雷电与国民经济的发展

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　　雷电是一种自然现象、一般认为雷电是由于大气的相对运动，摩擦而使云带电，一定条件下带正负电的云层之间和带电的云和大地之间产生放电，就形成了雷电。云与云之间的放电除了对飞行物和无线通讯有一定影响外，对地面的建筑物和人畜的安全基本没有影响。而云对地放电（包括对地面建筑物）对人类的影响是巨大的。雷电本身是电荷的流动，一次雷电过程流动的电荷总量是不大的（多的也大有几百库仑），但是因为时间极为短暂其电流值（特别是高峰值）是非常大的，人类测量到的最大的雷电流可达105安培级。 　　雷云对地的电位也很高，可达数十万伏，雷电放电时瞬时功率也很大，比世界上任何一个发电站的功率还要大。雷电发生时同时伴随有闪光和声音。 一、雷电的危害 　　自然大气现象中，大概只有雷电对人类是有百害而无一利的。先辈们曾经尝试过将雷电的能量储存起来和雷击时生成氮肥加以利用，后来发现尽管雷电瞬时电压和电流和功率都很大，但是能量很小，（只相当于100度电的能量）无利用价值。 　　但是雷电对地面的建筑物和设施及人畜的危害是很大的。 　　从机理上来讲，雷电对建筑物和设施的危害主要是电效应和热效应。电效应是将建筑物和设施中的电气设备的绝缘击穿致使设备不能正常工作有时也会产生次生危害，造成设备的严重损坏；热效应主要是雷电流流过时的焦耳热，它可以将物体破坏，也会产生一些次生危害，如雷电流流过树干时，树内的水份迅速加热汽化，故有雷可以将大树劈成两半。雷对人的危害是电和热效应的综合作用，雷电流流过心脏时致死是电效应，而引起肢体烧伤的往往是热效应。 二、雷害对国民经济的影响 　　人们对雷电的认识是逐步深化的，也是随着人类文明的建设逐步深化的，雷害对国民经济的影响主要是对设施的损坏和对人畜的伤害。 　　1．雷电击中飞行器，可使飞行器仪表和控制系统损坏而发生事故。 　　2．雷电击中架空输电线路，可以使绝缘闪络引起线路跳闸而造成大面积停电，雷电传到变电站可以使变压器等设备损坏，造成大面积停电事故。 　　3．雷电击中易燃易爆物或击中其附近可以引起火灾或爆炸，如黄岛油库爆炸、森林火灾和有害物质的泄漏等。 　　4．雷电产生的电磁波在导体的感应电压和在封闭线圈上和感应电流可能导致被控制设备误动。小的可以使汽车防盗蜂鸣器动作，大的可以引爆核设施。 　　5．雷电击中建筑物可以直接损坏建筑物，清东陵顺治陵前门楼有曾被雷电削去一角的记载，至今修补痕迹清晰。 　　6．雷电击中建筑物后，一定条件可以使楼内的电子设备、设施损坏。近年来已有多处报道重要部门计算机网络遭雷而损坏。 　　7．雷电击中人畜和人畜在雷击区附近因为雷电流直接流过人畜或者人畜的肢体部分处于不同电位而被伤害。 　　雷电对国民经济的损失是巨大的，对人畜的伤害在多雷地区也是常见的事。 三、雷害的防护 　　对雷害的防护是人类与自然现象斗争的一个重要部分。人类对雷电的认识和对雷电的防护是一个从必然王国向自由王国过渡的过程。 　　1. 对雷电认识 　　人类对雷电认识，已经基本掌握了的包括： 　　地面落雷密度　指单位面积（一般 1平方公里）每年的落雷数； 　　雷电的极性分布，指正负雷的概率； 　　雷电流幅值的分布规律； 　　雷的多重性，指第一个雷云放电后可能引起有一定时间间隔的多次放电； 　　雷电流和雷电压的波形； 　　雷电的速度； 　　雷电日，指一年在某观察区有多少天发生过雷电； 　　雷电的形成机理； 　　雷电的活动规律等等。 　　从人们用肉眼、耳朵去看、听雷到用磁钢棒等仪器来测量雷，近年来采用气象雷达观察雷，用雷电定位系统来确定落雷点和雷的有关参数，随着科技进步人类对雷电的认识将会不断的深化。 　　2．对雷电的防护 　　防护是随着人们对雷电的认识的不断深化而不断完善的，其中最伟大的发明莫过于避雷针，避雷针就是将雷引到自己身上，在其附近的一定范围内的物体可以免遭雷击。很多学者希望给它改名，认为名不符实，容易引起误解等等。这表明越来越多的学者关心雷电，研究雷电。但不管怎么说直到航天飞机和网络时代的今天，避雷针还是一些地面设施的防雷主要设备，例如电力系统中的变电站的直击雷防护，主要用避雷针，而且效果明显，我国尚无雷直击变电站而导致设备损坏而造成事故的记录。与之有相同防护机理的还有避雷线带等等。 　　雷电防护的另一类就是避雷器，其工作原理是将雷电的能量（电流）引到自身，减少被保护设备上流过的电流，这是目前雷电防护的一个主要设备，这在电工学属于分流的范畴。雷电的防护方法还有隔离，让雷电的波形变缓等方法。 　　而为了保护位于雷电通道附近电磁场中的设备，主要措施是减少感应电压和电流和减少设备所在区的电磁场。有时也可以采用避雷器、隔离和等电位等办法。 　　当然上述防护方法来源于人类对雷击中物体、雷电在物体中的传布过程，它的幅值、波形的变化；雷击后通道周围的电磁场分布规律研究中。 　　这种规律的掌握不再是定性分析，有的已经可以计算出定量的数值，比方说一个建筑物可以计算出每年的遭雷数，一个输电线一年遭几次雷，由此引起多少次跳闸，出于技术经济比较人类还是将某些设备留有一定的雷电引起故障的概率（这不是指因为防护失误而带的故障）。应该说在上世纪八十年代前的一个相当长的时期里，人类的雷电防护基本上满足了当时社会生活的需要。 四、雷电防护的新任务 　　近十五年来人类的社会生活发生了很大变化，其主要特征是计算机和网络进入了人们的日常生活，人类告别和正在告别“勤笔免思”的时代，从电气上来说非常脆弱的芯片，取代了很大一部分的脑力劳动，部分已经完成了人类智力无法完成的工作，当然有的尚不能取代人类的脑力劳动。人类的社会生活对现代文明的依赖也越来越多，而现代文明似乎又很脆弱。一些传统工业如铁路、电力也在被计算机和网络在改造。从一个角度业看，人类社会活动、国民经济生产越来越受制于计算机和网络的安全运行的程度。 　　不要说雷电直接击中，就是雷电通道附的电磁场亦足够破坏计算机和网络的安全运行了。尽管以前亦有类似弱电设备的防雷问题，但当时要求的可靠性不高，计算机和网络对社会公众和国民经济生产的影响也不大。应该说有关机理和防护措施的研究是不够好的。对弱电设备的雷电防护是当时雷电防护的一个新任务。在对弱电设备的雷电防护中特别要加强绝缘配合的研究，要弄清楚侵入的电压和电流的大小，通过防护设备后还有多大电压和电流侵入被保护的设备，被保护的设备耐受能力有多大，有多大的安全裕度，只有这样做才能“有的放矢”。 五、做好雷电防护工作 　　国家对雷电防护工作是非常重视的，新中国成立的五十多年来各政府部门组织下广大工程技术人员和科学家做了大量工作，基本解决各行各业的防雷问题， 1999年中华人民共和国气象法的实施使我国的防雷工作进入了法制化的新的发展阶段，成立了全国雷电防护标准化技术委员会，各省相继成立了防雷中心，加强雷电防护技术标准的建设和对防雷工程设计、施工的规范管理和防雷产品的检测工作，扩大了雷电防护工作者了队伍，提高了雷电防护的水平和效果。加强了与国际防雷界的系统和交流，我国的防雷产品企业迅速发展并逐步与国际接轨。社会各界和广大群众对雷电防护的重要性的认识得到加强。但是正如本文所述，雷害不断发生，虽然没有发生像2003年8月美国、加拿大大停电那样事故，但也足以说对国民经济的危害了。因此雷电防护应该列入国民经济的发展计划，应该加强国家和各行各业对雷电防护的投入。广大雷电防护工作者应该团结一致、埋头苦干、以国家和民族的利益为重做好雷电防护工作。 雷电是可以防护的、是可以大事化小、小事化无的。