“剩磁法”雷電災(zāi)害定量檢測鑒定技術(shù)的研究和應(yīng)用

1、“剩磁法”雷電災(zāi)害定量檢測鑒定技術(shù)的研究和應(yīng)用摘 要：應(yīng)用“剩磁法”定量檢測技術(shù)對雷電災(zāi)害及其現(xiàn)場進行勘查、鑒定和評估，為防雷 設(shè)施的有效性評定提供定量的技術(shù)指標(biāo)和定性的判定依據(jù)。關(guān)鍵詞：雷電災(zāi)害；剩磁法；量化指標(biāo)；判定依據(jù)引言云南是全國雷暴最多的地區(qū)之一，西雙版納的劭胎縣是中國的雷都，云南特殊的地理位 置-低緯高原，一年四季均有雷暴，每年因雷電災(zāi)害造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失較為嚴(yán)重。 雷電災(zāi)害的物理機制及防御問題一直為人們所關(guān)注，因此研究和應(yīng)用科學(xué)的檢測技術(shù)方法做 好雷擊現(xiàn)場的勘察，深入分析雷擊成因，加強對雷電災(zāi)害發(fā)生機理和防御技術(shù)的研究是防雷 減災(zāi)的一項重要工作。制定科學(xué)的防雷預(yù)案，采取有效

2、的防御措施，減少雷擊災(zāi)害，維護公 共安全，促進經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展，是防雷減災(zāi)工作的重要組成部分。1雷電災(zāi)害及特點雷電災(zāi)害通常指：因大氣放電產(chǎn)生直擊雷、雷電感應(yīng)對各種fi標(biāo)物所產(chǎn)生的物理效應(yīng)而 造成的直接危害和間接危害。隨著全球氣候變暖，極端氣象事件增多。云南雷電災(zāi)害的特點及英彫響與以往相比有 一定的變化，主要表現(xiàn)為：（1）雷電災(zāi)害的受災(zāi)面在不斷擴大，涉及領(lǐng)域不斷增多，造成的危害和損失增大，從 電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領(lǐng)域擴展到幾乎所有行業(yè)，特別是與高新技術(shù)關(guān)系最為密切的領(lǐng)域, 如：通信、計算機、信息網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)。（2）雷電災(zāi)害的空間范圍擴大了，從二維空間侵入變?yōu)槿S空間侵入，從閃電直擊和 過電壓波沿

3、線路傳輸，變?yōu)榭臻g閃電脈沖電磁場，從三維空間侵入到任何角落，無孔不入地造成災(zāi)害。（3）雷擊火災(zāi)和雷擊傷亡事件大部分發(fā)生在農(nóng)村空曠的野，低矮的建筑物、樹木、 人、畜都成為雷擊的目標(biāo)，圖1玉溪通海秀山公園百年古樹遭雷擊農(nóng)村防雷形勢嚴(yán)峻。據(jù)不完全統(tǒng)計：2004年全省共發(fā)生重大雷擊災(zāi)害事故592起，其中造成供電故障197 起，人員死亡126人，傷88人，電子、電器設(shè)備受損2745臺（套），牲畜死亡121頭（只）， 直接和間接經(jīng)濟損失8900萬元。僅2004年3至12月，昆明市及縣、區(qū)發(fā)生多起電子、電 器設(shè)備遭雷擊事故，昆明勝利堂、碧雞坊這些具有城市標(biāo)志性特征的低矮古建筑物均遭雷擊, 成為媒體和社會關(guān)注

4、的熱點，通海秀山公園（見圖1）、西山森林公園、屮科院植物研究所 的古樹多次遭雷擊，古建筑物受損嚴(yán)重。農(nóng)村人員遭雷擊傷亡事件頻頻發(fā)生。這些災(zāi)情的出 現(xiàn)引發(fā)了我們對古建筑物和農(nóng)村防雷工作的思考。因此，根據(jù)雷電災(zāi)害出現(xiàn)的新情況、新問題，我們必須更新傳統(tǒng)的防雷理念，站在新的 高度來認(rèn)識和研究雷電災(zāi)害。2 雷電災(zāi)害調(diào)查、鑒定和評估工作的重要性雷電災(zāi)害的調(diào)查、鑒定和評估是國家防雷減災(zāi)管理辦法賦予氣象防雷主管機構(gòu)的工 作職責(zé)，也是防雷減災(zāi)工作的重要組成部分。由于雷電所具有的隨機性、瞬變性、突發(fā)性特 征很強，而復(fù)現(xiàn)性很差，而雷災(zāi)現(xiàn)場確可為防雷工作者提供直觀、生動、觸目驚心的第一手 視覺資料。因此，做好雷擊災(zāi)情

5、勘察，學(xué)握本行政區(qū)域雷電活動的基本現(xiàn)狀、特征和規(guī)律性, 為我們深入分析雷擊成因、研究和制定科學(xué)的防雷預(yù)案，為大型、重點建設(shè)工程、爆炸危險 壞境等建設(shè)項目的雷擊風(fēng)險評估、確保公共安全提供了有力的技術(shù)支持。雷擊災(zāi)情分析加深 了我們對雷電學(xué)原理、防雷技術(shù)規(guī)范的研究，為科學(xué)、合理、有效地利用雷電信息資源、加 強防雷科普知識宣傳，提高公眾防雷減災(zāi)意識，推進防雷減災(zāi)事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展作了良好 鋪墊。3雷電災(zāi)害調(diào)查鑒定工作中存在的問題及解決方法（1）現(xiàn)狀及存在的問題目前對雷擊現(xiàn)場的勘查是根據(jù)現(xiàn)場遺留物的物理特征，視其有無破損、過電流燒蝕、熔 化、熔珠等痕跡來判定該目標(biāo)物是否遭過雷擊。而大量的雷災(zāi)現(xiàn)場是沒有任

6、何痕跡的，特別 是在一些無任何防雷設(shè)施的現(xiàn)場，常規(guī)檢測方法無從適應(yīng)。因此，對雷擊災(zāi)情的鑒定只能根 據(jù)物理特征憑經(jīng)驗判定，沒有科學(xué)的技術(shù)方法、儀器進行量化技術(shù)指標(biāo)的測定，判據(jù)不充分, 憑經(jīng)驗，主觀隨意性強。特別是在一些特殊的雷擊現(xiàn)場勘查、鑒定工作就顯得很茫然，有些 特殊雷擊案例的鑒定結(jié)論，是否經(jīng)得起歷史的檢驗，值得我們深思。（2）解決方法為解決雷電災(zāi)害調(diào)查鑒定工作屮所面臨的上述問題，拓展防雷減災(zāi)的服務(wù)領(lǐng)域，切實履 行防雷減災(zāi)的工作職責(zé)，為此，我查閱大量技術(shù)文獻、資料，努力探索和研究新的檢測技術(shù)、 方法和原理，尋求有效的檢測手段。通過近4年來對數(shù)十起雷擊現(xiàn)場勘查、對比試驗檢測, 掌握了應(yīng)用“剩磁法

7、”檢測技術(shù)，鑒定雷擊災(zāi)害的技術(shù)原理和方法，并從幾十起不同類別的 雷災(zāi)事故現(xiàn)場屮總結(jié)出各種檢測數(shù)據(jù)，為雷擊災(zāi)情現(xiàn)場勘察分析、鑒定提供了量化的指標(biāo)和 參數(shù)，填補了云南省防雷減災(zāi)工作在該領(lǐng)域的空白，充實了雷電災(zāi)害現(xiàn)場勘察、檢測的技術(shù) 內(nèi)涵，該項技術(shù)的應(yīng)用，為我省雷擊災(zāi)情鑒定及雷擊風(fēng)險評估拓展了廣闊的服務(wù)空間。4 “剩磁法”的基本原理（1）電流的磁效應(yīng)通電導(dǎo)體周圍存在著磁場，也就是說電荷移動時，它周圍的空間就會產(chǎn)生磁現(xiàn)象一一電 流的磁效應(yīng)。在電流通過的路徑周圍產(chǎn)生的磁場，使處于磁場屮的鐵磁體受到磁化作用，當(dāng) 磁場退出后，鐵磁性物質(zhì)仍保持一定磁性一一剩磁。這種存在于鐵磁性材料中的剩磁既看不 到、摸不著也

8、嗅不出，但卻可以用儀器檢測到它的存在和量值的大小。處于磁場中的鐵磁體 被磁化，保持磁性的大小與雷電流和磁場的強度有關(guān)，通常導(dǎo)線中的電流在正常狀態(tài)下，雖 然也會產(chǎn)生磁場，但其強度小，留在鐵磁體上的剩磁也有限，通常為0.20.4mt之間。當(dāng) 線路發(fā)生短路或有雷電流經(jīng)過時將會產(chǎn)生異常大的電流，從而出現(xiàn)相當(dāng)強度的磁場，鐵磁體 也隨之受到強磁化作用，保持較大的磁性。剩磁法就是對大電流產(chǎn)生的磁場使周圍鐵磁性物 質(zhì)磁化，并在電流消失后仍能保留一定磁性這一特定物理現(xiàn)象的判定方法。（2）雷電流剩磁雷擊產(chǎn)生強大的閃電電流引起電磁場、光幅射等物理效應(yīng)，這正是我們用于探測和研究 雷電形成機制的有效信息。雷電流剩磁數(shù)值

9、高低不一，在實際現(xiàn)場中比較適于作定性判斷。 根據(jù)實驗和現(xiàn)場實測，剩磁量的大小與雷電流強度成正比關(guān)系。一般鐵釘?shù)氖４艦?.7mt、 鐵桶的剩磁為1.2mt,當(dāng)避雷針上流過20ka電流時，避雷針上的預(yù)埋支架、u型卡子等鐵 附件(螺釘、螺母除外)將被磁化到2.()3.0mt,雷電流垂直通過lx2m的鐵板平面，也 使鐵板四角產(chǎn)生2.03.0mt的剩磁。但是避雷針端部的剩磁卻比較低 只有約0.6l.omt, 處于雷電通道的雜散、鐵件、鋼筋、金屬管道剩磁數(shù)據(jù)均在1.5lo.omt之間，上述數(shù)據(jù)為 實驗和雷災(zāi)現(xiàn)場檢測所得，可作判定參考使用。此項技術(shù)可用于測定：%1 引下線至接地體的泄流情況；%1 雷擊現(xiàn)場遺

10、留物的提取及檢測分析；%1 雷電科研，如：對雷電成災(zāi)規(guī)律的研究，對防雷器件有效性的測試等；%1 為雷電災(zāi)害的調(diào)查、鑒定提供量化的技術(shù)指標(biāo)和定性的判定依據(jù)。5 “剩磁法”雷擊災(zāi)害定量檢測鑒定技術(shù)應(yīng)用實例任何科學(xué)結(jié)論都是建立在科學(xué)實驗和檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。應(yīng)用“剩磁法”檢測技術(shù)為雷 電災(zāi)害的鑒定提供了有效的途徑。筆者帶領(lǐng)有關(guān)科技人員，對本行政區(qū)域內(nèi)的不同類別、不 同季節(jié)的建筑物、樹木、戶外作業(yè)人員傷亡、雷擊火災(zāi)、避雷針被雷擊等數(shù)十起雷擊災(zāi)情現(xiàn) 場進行了現(xiàn)場勘查和實驗檢測，其結(jié)果為雷擊災(zāi)情分析、鑒定以及防雷設(shè)施的有效性評定提 供了量化指標(biāo)，驗證了采用“剩磁法”檢測技術(shù)的有效性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性。(1)昆

11、明市公安消防特勤大隊警犬基地雷擊現(xiàn)場勘查2000年9月13日晚7點30分左右，位于安寧市罐裝鐵路一處的昆明市消防支隊農(nóng)副 業(yè)生產(chǎn)基地附近發(fā)生強雷暴天氣，4名士兵在犬舍工作時，突然一道閃電劃破長空，并伴隨 強烈的震撼聲，強烈的聲響使他們的耳朵有明顯的不適感，同時身體背部有擠壓感。此次雷 擊造成其中一人住院一周，一只種犬被震昏，供電線路10電纜線被雷擊擊斷，日光燈、 照明燈、配電箱、電表等被雷擊損。經(jīng)濟損失近萬元。此次遭雷擊的辦公樓為二層磚混結(jié)構(gòu)，犬舍為磚混結(jié)構(gòu)的平房，無任何直擊雷和雷電感 應(yīng)防護設(shè)施，應(yīng)用常規(guī)檢測方法，很難找到測試點。應(yīng)用剩磁法檢測技術(shù)，通過對遺留物提 取檢測，并對各擊損物逐一進

12、行檢測其剩磁量，犬舍、辦公樓、配電室、配電箱、變壓器引 下線等區(qū)位，剩磁量為2.8mt,電源線截血、金屬導(dǎo)線有明顯的金屬熔點和熔珠，從測定的 量化指標(biāo)和物理特征分析，這是一起典型的雷擊過電壓引起的雷擊事故。（2）易燃易爆場所一安寧油庫避雷設(shè)施檢測安寧油庫位于安寧市以西3公里的一個山坡地帶，整個庫區(qū)共設(shè)置六支15m高的避雷 針保護庫區(qū)的油罐和其它設(shè)施。在常規(guī)檢測中發(fā)現(xiàn)1#避雷針接地電阻超標(biāo)，進一步檢查發(fā) 現(xiàn)，該避雷針引下線采用16mm由9根2mm的鋼絞線絞合而成，在引下線與接地體連 接處（地表下20cm處），我們驚奇地發(fā)現(xiàn)引下線有明顯的金屬凹槽和熔跡。連接點呈針尖 對接狀，雷電流燒蝕、過電流特征

13、十分明顯，通過剩磁檢測：避雷針引下線剩磁量為6.4mt 雷擊特征顯著，測試結(jié)果表明避雷針起到了接閃作用，雷電流沿引下線至接地體得到了有效 的泄放，避雷針保護了庫區(qū)設(shè)施及人員的安全，同吋解除了人們對避雷設(shè)施的疑惑和爭議。（3）雷擊傷亡現(xiàn)場的勘查2004年4月27日下午4時左右，位于昆明市尋甸縣金所鄉(xiāng)栽開村的村民司存良、男、 37歲在麥田勞作時遭雷擊身亡。發(fā)現(xiàn)死者皮帶金屬扣上四角邊緣處有一燒蝕過電流的痕跡，應(yīng)用“剩磁法”檢測，在皮 帶扣轉(zhuǎn)軸上測得剩磁量為結(jié)果表明：死者是在空曠的田野和雷雨天氣中，于奔跑途中被雷擊身亡。（4）樹下避雷遭雷擊2004年7月30 0,昆明市金馬鋪鄉(xiāng)3村民在桃園里守夜，在棚

14、內(nèi)避雨遭雷擊身亡兩人, 一人重傷，見圖2。用竹桿和塑料搭建的長3m、寬2m、高2.5左右的守夜棚內(nèi)，有一塊簡易木板床，地 上有被雷擊震碎的塑料編織袋碎片，地上一片狼藉。用于支撐守夜棚的25cm的竹桿被雷 劈開，桃樹尖端樹葉有很多裂紋和孔洞，塑料布上呈受高溫變形和lcm的孔洞。在棚內(nèi)發(fā) 現(xiàn)一蚊香支架，經(jīng)檢測其剩磁量為o.8mt,在塑料棚邊緣處發(fā)現(xiàn)一直徑2.5cm,長15cm的 金屬鑿子，其外側(cè)有一明顯的過電流燒蝕亮點，經(jīng)檢測剩磁量為1.8mto圖2桃園守夜棚內(nèi)遭雷擊現(xiàn)場現(xiàn)場檢測勘查分析：守夜棚避雨的人員，是遭到直擊雷擊中竹桿產(chǎn)生強大的機械力、過 電流作用后死亡。（5）“碧雞坊”雷擊現(xiàn)場勘查（圖3

15、）2004年7月29日下午3時左右，位于昆明市城區(qū)的標(biāo)志性建筑一一“碧雞坊”上空雷 電交加，一道閃電之后隨著一聲巨響，距地而約11m的“碧雞坊”東南方約40cm左右的屋 檐翹角被雷擊斷，破碎的瓦片和水泥塊散落在近10m的地面，所幸未造成人員傷亡。2通過対雷擊點附近吊鈴及垂直和水平方向上射燈支架（l30x3扁鐵）的檢測，其剩磁 量最大值為2.4mt,沿雷擊點下方的屋檐，其量值呈遞減趨勢。結(jié)果表明，剩磁量與雷擊放 電路徑相吻合。圖3 “碧雞坊”東南角屋檐翹角遭雷擊（6）雷擊火災(zāi)現(xiàn)場勘查一罕見的冬季雷擊火災(zāi)（圖4）2004年12 fl 27 h晚9時左右，位于云南省境內(nèi)的曲靖市，師宗縣，丹鳳鎮(zhèn)，阿令

16、村 發(fā)生了一起罕見的雷擊火災(zāi)，其危害形式、破壞力度、損失情況在歷次雷擊災(zāi)情屮實屬罕見, 此次雷擊共造成全村95%的家用電器、配電設(shè)施、變壓器受損，村民李志榮家5間住房 （200m）被燒毀，直接經(jīng)濟損失20萬元左右。位于村民房后斜坡上的一棵約20m高的樹 木被雷擊劈開，其中一塊重30炮的殘骸飛出近百米。雷擊點附近村民感覺到強烈的震撼， 一老人躺在床上被掀起30cm高，有10余人出現(xiàn)短暫的昏迷，所幸沒有人員傷亡。其雷電 沿樹體至根部打開一個70cm,深60cm的洞，樹體被連根拔起，在樹根部有一剛修建的壁 厚為15cm的沼氣池被擊損，厚15cm的水泥鋼筋蓋板被擊出3m多遠，通過水泥蓋板6 圓鋼筋的剩磁量為5.7 mt,房子窗子護欄20圓鋼筋的剩磁量為4.2mt,雷擊特征十分顯 著。現(xiàn)場勘查檢測、檢查結(jié)果表明：此次雷擊火災(zāi)是因直擊雷擊屮樹木后，產(chǎn)生強大的機