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第10章 雷灾

一、雷暴

雷暴是积雨云云中、云间或云地之间产生的放电现象。往往雷鸣电闪,有时也可只闻雷声,是一种中小尺度的强对流天气系统。主要发生于暖气团内、锋面前后、热低压内、气旋暖区、副热带高压西北部和台风区等。强雷暴常伴有大风、冰雹、龙卷风、暴雨和雷击等。在我国,南方的雷暴日数多于北方,山区多于平原,夏季多于冬季。出现时间以下午为多,有时夜间因云顶辐射冷却,云层内温度层结变得很不稳定,云块翻滚,也能出现雷暴,即夜雷暴。产生雷暴天气系统的主要条件是大气层结不稳定。对流层中、上部为干冷平流,下部为暖湿平流,最易生成强雷暴。

二、雷电

雷电是大气中的一种自然现象,大气不完全呈分子或原子状态,经常是带电的,正负电荷之间的放电现象,就形成了闪电,并发出雷声。由于光速很快、约每秒30多万公里,而声速每秒只有300多米,所以我们一般先看到闪电,后闻到雷声。每一次雷暴雷电所产生的电压可高达几万伏,甚至几十万伏。然而,地球所带的电荷高达50万库仑以上,整个地球表面所含的电荷均是负电荷,所以,雷电很容易接触到地表面,雷电与地面间就形成一个通道电流回路,此通道电流极大,平均可达几万安培。而且通道直径甚微,只有几平方厘米到几十平方厘米,这样空气柱必然被烧得炽白。雷电时的温度高达摄氏2万度以上,所以,常见的闪电颜色是白的。若人或牲畜恰巧处在雷电通道电流内,就无疑会被击伤击死。加之上万度高的温度短时猛烧,所以,往往被雷电击死的人身上出现一片片焦煳斑迹。那么,为什么受害人的衣服未燃烧呢?这是因为一次雷击时间仅有百分之几秒,衣服在这么短的时间内是不可能燃烧的。又因雷电通道电流范围很小很小,可一个人的一只脚所站的面积至少也有近200平方厘米,这就是说一般只有一个人或一个人的半只脚底板处在雷电通道电流范围内,所以如几个人在一起,也往往只击死其中某一个人。

雷电虽然对人类有害,同时也在为人类造福。在雷电瞬间的高温高压下,可以使空气中的氮氧或氮氢化合,可以说是天然的化肥制造。

三、雷击火灾

雷击常常引起火灾,其表现通常有以下三种形式:(一)直接雷击火灾当空中带有某种电荷的雷雨云很低时,此时周围又没有异性电荷的雷雨云,这种低雷雨云就使地面上突出物体感应出异性电荷,造成雷雨云与地面突出物之间的直接放电。这种直接击在建筑物上或其他物体上的雷击称为直接雷击。这种雷击的破坏作用一是它的热效应,引起物质燃烧;二是它的机械效应,能摧毁建筑物或其他物体;它还能引起高电压冲击波,使电气设备的绝缘被击穿,造成人员伤亡事故,这是最常见的雷击火灾。

北京古代木塔被烧毁就与雷击有关。明初时北京至少还有七座木塔,然而弹指五百年间,这些木塔一无所存。1987年5月31日,湖北武当山金顶遭雷击起火,6名道人受重伤……1979年3月30日,南京炼油厂318号储油罐直接遭雷击,罐顶被击穿,烧毁原油860吨,损失26万余元。孔庙共发生过四次重大火灾,其中有两次是天火——雷击引起的火灾,这两次是直接雷击火灾,现摘录二段孔庙有关火灾的文字记载:“明弘治十二年六月十六日夜子时,雷击启圣家祖,延烧正殿,伯鱼庙、子思庙、大成门、大成殿、启圣殿、东西两庑以及洪武、永乐御制碑文并楼等共123间。”清雍正二年(公元 1724年)六月初九日申时,雷落大成殿,火势猛烈,正殿焚毁,延烧寝殿、东西两庑、大成门、启圣王殿、金丝堂,以及圣祖皇帝御碑东西两亭等”。

(二)感应雷击火灾

这种火灾是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用,使地面上的金属物件,如化工厂中的金属设备、管道、反应装置上感应出与雷雨云电荷相反的电荷,造成放电,这种雷击现象称为感应雷击。它对建筑物不起直接破坏作用,但对易燃、易爆物品聚集的场所有引起燃烧爆炸的危险。这种雷击火灾不易被人们“识破”,故更应引起重视。例如:1986年7月8日,河北省张北县油篓乡八一毛皮厂成品仓库发生一起特大火灾,烧毁房屋214平方米,皮衣类5773件,皮帽24210件,各种皮夹克652件,皮革39270.6平方米,直接经济损失978938元。经消防部门现场勘查结果确认,这次火灾就是感应雷击引起的。那天夜里,张北县遭到雷击袭击。雷雨时,产生增大的交变磁场,在磁场内的钢屋架(有的闭合,无接地)产生感应电流,电火花引燃皮革制品,导致火灾发生。

1985年7月26日,上海造纸工业公司北蔡仓库也发生过一次类似的大火灾,殃及了23个堆垛,使5600余吨各种造纸原料受灾,直接经济损失高达74万元。

当晚7时15分左右,一个落地雷正好打在该仓库上,这些造纸原料都是旧棉絮、废纸、纸浆等可燃物品,燃点最高的也不过200℃左右,用来捆扎这些原料的都是铁丝或铁皮,雷击会感应起很大的电流而又无法导出。结头处因电阻较大会产生电火花,铁丝铁皮上也会因大电流通过产生高温,使燃点不高的原料起火。

(三)球状闪电雷击火灾

这是一种特殊的闪电雷击引起的火灾。平时不多见,一旦发生,后果相当严重。1983年9月10日,上海嘉定桃浦二库发生的一次大火,把正待出口美国等地的大量麻袋、山芋干等物品烧毁,损失250万元,这就是球状闪电雷击引起的火灾。

10日凌晨,乌云滚滚,电光闪闪、雷声隆隆,风狂雨猛。3时15分时,一道蓝色的闪光划破长空,霹雳声中,一个直径约20厘米以上的火球从闪电中滚下,正好击中嘉定桃浦二库东面6条堆垛的中间。火球在堆垛间隙中滚动,不久就见到燃起熊熊大火。这种“火球”非同一闪即逝的一般闪电,它能延续一段时间,引起物质燃烧的可能性也较大。

球状闪电为什么会这么大的破坏力?据分析,小火球的能量约为4×12焦耳,近似万千卡热量,其温度可高达几千摄氏度以上,就是下着倾盆大雨,雨水碰到它也顿时化作水汽。这样高温度的火球,击中麻袋、山芋干堆垛,烧穿油布,引起堆垛中麻袋、山芋干燃烧,就不足为奇了。

四、感应雷

雷电引起的雷击是夏季常见的一种自然现象。自然界中的雷击有直接雷击和感应雷击两类,直接雷击声光并发,咄咄逼人,老幼皆知。而感应雷击悄悄发生,不易察觉,后果严重。

直接雷击与感应雷击破坏的对象不同,前者主要击坏放电通路上的建筑物、输电线,击死击伤人畜等,后者主要破坏电子设备。如:1992年4月27日,南昌江西医科大学遭感应雷击,160门程控电话有120门被毁。同天,江西财经管理学院200门程控电话全部被毁;1992年5月1日,长沙湖南广播电视大学200门程控电话、6台计算机和多台彩电因感应雷击被毁,损失100多万元;1992年6月22日,北京国家气象中心计算机室遭感应雷击,大型和小型计算机网络中断,多台计算机接口被破坏,计算机系统工作中断46小时,经济损失20多万元;1993年4月21日,第一届东亚运动会前夕,上海奥林匹克俱乐部大楼遭感应雷击,楼内控制程控电话的电脑被破坏,损失数万元。

感应雷击是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应作用,使建筑物上的金属物件,如管道、钢筋、电线、反应装置等感应出与雷雨云电荷相反的电荷,造成放电所引起。一台电子设备招引感应雷击的通道主要有4条:①天线、馈线引入;②电源线路引入;③信号线路引入。信号线路的种类很多,高频信号传输线路、程控电话线路、电脑数据处理线路等等都可能引入强大的雷电信号而击坏电子设备;④接地线路引入。

对于建筑物中电子设备群体来说,引入感应雷的通道主要有六条:①建筑物中一切电子设备的天线、馈线、电源线、信号线、接地线都是建筑物的进雷通道;②出入建筑物中各种电源线路及建筑物内部“长”距离信号线路;③具有公共接地的建筑物中的一切金属管道,在直接雷电流流经其上时,其周围产生的磁场涡流在金属表面感应出来的雷电冲击波;④雷电放电时,在金属表面感应出来的雷电冲击波;⑤直接雷击落雷点建筑物的雷电高位冲击;⑥直接雷击落雷点建筑物的雷电反冲电流。这种电流可通过相邻建筑物的接地线路进入其电子设备,使电子设备的机壳和机芯之间产生放电现象而损坏。

200多年前富兰克林发明的“避雷针”防避“直接雷击”具有盖世之功,而防避“感应雷击”却无能为力。因为,当时没有什么电子设备,感应雷击的现象不明显,防避直接雷击就足够了。而现代社会,电子设备大量应用,感应雷击的危害日益严重,仅依靠“避雷针”防雷已远远不能满足社会的需求。防雷专家们也早已认识到这一问题的严重性,并进行了一系列防避感应雷击的试验和研究。

我国成都中光高科技研究所就是专门研究防避感应雷击的一个机构,近年已研制了天线馈线、信号、电源3大系列42种电子避雷器,能有效地保护大、中、小功率通讯和电视设备、微波通讯和雷达及导航等专用设备、铁道设备、卫星站等设备、共用天线及家电、程控电话、电脑、电源等设备不遭感应雷击,并已投入业务应用。现在全国范围内的很多相关单位都安置了这些避雷设备,从而更好地保障了各种电子设备安全,减轻了雷击带来的损害。

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