课程名称:雷电的基本理论
第三节雷电活动及雷击的选择性
1、雷电活动及雷电活动日
雷电活动从季节来讲以夏季最活跃,冬季最少,从地区分布来讲是赤道附近最活跃,随纬度升高而减少,极地最少。
评价某一地区雷电活动的强弱,显常用两种方法。其中一种是习惯使用的“雷电日” ,即以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来
表
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示该地区的雷电活动强弱,雷电日的天数越多,表示该地区雷电活动越强,反之则越弱。我国平均雷电日的分布,大致可以划分为四个区域,西北地区一般15日以下;长江以北大部分地区(包括东北)平均雷电日在15—40日之间;长江以南地区平均雷电日达40日以上;北纬23°以南地区平均雷电日达80日。广东的雷州半岛地区及海南省,是我国雷电活动最剧烈的地区,年平均雷电日高达120--130日。总的来说,我国是雷电活动很强的国家。图1.17表示我国雷电日分布的情况。
因为人们耳朵能听到的雷声,一般距离只能在15km左右,更远的雷声一般就听不到了,所以雷电日只能反映局部地区雷电活动情况。
还代一些科学一家认为用雷电日表征一个地区雷电活动不够准确,因为一天当中听到一次雷声就算一个雷电日,而一次当中听到1000次雷声也算一个雷电日,并且认为测试地区以1000k㎡范围内发生的闪击次数来统计,这样就得出一种新的评价雷电活动的方法,叫雷的频闪数。也就是说雷闪频数是1000k㎡内一年共发生的闪击数(也可以用每1k㎡一年内雷击次数为单位)。显然以1000k㎡作为一个地区单位来评价雷电活动的情况,对航空、航海、气象、通信等现代技术更为适合。然而它的测试方法只能借助于无线电,用耳朵来听是无能为力的。而对于建筑行业防雷,用雷电日单位己足够准确,并且大量观测统计资料表明,一个地区的雷闪频数与雷电话动日成线性关系,所以两种统计方法是没有矛盾的。
2、雷击的选择
年平均雷电日这一数字只能给人们提供概略的情况。事实上,既使在同一地区内,雷电活动也有所不同,有些局部地区,雷击要比邻近地区多得多。如广州的沙河,北京的十三陵等地。我们称这些地方为该地区的“雷去区” 。
雷击区与地质结构有关。苏联H﹒C﹒斯捷柯里尼科夫(CTehojhkob)曾用模拟试验的研究方法证明,派果地面土壤电阻率的分布不均匀,则在电阻率特别小的地区,雷击的几率较大。这就是在同一区域内雷击分布还是不均匀的原因。
这种现象我们称之为“雷击选择性” 。图1.18表示雷击选择性的模型。试验结果证明,雷击位置经常在土壤电阻率较小的土壤上,而电阻率较大的多岩石土壤被击中的机会很小。这是因为在雷电先驱放电阶
段中,地中的电导电流主要是沿着电阻率较小的路径流通,使地面电阻率较小的区域被感应而积累了大量与雷云相反的异性电荷,雷电自然就朝这些地区发展。
根据H。那林达(Norinder),O.沙卡(Salka)和上面提到的H.C.斯捷柯尼科夫的试验结果和实际调查资料证明:
土壤电阻率较大的山区和平原,雷电选择性都比较明显;雷击经常发生在有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、山坡与稻田接壤的地上和具有不同电阻率土壤的交界地段。
在湖沼、低洼地区和地下水位高的地方也容易遭受雷击。此外地面上的设施情况,也是影响雷击选择性的重要因素。
当放电通道发展到离地面不远的空中时,电场受地面物体影响而发生畸变。如果地面上有一座较高的尖顶建筑物,例如一座很高的铁塔,由于这些建筑物的尖顶具有较大的电场强度,雷电先驱自然会被吸引向这些建筑物,如图1.19所示,这就是高耸突出的建筑物容易遭受雷击的缘故。
在旷野,即使建筑物并不高,但是由于它是比较孤立、突出,因此也比较容易遭受雷击。调查结果表明,在田野里供休息的凉亭、草棚、水车棚等遭受雷击的事故是很多的。
从烟囱冒出的热气柱和烟囱常含有大量导电微粒和游离分子气团,它们比一般空气易于导电,这就等于加高了烟囱的高度,这也是烟囱易于遭受雷击的原因之一。因此,在一支较高的烟囱附近,如果有一支较低的烟囱,在高烟囱不冒烟而低烟囱冒烟的情况下,雷电往往直接击在低烟囱上。所以在高低两条烟囱并排时,即使低烟囱在高烟囱雷电保护范围之内,但仍然要求两条烟囱都要装避雷装置。
建筑的结构、内部设备情况和状态,对雷击选择性都有很大关系。金属结构的建筑物、内部有大型金属体的厂房,或者内部经常潮湿的房屋,如牲畜棚等,由于具有很好的导电性,都比较容易遭受雷击。
上面所谈到的这些雷电选择性,仅仅是一些常见的例子,很不全面,但它已经给我们提供了雷击选择性的资料,因而对防雷工作有重要的意义。据此我们可以决定哪些地区、哪些建筑物应该加避雷装置,而另一些地区、建筑物在防雷投资上可以少花一些或甚至不必花费投资。
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