部、两广、海南省年均雷暴日90—100天。

　　3．长江以北地区年均雷暴日30～40天。

　　4．西北干旱地区年均雷暴日少于20天。