做好預防措施 避免雷電對施工機械的傷害

       摘 要：每年4～9月是華南地區雷電災害的多發季節，雷電災害給人民帶來生命安全和財產損失。本文介紹雷電產生的原因，對施工機械的危害以及對雷電災害的預防方法和技術，這些方法和技術對同行在施工過程中預防雷電災害具有普遍的參考意義。
　　1　雷電的產生
　　雷電是自然界中一種常見的放電現象。關于雷電的產生有多種解釋理論，通常我們認為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及云團對地之間形成強大的電場，從而產生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負電，兩種極性不同的電荷會使云的內部或云與地之間形成強電場，瞬間劇烈放電爆發出強大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。
　　2　雷電危害的種類
　　雷擊的危害主要有三方面：第一是直擊雷。是指雷云對大地某點發生的強烈放電。它可以直接擊中設備，雷電擊中架空線，如電力線，電話線等。雷電流便沿著導線進入設備，從而造成損壞。第二是感應雷。它可以分為靜電感應及電磁感應。當帶電雷云（一般帶負電）出現在導線上空時，由于靜電感應作用,導線上束縛了大量的相反電荷。一旦雷云對某目標放電,雷云上的負電荷便瞬間消失,此時導線上的大量正電荷依然存在,并以雷電波的形式沿著導線經設備入地，引起設備損壞。當雷電流沿著導體流入大地時,由于頻率高,強度大，在導體的附近便產生很強的交變電磁場，如果設備在這個場中，便會感應出很高的電壓，以致損壞。對于靈敏的電子設備，尤需注意。第三是地電位提高。當10kA的雷電流通過下導體入地時，我們假設接地電阻為10Ω,根據歐姆定律,我們可知在入地點A處電壓為100kV。因A點與B、C、D點相連，所以這幾點電壓都為100kV。而E點接地，其電壓值為0，設備的D點與E點間有100kV的電壓差，足以將設備損壞。據有關統計表明：直擊雷的損壞僅占15%，感應雷與地電位提高的損壞占85%。目前，直擊雷造成的災害已明顯減少，而隨著城市經濟的發展，感應雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加。一般建筑物上的避雷針只能預防直擊雷，而強大的電磁場產生的感應雷和脈沖電壓卻能潛入室內危及電視、電話及聯網微機等弱電設備。
　　3　防雷的方法和技術
　　在科學技術日益發展的今天，雖然人類不可能完全控制暴烈的雷電，但是經過長期的摸索與實踐，已積累起很多有關防雷的知識和經驗，形成一系列對防雷行之有效的方法和技術。
　　（1）接閃　接閃就是讓在一定范圍內出現的閃電能量按照人們設計的通道泄放到大地中去。把一定保護范圍的閃電放電捕獲到，納入預先設計的對地泄放的合理途徑之中。避雷針是一種主動式接閃裝置，其功能就是把閃電電流引導入大地。避雷線和避雷帶是在避雷針基礎上發展起來的。采用避雷針是最首要、最基本的防雷措施。
　　（2）接地　接地就是讓已經納入防雷系統的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓,避免發生反擊。過去有些規范要求電子設備單獨接地，目的是防止電網中雜散電流或暫態電流干擾設備的正常工作。接地是防雷系統中最基礎的環節。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發揮出來。防雷接地是防雷設施安裝驗收規范中最基本的安全要求。
　　（3）均壓連接　接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至高電位，會對防雷系統周圍的尚處于地電位的導體產生旁側閃絡，并使其電位升高，進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險，最簡單的辦法是采用均壓環，將處于地電位的導體等電位連接起來，一直到接地裝置。金屬設施、電氣裝置和電子設備，如果其與防雷系統的導體，特別是接閃裝置的距離達不到規定的安全要求時，則應該用較粗的導線把它們與防雷系統進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時，所有設施立即形成一個“等電位島”，保證導電部件之間不產生有害的電位差，不發生旁側閃絡放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產生的反擊。
　　（4）分流　分流就是在一切從室外來的導線與接地線之間并聯一種適當的避雷器。當直接雷或感應雷在線路上產生的過電壓波沿著這些導線進入室內或設備時，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態，將閃電電流分流入地。分流是現代防雷技術中迅猛發展的重點，是防護各種電氣電子設備的關鍵措施。由于雷電流在分流之后，仍會有少部分沿導線進入設備，這對于不耐高壓的微電子設備來說仍是很危險的，所以對于這類設備在導線進入機殼前應進行多級分流。采用分流這一防雷措施時，應特別注意避雷器性能參數的選擇，因為附加設施的安裝或多或少地會影響系統的性能。
　　（5）屏蔽　屏蔽就是用金屬網、箔、殼、管等導體把需要保護的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設備影響的最有效方法。
　　4　雷電對施工機械的危害及預防
　　公路施工作業處在露天環境下進行。施工機械的電氣控制系統特別是微電子控制裝置受雷電直擊或雷電感應過電壓損害的幾率很大。京珠高速公路清遠段地處石灰巖山區，在雷雨季節是雷電襲擊的高發地區，每當天空中烏云密布大雨來臨時，雷電往往會對施工機械進行正面的襲擊；而有時即使在天空中沒有雨云又不下雨的情況下，感應雷也會時有發生，其產生的浪涌電壓入侵并損壞路面攤鋪機的微電控制裝置，為此，防雷工作勢在必行。
　　（1）在瀝青混合料攬拌廠場安裝避雷針裝置　由于瀝青混合料攪拌設備及其配套機械集中在一個生產廠場使用，比較容易進行集中防雷，為此，在拌和廠場安裝避雷針。避雷針的高度高于攪拌樓的最高點，達到有效的保護半徑，防止雷電對任何一臺作業機械直擊。避雷針接地要可靠，由于石灰巖山區的地質土壤比較干硬，土壤電阻值過大，所以接地網的埋設與廣珠東線的做法不盡相同。接地網的角鋼樁點埋設土坑要求1.0m深左右，角鋼在土坑內要露出20cm左右，在土坑內按比例填滿木炭和顆粒生鹽作為降阻介質，生鹽與木炭的重量比例為1:10，即1kg生鹽摻合10kg木炭，然后填土復蓋。這樣可以確保接地電阻值在4以下。當雷電襲擊時由避雷針及其引線經過接地網迅速將強大的雷電電流引入大地，防止雷電對機電系統的直擊。此外，還對瀝青混合料攪拌操作控制室進行屏蔽，做法是將操作室內微電子控制系統的工作接地、保護接地與金屬結構的控制室外殼用導體連接在一起，再通過接地引線引入地下接地網，使它們保持相等的地電位，預防靜電及雷電。
　　(2)對路面攤鋪機械電氣控制裝置裝設過電壓保護器　由于路面攤鋪機械是隨時移動作業的，不可能集中避雷，而處在露天環境下的移動機械電氣控制裝置最容易受感應雷浪涌電壓的入侵，例如瀝青瀝青攤鋪機控制路面平整度和控制機械定位的壓力傳感器等就深受其害。為了保護這些控制靈敏度極高的機械微電子控制裝置免遭感應雷浪涌電壓入侵損毀，根據每臺機械控制裝置的不同構造特點，對其裝設過電壓保護器。
　　5　結束語
　　雷電災害對機械電氣控制裝置特別是微電子裝置的侵害是一種常見的自然災害，為避免雷電對其侵害，應根據機械電氣控制設備的不同構造特點而采用不同的防雷方法。只要合理地選用防雷設備，應定期由專業防雷公司檢測防雷設施，評估防雷設施是否符合國家規范要求，施工項目應設立防范雷電災害責任人，負責防雷安全工作，建立各項防雷安全工作，建立各項防雷設施的定期檢測，雷雨后的檢查和日常的維護。施工單位在防雷設施的設計和建設時，應根據地質、土壤、氣象、環境、被保護物的特點，雷電活動規律等因素綜合考慮，采用安全可靠、技術先進、經濟合理的設計施工。就會大大降低雷電災害帶來的損失。