认识雷电的高电压本质?

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认识雷电的高电压本质

梅忠恕

（云南电力试验研究院，昆明，650051）

摘要：本文详细论述了雷电的高电压本质，认清雷电的这一本质，是解决防雷工作中遇到的诸多问题的一把钥匙，是制订防雷保护方案、开发研制雷电防护产品以及进行雷害事件分析的核心与关键。 关键词：雷电；高电压放电；直击雷；感应雷 1、 前言 雷电的物理本质是什么 ？这是每一个从事防雷工作的人必须认识和了解的首要问题。 雷电的物理本质就是高电压。 认识雷电的高电压本质，认识雷电高电压的产生与来源，认识雷电高电压的各种属性，我们才能正确的制定和设计防雷保护的方案，才能正确的分析雷害事故的原因和防止对策，才能正确的开发和研制防雷保护的产品。一句话，只有正确认识雷电的高电压本质，才能做好防雷。 不了解雷电的本质，在做防雷保护措施与方案时，在开发研制防雷保护的产品时，在分析雷害事件的原因与结论时就把握不到防雷的核心与关键。在防雷工程上要么保护不到位，要么造成工程的浪费。在研制开发的防雷产品上就会华而不实，捕风捉影甚至流于概念抄着，忽悠市场。在分析雷害事件的原因时，就容易提出一些错误的观点或解释。我国防雷界，近年广为流传的诸如“球形雷”、“手机引雷”、“绝缘避雷”、“电荷避雷”、“等离子避雷”，以及“物理防雷”和“微波炉效应”等等说法与言论，都是没有搞清雷电的高电压本质而出现的误解与错误。 2、 雷电的物理本质 雷电的物理本质，就是高电压。雷电高电压就是大气高电压。 雷电放电的本质，就是高电压的放电。 雷电击伤人（畜），击死人（畜），雷电击毁设备，击毁建筑物，以及雷电引起的各种灾害，都是雷电高电压对人或目标物的袭击造成的伤害与损坏的结果。 我们知道，雷电有一次雷与二次雷之分。一次雷就是直击雷，二次雷是伴随直击雷而形成的，如感应雷，雷电电磁辐射于扰，地电位反击，地电位分布不均以及接触电压与跨步电压等。它们都是高电压，只是数值的高低有所不同。 雷电放电，就是高电压放电。直击雷的放电的主要形式是击穿。在高电压工程中，击穿是指在空气（间隙）中的放电。击穿后强大的雷电电流通过空气，形成强烈的电弧，同时伴随着剧烈的光亮与声响。 二次雷电压比直击雷电压低很多，二次雷的放电除击穿外，还有沿面闪络、滑闪以及火花放电（跳火）等形式。还有不少雷电的伤害并没有或看不见放电的出现，而只是强大的雷电电流瞬间流过身体，如雷电的电容感应电流流过身体造成的损害。 雷电的击穿又分在空气中的击穿，和在物体中的击穿。空气被雷电击穿后，其绝缘强度很快又会恢复（气体与液体都是可恢复绝缘）；固体物质被雷电击穿后就会受到了永久性破坏而不能恢复（固体是不可恢复绝缘）。 认识了雷电的本质是高电压后，我们就知道，如果出现了雷电放电，那就必然是高电压的放电。 3、 雷电高电压的来源与生成 大体上说，雷电高电压的来源有三。 3.1、电荷 主要的，大量的雷电高电压的产生根源为一堆电荷。天上的雷电，即一次雷电，其高电压是源于雷云中的电荷，各种线路里的感应雷，即二次雷电，其高电压大多数也是源于线路里的一堆感应电荷。[1] 一堆电荷如何产生高电压呢？在电磁场理论或电工基础里都有详细的讲解与介绍。一堆电荷产生了周围的电场，在电场中的各点表现出了电位。对电场中两点之间的电位沿任一条路径进行积分就可得到这两点之间的电位差，即电压。从电场中无穷远处（如大地，电位为零之处）沿任一条路径到电荷所处之点对电位进行积分，就可得到电荷的电压。 只有当电荷的分布很简单时，才能用解析的方法计算出电压。当电荷的分布比较复杂时，或者电场的边界条件比较复杂时，就很难用解析的方法计算电压。但我们可以用电容来表达电荷的电压。 电荷总有它的载体，此载体可是金属，也可是非金属，或其它形式的物质，例如雷云（含云中的水气粒子或粒子团）就是不规则、无定形的非金属。如果将整个电荷的载体看成是一个电极，则此电极与大地之间就有电容。此载体对地的电压U取决于电荷量Q与此电容C的大小之比，可表示为： Ｕ＝Ｑ／Ｃ （1） 即是说，电荷所表现出的对地的电压U是与电荷量的大小Q成正比，与存储它的载体的对地电容C成反比。 在天空中形成的雷云的对地电压，其数量级可达千kV级，或万kV级以上。 当雷电下行先导接近某一条电气线路，（包括输电线路、信号、控制或其它线路）时，在电气线路的导线上将感应出电荷。在先导放电以前，这些感应电荷是一种束搏电荷，并不表现出对地的电压来。当下行先导实现对大地，或对地上某物体的放电而消失后，这些感应电荷就从束搏状态瞬间转变成自由状态，于是就要表现出对地的电压来了。这种感应称为雷电的电压感应，或电容感应。即感应电荷是通过电容（电压）感应生成的。这种感应电压的大小也取决于感应生成的电荷量和承载感应电荷的金属或导线的对地电容，仍可按公式（1）计算。 在输电导线上感应出的二次雷电压的数量级可从几百伏到几kV级，甚至达几十kV级以上。在信号线路上感应出的二次雷电压也可达到数十或数百伏的数量级。笔者两年前撰写的文章《感应雷的生成机制、幅值大小及防护》[1]就详细地介绍了感应雷电压的生成机制。 3.2、雷电流的电磁感应生成的高电压 雷电流的感应，或称雷电电磁辐射干扰，也会产生感应电压。在文[1]中对这种电压的产生机制也有详细的介绍。 若有一个导线组成的开口环路处于雷电电磁辐射场中，当电磁场的磁通穿过此回路的截面时，就会在回路中感应生成电磁感应电压，或称电磁干扰电压。文[1]详细介绍了这种电压产生的机制，并用公式导出了其数值的大小。 例如，有一个长度为b，宽度为a的开口线圈处于离雷电流引下线s远的距离（图1），雷电流对线圈的感应电压可在线圈开口间隙cd 处表现出来，有： (2) 从式（2）可见，感应电压也是随时间而变化的，它与雷电流对时间的变化率di（t）/dt成正比，与线圈的长度b成正比，线圈宽度a越大，线圈越靠近雷电流（S越小）时，感应电压越大。式中μ0=4π×10-7H/m为空气的导磁系数。 假设雷电流陡度的最大值（di/dt）max=100kA/μS，S=20m， b=2m，a=1m，代入式（2），计算得感应电压最大值（Uk）max= 2kV 。 如果线圈的开口间隙cd较小，只有1～2mm ，2kV的电压足以击穿它。如果线圈是处于可燃或可爆炸气体中，此间隙的击穿就将导致危险可怕的事故。1989年我国黄岛油库的恶性事故就是缘于这种感应电压在小间隙上的放电产生火花，引爆贮油罐中的油气的结果。在半导体器件中，有成千上万的电子元件和电气回路。在雷电电磁辐射（即雷电电磁感应）作用下，在这些电气回路中都将感应出电压，虽然半导体中的电气回路很小，感应电压也不大，但半导体本身的工作电压与绝缘水平都很低，感应电压会不会对半导体器件产生危害，这就是我们应当认真考虑和关心的问题。 图1 雷电流产生的电磁场对开口线圈的感应电压 3.3、雷电电磁辐射对长线路的感应与干扰 在室外的实际问题中，更多遇到的是一对一对的长导线遭受雷电电磁辐射干扰的问题。为简捷，我们只考虑一对长线路的情况，如图2所示。在这种情况下，由于导线的长度b→∞，以及线路的走向变化多多，不可能完全与雷电流平行，线路与雷电流之间的距离也不可能保持为一个固定的值，因此还要用公式（2）来计算感应电压就困难了。 从定性来讲，线路与雷电流之间的磁场，即区间A的磁场，没有链着线路，对线路没有感应和干扰作用。在两条线路之间的区间B的磁场，仅链着其中一根导线，将在线路中产生感应电压，这就是我们在上节公式（2）表示的电压，我们称这个感应电压为差模干扰电压。这个电压表现为两条导线之间的电位差。而在导线以外的广大区间C的磁场，同时链着两条导线，这些磁通将同时在两条导线中感应生成电压，我们称这个电压为共模干扰电压。共模干扰电压对两条导线来说是相等的，是对地的电压。 为了减小差模干扰电压，就要尽可能减小两条导线之间的间距，即使a→0，以减小两条导线之间的面积，从而尽可能减少穿过此面积的磁通。在实践中，常将两条导线相互扭结，可使差模干扰电压大大降低。如果将两条导线穿入金属管道，由于金属管道的对磁场的屏蔽作用，不仅差模干扰电压，甚至共模干扰电压也可大大降低。 图2 雷电流对长线路的感应与干扰 需要指出，对信号线路来讲，差模干扰电压出现在两条信号线路之间，它和有用信号是串联的，成为干扰信号。对于信号线路来说，将造成信号的杂音干扰；对于测量线路来说，将引起测量误差；对于控制线路来说，将可能造成误动作。 在对称工作的两条线路上，共模干扰电压是出现于线路的电中性点和接地点之间，信号的两条导线具有相同的干扰电压。在不称对工作的两条信号线上，共模干扰电压出现于单根导线与地之间，它是不对称电压。在来去的两条信号线上的干扰电压的大小是不相同的。共模干扰电压不形成与有用信号的串联，但是，它在信号线与仪器外壳或线路中性点之间引起电压升高和反击。 差模干扰电压会对信号的测量产生误差或误动作。而共模干扰电压会对线路的绝缘和与它们连接的设备构成危害，特别是集成电路元件，使其脆弱的绝缘击穿；此电压也可能使导线之间或金属接缝之间的间隙击穿，在具有易爆易燃气体的场所，将可能引起气体的爆炸，导致灾难性后果。对导线采用金属管道屏蔽并在两端接地，可使这类干扰电压大大减低。 3.4、雷电流压降导致的高电压 当雷击于接闪器或目标物后，雷电流将流经引下线或构筑物，再通过接地网流入大地中，雷电流将在引下线或构筑物上，在接地网上产生电压降。此电压降也是二次雷电压。 3.4.1接触电压 接触电压是指接闪器的引下线的以及诸如铁塔或构筑物在下泄雷电流时的某个电压。它是根据人身体的特点来定义的。人站在接地网里，在引下线、铁塔或构筑物旁，脚步离引下线、铁塔或构筑物0.8m，人的手伸出在离地高度为1.8m的地方接触引下线、铁塔或构筑物，则在人手与脚步之间的电压称为“接触电压”。 接触电压不仅与雷电流的大小有关，还与人体的电阻和脚底与地之间的电阻有关。 需要指出，接触电压是加在人的手与脚之间，接触电压产生的电流将流过人体躯干，对人来说是很危险的。如果是一侧的手与脚遭受接触电压，雷电流流过一侧身体，那又稍好，如果遭受接地触电压的手与脚不在同侧，那雷电流就要流过心脏，危险就大了。 3.4.2跨步电压 跨步电压是指下泄雷电流的接地网或相邻大地上相距0.8m两点之间的电压，因为人走路的步距平均为0.8m。 跨步电压不仅与雷电流的大小有关，还与离开引下线（即电流注入点）的距离有关。离引下线越近，跨步电压越大；离引下线越远，跨步电压也越小。 具体分析人（畜）的跨步电压时，还与跨步的位置与大小有关。人的跨步稍小，就是0.8m左右吧，而畜的跨步就大多了，因此牲畜受到有跨步电压的伤害比人大很多。此外，人遭受跨步电压的袭击时，雷电流是从一支脚底进，而从另一支脚底出，只是人的下胯受到伤害，但雷电流不流过躯体与心脏，因此对生命的威胁又稍轻。但对于牲畜来说，一方面由于它们的跨步大于0.8m，另一方面，雷电流将流过心脏，因此跨步电压对牲畜的伤害更严重，往往导致它们的死亡。 3.4.3地电位分布不均与地电位的反击 当雷电流通过接地网扩散到大地中去时，由于接地网有接地电阻，因此接地网与大地无穷远之间会有电压降；同时由于接地网自身也有电阻和电感，因此在接地网上还将有电压降与电压分布不均。笔者撰写的《雷电冲击电压下接地装置的电压升高和反击》[2]与《雷电冲击电压下接地装置的电压分布不均》[3]详细介绍了电压分布不均与反击的产生机制与防范。 4、 是雷电压击伤人还是雷电流击伤人？ 雷击建筑物，雷电击伤（死）人，是雷电流的袭击，还是雷电压的袭击？是雷电流伤人?还是雷电压伤人？了解了这点，就有利于分析雷害事件的原因。 广义来说，受到电击的人（不一定是雷击，而是包括受到民用电的袭击，如触电），究竟是电流伤人，还是电压伤人呢？有很多介绍，在书里也能找到，说流过人们心脏的电流超过１mA时就有可能致人于死地。看起来这是电流伤人，其实，我们知道，电流何以产生，乃是因为有电压的作用。我们都知道欧姆定律：Ｉ＝Ｕ／Ｒ，没有电压，何来电流呢！ 有人可能反问到，电流也可产生电压，把欧姆定律改写一下：Ｕ＝ＩＲ，就看到电压是电流产生的。在这里似乎这一个“先有鸡，还是先有蛋”的问题。 究竟先有电压，还是先有电流呢？在电流与电压的关系中，究竟是电压起主导作用，还是电流起主导作用呢？我们说，谁起主导作用，谁就是伤害人们的主因。 在讨论谁起主导作用时，我们只要看这点：电压可以在没有电流时单独存在，而电流不可能在没有电压时单独存在。 因此，电压与电流的关系，与“鸡和蛋”的关系不一样。“先有鸡，还是先有蛋”是一个哲学问题，要追朔到几亿年以前，从遗传学来解释。而电压与电流的关系，可以立即回答，是先有电压，电流是在电压下建立起来的。 因此可以明确地说，是雷电压击伤人。雷电流是在人（物）受雷电压袭击后伴随产生的。当然，流过人（物）的雷电流也是造成人（物）伤害或损害的重要原因。 明确了电压与电流的关系，就好回答我们的问题了。当受到雷击时，是雷电压伤人的，雷电压产生了雷电流，流过身体，致人于伤害的。 5、 从雷害与认识高电压 雷害，就是雷电高电压造成的危害，因此，在分析雷害的原因时，应首先抓住高电压这个关键。不懂高电压，或离开了高电压，就不能正确的分析雷害事件。如果硬是要分析，给雷害事件提出这样或那样的解释，那就只能是违反科学的胡吹乱说了。 雷害事件分析的思路应该是坚持严格的因果关系，从可见的伤害现象与结果分析与判断高电压的来龙去脉。在分析过程中，应保持严格的逻辑思维，科学的判断，不得以猜测，估计代替科学的判断。 5.1 雷击人身伤害的类型与对应的高电压 下面结合几种主要的雷害类型介绍其对应的高电压的性质与来龙去脉。 5.1.1直接雷击伤害 直接雷击就是雷电直接打在人畜身体（或物体）上，雷电放电电流的全部或大部流经受害人畜的身体（或物体）。在所有雷电伤害中这是最严重的伤害。 当人（或物体）在一个局部范围内处于（或位于）比周围环境和建筑物高时，就成为一个比周围物体高的突出目标，特别是在人手持或肩抬着长形物体时，更容易形成雷电袭击的尖端。因为在雷电先导临近时，那些比周围环境高的突出的人或物，其顶上或尖端处的电场强度最大，高电压的放电最容易在这些顶上或尖端处形成。一旦高电压的放电形成，人（或物体）就立即成为雷电的接闪器而遭到雷电的直接袭击和伤害。 特别需要指出，不仅人（物）处于对天空直接暴露的突出位置容易遭受雷击，当人处于山头上的，或田间地头上的简易窝棚中也常遭受雷击。因为搭建这些简易窝棚的材料乃是一些树枝、柴草、塑料或纸板，它们几乎不会，或很少影响雷电先导与人体之间的雷电电场，即是说，在棚内的人的头部仍将是与直接暴露于天空时的处境相似，在雷电到来时仍有可能遭受直接袭击。如果棚内还有长形的金属物体或农具，这些金属物体也将成为雷电的接闪器。当雷直击于窝棚时，其中的人也就同时受害。 雷电主放电电流很大，其数量级为几十kA到百千安以上。那么强大的电流流过受害者的躯体，首先伤害的是受害者的大脑和心脏。因为人类的心脏只要几毫安的电流就足以使它发生心室纤维性颤动，停搏，雷电流也会致使呼吸系统麻痹而停止呼吸，从而致人丧命。此外雷电流的极大的机械效应足以撕裂受害者的皮肤和肌肉，而强烈的热效应也足以烧焦受害者的躯体。 除直击雷强大的电压和电流对人身体的伤害外，伴随而来的还有强烈的震荡声波和强烈的电光刺激对人体的伤害。 遭受直接雷击的人十有八九会死亡。但也有少数例外，受直接雷击而没有死亡。一般来说，雷电压很大，通常具有百万伏级，甚至更高。这么大的电压击于人的头部时，在头部皮肤还未来得及击穿之前，雷电压就在人的躯体之外造成闪络，闪络的发生使头部承受的电压突然降低。闪络形成的电弧长度约为人体的高度。电弧中的电压降不大，通常只有20V/cm。假若人体的高度以1.7米计，那么人体从上到下的电压降就将立即降至3.4kV左右。人体的电阻通常只有约1000欧姆，这样一来，通过人体的电流也立即降至3～4安培。如果人穿着汗湿的衣服，或人体被雨水淋湿，人体表面的电阻会降低得更小。这使通过人体的雷电流更小。此电流的持续时间与闪电的时间相同，在大多数情况下可能不超过百分之几毫秒。如果人是处于单脚触地，这个电流虽然通过人体，但有可能没有直接流过心脏，在这个电流和这个持续时间之下，不一定能引起心脏的损坏，这就是为什么有少数受到直接雷击的人还能侥幸活着的原因。 5.1.2感应电压的伤害 雷电感应电压通常是指室外架空线路（包括电源线、通信线以及各种低压信号和控制线路）受到雷电的感应或直接袭击后产生的雷电电压沿线路传输入室内，造成对人或电气设备的伤害和损害。 在雷雨天人在室内接电话受击，人在靠近电灯或电线处受击，电气设备的电源变压器受击损害等等，都是属于沿线路传入的感应电压，或称浪涌电压造成的伤害和损害。 在分析人畜的此类伤害时，要特别注意人畜的受击点。一般说来，在人畜的身上应留下有两个受击点。一个是雷电压的击点，即雷电流进入身体的点或部位；另一个是电流的流出点或部位。通常受击点在头部或上身，而流出点在脚底或身体下部。 5.1.3感应电流的伤害 当雷电先导发展临近地面时，先导头部中积聚了大量的因热游离和碰撞游离产生的电荷，这些电荷与雷云内的电荷同极性。同时，先导头部的体积也增长得很大。先导头部的体积最后可能达到多大，取决于雷云中原来的电荷量。先导头部与大地和地面上所有物体之间都有电容，此电容上的电压就是先导头部的对地电压。 假如地面上有一个人，先导头部与此人之间就有电容，在这个电容上就充有上述电压。由于先导头部的体积越来越大，先导头部与人之间的距离也越来越小，在这两个因素的作用下，先导头部与人体之间的电容就越来越大。同时，先导头部对地的电压也会越来越大。于是流过人体的电流就会越来越大。这个电流在空间是位移电流，进入人体以后还是以传导电流的形式流过人体。此电流可表示为：

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（3） 式中，C（s ,A）——先导头部与人体之间的电容，它是先导头部与大地之间的距离和先导头部在大地上的投影的面积的函数。 du/dt——先导头部与大地之间的电压的变化率。 当先导头部接受到从地面某物体或某点发出的迎击先导从而实现了对大地的主放电时，du/dt 达到最大值。这时流过人体的电流也达到最大值。 这个电流流过人体全身，使人体受到猛烈的冲击。受击者感到震惊，麻痹，倒地，严重时会出现长达几分钟，甚至几十分钟的失意或休克。但多数人还不至于被击致死。经过一段时间的休息，受击者还是会醒过来的，不过心里感应难受与不适。 在一些严重的雷击群死群伤事件中，除被雷电直击致死外，许多人被击昏倒地，以后又醒来的人，就是受到的雷电电容感应电流的伤害。比较典型的例子如： （1）2001年首都机场遭受雷击，七名飞机维修人员受伤，某教授错误地解释为“微波炉效应”。[4]其实，七名维修人员正是受到雷电电容感应电流的伤害。 （2）2004年浙江省临海发生的雷击致十余人死亡，多数人受伤的事件。在死伤者中，有被雷直击的，有遭从树杆击来的旁侧闪击，更多的侥幸未死的人就是受到雷电电容感应电流的伤害。 （3）2004年发生在居庸关长城的雷击群伤事件，在锋火台内避雨受击的所有人都受到这种雷电电容感应电流的伤害。 （4）2007年重庆开县义和小学的雷击群死群伤事件，除死亡的学生外，其他座在教室中间的学生，以及老师，都受了到这种雷电电容感应电流的冲击。 受到雷电电容感应电流伤害的人，感到震惊，麻痹，多数跌倒在地，并出现短暂的失意，但随后能自行醒来，身体也无大碍。 对于这样的电容感应电流，普通的砖石、草木结构的房屋是不能保护的，因为这样的材料不能隔离位移电流的通过。只有接地的金属屋面才能屏蔽和隔离电容的感应，阻止位移电流的流过。 5.1.4旁侧闪击的伤害 当一个高的物体，如塔、墙壁、烟囱以及树木等遭受雷击时，强大的雷电流沿物体下泄，这样在物体表面就会有很大的电压降。对于金属塔、避雷针或金属引下线，在1.8米高的地方，就有对地电压180kV，这个电压足以击穿0.4米的空气间隙。而对于树木、墙壁等非金属物体，在同样高度的地方，对地电压更高。如果人（畜）在此物体近旁避雨，即使没有伸手触及此物体，但由于站立的位置很靠近此物体，就有可能遭受此电压从侧面的闪击，称作旁侧闪击（图3、4）。 旁侧闪击对人的伤害主要在上部，特别是在头、肩或臂部位。因为雷电压多击于人体的头、肩、臂部，雷电流从上部进入身体，而从脚底出来。 图3 从铁塔产生的旁侧闪击 图4从墙面产生的旁侧闪击 5.1.5接触电压的伤害 接触电压的伤害与旁侧闪击相类似，只是这时人手或人体接触到了塔身或墙壁，雷电压直接袭击人体，而不是通过一个空气间隙击于人体。当人体靠在塔身或墙壁上时，所受到的袭击也是接触电压。 5.1.6跨步电压的伤害 当雷电流经过一个接地极或接地网泄放入大地时，在接地极或接地网上会出现电压分布不均[3]。这时靠近引下线（雷电流入地点）的地方，电压越高，而远离引下线的地方，电压越低。当人（或畜）的两支脚位于接地极附近或接地网上时，在两支脚之间就会有电压降，人（畜）就会遭受此电压降的袭击而在两脚之间流过电流。 跨步电压是指在接地极附近或接地网上相距0.8m 两点之间的电压。因人的步长大体上为0.8m。 跨步电压对人体的伤害主要在两支脚之间，因为电流没有经过人的心脏，一般不会致人于死地。但对于大牲畜，如牛、马或羊，因它们的步长较大，受到的跨步电压也比人体大得多。并且，当电流在前、后脚之间流过时，会伤及它们的心脏，因此，跨步电压常将大牲畜击死。 5.2 雷击人（畜）死伤事件的分析 雷击人（畜）死伤事件的调查，首先应从死伤者身上着手，从他们身体上的伤情开始进行。通过身体上的伤情观察，主要是皮肤和衣服的损坏和损伤，颜色的变化等现象的观察，找到受雷击点（部位）在哪里，雷电流流出点（部位）在哪里。进一步观察雷电流如何从受击点进入身体，如何流过身体，再如何从身体的流出点流出来。再进一步观察受击点和流出点与周围墙壁、电线、家具以及地面等物件之间的关系。判断雷电压是从什么物体或地方袭击到人体的受击点的。雷电流从流出点又击到什么地方和物件。即是说，调查分析首先要找到和弄清雷电高电压的来龙去脉。 以下用一个雷击致人死亡的实例来介绍如何进行调查和分析的。 2007年5月31日笔者与潘森和夏红伟三人去重庆开县义和镇小学调查分析那次致七个学生死亡，四十多学生受伤的雷害事件时，意外地又遇到另一次雷害致一人死一人伤的事件。 这就是发生在罗兴万家的雷害事件。我们是第一批到达罗家的调查者。 雷害事件的调查，首先是对受害人受雷电袭击情况的调查，次之是对雷电电压侵入的路径进行的分析。 对死者的调查，就是要从死者身上找寻雷电高电压的袭击点和雷电流的流出点。 我们到罗家时，罗的儿子已给他死去的父亲穿好新的干净的衣服，平躺在地面上。我当即请罗的儿子把死者扶起来，成座位。我检查了死者的头部和背部，由于有很多斑点和疤痕，很难辨别雷电流的进入点（即雷电压的袭击点）。我们又脱去死者的鞋袜，在死者的右脚底找到了一个蚕豆大小的紫色斑点。再检查死者死前穿的鞋，是一双塑料凉鞋。细看塑料凉鞋，发现在它的底部也有一个击穿的痕迹。再细细观察塑料凉鞋，发现击穿痕迹的地方，在原来厚厚的鞋底上有一个约5 mm深的凹陷坑。估计是什么时候死者生前踩到了一个炽热的碳渣，碳渣将塑料凉鞋底烧成了这个后来致人于死地的深坑。因为雷电放电正是从这个深坑进行的。如照片1、2所示。 即是说，罗受到的雷击电压，是二次雷电压，二次雷电压比一次雷（即直接雷击）电压小很多。因此，在罗的身体上只留下很小的雷击通道的痕迹。如果是受到的直接雷击，由于雷压很高，雷电流很大，被击人肯定会皮开肉绽。罗受雷击后，只有很小的雷电流通过身体，从罗的头或背部进入身体，而从脚底出来，再通过（击穿）鞋底，进入地面。罗的身体上没有显著的伤痕，只留下很小的放电痕迹。不注意，或无经验，往往难于发现。 而罗的妻子，只被雷击昏，头痛。四肢无力。我们检查了她穿的鞋，是一双皮凉鞋。皮凉鞋底厚，没有破裂和缺陷，没有击穿痕迹。就是说，皮凉鞋底的绝缘承受住了雷电压的袭击，没有穿，雷电流没有在她的身体内形成放电的通道，这才保护了罗兴万妻子的生命。虽然罗妻没死，但仍受到雷电压导致的电容电流的袭击，而感到头昏和难受。 对雷电电压的调查发现，这次事件，屋脊上的装饰物猴头受雷击，雷电压通过二楼水泥板中的钢筋传达到堂屋，而沿堂屋的墙壁下行。坐在堂屋吃饭的罗兴万，背靠墙壁，离他不远处还有一个电源插座，而插座的电源线则是从二楼水泥板走向的。雷击发生时，潮湿的墙壁与插座都带有雷电高电压。罗兴万受此电压的袭击，当场毙命，在他身旁的妻子受伤。 详细介绍请参阅[5]与[6]。 照片1 罗兴万的脚底留有被雷电击后的流出点的痕迹 照片2 死者右脚凉鞋上的电击穿痕迹 5.3建筑物雷害事件的分析 建筑物受到的雷击一般来说是直接雷击。直接雷击的电压很高，对建筑物的破坏也比较明显，对受雷击点的观察和判断比较容易确定。对雷击事件的分析主要在于建筑物在防护直接雷击的方法与措施上有无缺陷，并据此进行改进。 5.4 设备的雷害事件分析 对室内设备的雷击损坏事件的分析比较复杂一些。首先应观察与分析有些什么设备受损，受损的部位在哪里，受损程度如何等。 通常室内设备受雷击损坏主要有三种可能： （1）沿线路传入的感应雷高电压，受损的部位主要在线路的入口处。设备中的电路有短路，开关跳闸，并伴有电弧烧灼痕迹， （2）电磁辐射干扰的袭击。有的电子设备，如电脑，整天工作很好，可第二天开机就发现不行。可从外观上又难找到损坏的痕迹。这有可能是头天晚上打雷，雷电电磁辐射干扰损坏了设备中的微电子部件。 （3）电气设备的电源变压器烧毁，可明显看到受损的变压器及与它的接线的烧灼痕迹。这多是接地系统因电压升高造成的反击。 6、 如何做防雷工程 无论是做一座建筑物的防雷工程，还是做一个大单位的防雷工程，首先要收集和了解的情况包括： （1） 此单位的长宽地域范围； （2） 此单位周围的地理、地貌，气候、土壤以及森林植被情况； （3） 供电电源线路的电压等级，供电方式，线路走向，特别要注意是否是电缆供电，或架空线供电； （4） 通向内部的低压通信线路走向，也要注意通信线路是电缆，还是架空线； （5） 本地区每年的雷电日数和雷电活动情况等等。 根据以上情况分析雷电高电压可能侵入的种类和途径。包括： （1） 判断有无直击雷袭击的可能。 对可能遭受直击雷袭击的建筑物与部位，需要安装直击雷防护装置，如避雷针、避雷带与避雷网等。同时设计并做好接地网。 （2） 有无通过架空电线侵入感应雷电压的可能。 如果用电电源是通过电缆供电，电缆有足够长度（＞50m），那只需要在电缆的两端安装电力避雷器，接好地，就可避免感应雷高电压的侵入[7]。 如果供电电源是采用架空电线供电，还要观察此架空电线暴露于天空的部分有多长，有多高，以此估计产生感应雷高电压的机率和大小。对于有感应高电压侵入可能的供电电路，需要安装相应的SPD进行保护。 （3） 有无通过通信线路侵入感应雷高电压的可能。 对于通信线路的考虑，也同对于电源供电线路的考虑一样，如果是电缆接入，感应雷的可能性不大；如果是架空线接入，则也要考虑感应雷侵入的可能，设计加装相应电压等级的通信线路用防雷保护器。 （6） 分析考虑有无电磁辐射干扰的可能。 当天空出现雷闪时，避雷针接闪时，或附近出现雷击大地、树木、山岩或其它建筑物时，雷电流都会产生强烈的电磁辐射干扰。设计对此干扰的防护也是防雷工程中的重要组成部分。 （7） 避雷针引下线要安装在行人不易接近的地方，否则就要对引下线采用绝缘的防护方法，防止接触电压对人身的伤害。 （8） 接地网的设计应避开行人通过的地区和道路，如果无法避开，就要在此道路上采用绝缘措施，以防跨步电压对人们的伤害。 参考文献 1、梅忠恕，感应雷的生成机制、幅值大小及防护，《中国防雷》2006年第一期。 2、梅忠恕，雷电冲击电压下接地装置的电压升高和反击。 3、梅忠恕，雷电冲击电压下接地装置的电压分布不均。 4、虞昊，2001年首都机场直击雷灾事故追踪。 5、梅忠恕，未接地的水泥预制板是雷电的帮凶和杀手，《中国防雷》杂志2007年第三、四期 6、梅忠恕，雷害事件调查分析中的科学方法，《中国防雷》杂志2007年第三、四期 7、梅忠恕，通信基站防雷保护四要点，《中国防雷》杂志2008年第二期 作者简介：梅忠恕，教授级高级工程师，1962年清华大学高电压专业毕业， 1983~1985年公派赴加拿大魁北克水电研究院进修，一直从事高电压及防雷保护的试验和科研工作。退休前任云南省电力试验研究所（现云南电力试验研究院）副总工程师。在国内外发表论文百余篇。 地址：昆明市东风东路东风巷14号 邮编：650051 Email:mzhshu@gmail.com 电话：0871-3185891，手机：15925109582