防雷技术

雷击人身伤害与防雷知识要点----梅忠恕


雷击人身伤害与防雷知识要点
梅忠恕
（昆雷电力科学研究所，昆明650051）

摘要：本文从直击雷发生和发展的过程，分析和介绍了各种雷害事故的类型与特征，以利于人们在雷击条件下保护自身的安全。
关键词：直接雷击，雷击伤害，雷电感应电流，雷电感应电压，电容分压，旁侧闪击，接触电压，跨步电压
1、 前言
我国地大物博，雷害事故频发，每年都有数以千计的人们遭雷击伤亡，其中死亡数百例。在我们加强对建筑物和各种工业设施的防雷保护的时候，我们还应充分注意对人，对我们自身的防雷保护。学习和了解起码的雷电和防雷知识对每个人来说都是必须的。本文旨在帮助大家认识雷害事故的发生条件，并学习必要的自我防雷保护知识。

2、 雷击伤害事件的概率
雷击伤害事件是我们生活中常听说和常遇到的事件。尤其在我们现代社会，一方面我们对防灾减灾越来越重视，另一方面，社会信息的传播也极为迅速，那里出现了雷击伤害事件，社会新闻媒体就立即报导开来，人们就立即知晓。
2004年我国部分地区的雷害情况如下：
我国去年因雷击伤亡约6000人，其中死亡3000人，由于雷击引发的火灾、设备损毁等带来的经济损失约70亿人民币。以此计算雷击死亡几率为百万分之2.3。
云南省2004年因雷击造成的人身伤亡事故就达57宗，死亡48人，伤39人。
四川省2004年前八个月雷击累计造成30人死亡、近40人受伤，造成直接经济损失500多万元。
贵州省2002年因雷电灾害导致69人死亡，40多人受伤，经济损失8000余万元。2003年死亡20人，受伤25人，经济损失近7000万元。
广东省2004年共发生雷灾事故2179宗，造成人身伤亡事故110宗，受伤114人、死亡98人，均比上年大幅上升了1～2倍，伤亡人数为近50年来之最。雷灾造成直接经济损失1.8亿元，间接经济损失近15亿元，均比去年上升。

河南省2004年前8个月，除濮阳市外，河南全省17个省辖市约发生雷灾135起，据不完全统计，雷灾共造成15人死亡、16人受伤，直接经济损失在40万元以上的7起。

湖南省溆浦县山背村是一个“雷击村”，这是一个瑶汉杂居的边远贫困山村，海拔在60-1400米之间，共有21个村民小组，507户近2000人。因其特殊地理环境和气候特征，自古以来，山背村就是雷击多发地。自1979年以来，先后被雷击打死11人，打伤143人，打死打伤耕牛20头，击毁电视机150台次，村里变压器先后11次被雷电击毁，并数次击毁房屋、家具、树木、庄稼、田地。
好像现在的雷击伤害事件比以前更多了似的，似乎越来越多了似的？其实，雷击伤害事件是一种小概率事件。一个人被雷击身亡的可能性有多大呢？我们可以将它与某些我们常见的同样是小概率的事件相比较：一个人被蛇咬，被鲨鱼咬的可能性有多大？飞机从天上掉下来，核电站出事故，这些事件的几率有多少？或者说，人们买彩票，但获得大奖的几率又会有多少呢？

一个正常的人被雷击的可能性究竟有多大呢？我们都很关心这个与我们每个人的切身利益相关的问题。
在近年来的新闻报导中恐怖事件更是经常见到的，但是，人们遭遇恐怖事件的几率又有多大？英国首相马格丽特·沙彻尔夫人在1986年对美国旅游者说，在英国被恐怖分子袭击的机率不会比遭受雷击的机率更大。马格丽特·沙彻尔夫人世界上唯一的一位政治领导人，拿雷害与恐怖主义相比，这也表明她对雷害事故的了解和关心。

在美国，一项统计分析得出的结论是，人们被雷击的几率是709,260分之一，但是，赢得肯塔基彩票大奖的几率是5,245,786分之一。
明显地，在我们心目中雷击伤害事件是一项确定的极有可能发生的事件，而雷击事件的概率就是传达这种信念的尺度。但是这种尺度又有多少用呢？那就是一个普通的人确实存在遭受雷击的可能性。有一些传统的至理名言说道，被雷击的概率是在某些数字范围内浮动的，虽然缺乏经验的数据，而在很广的范围内流传着，这个概率在三百万到五百万分之一之间。可是，令人惊奇的是，美国《男人健康》杂志引证的数据却是10456分之一。为何会有这么大的差异？

我们在推导出一个正确的概率数据之前，需要更精确地定义我们的问题。是否是在人们的一生中被雷击的机会？或者是在一个给定的某些年内？或每次我们走出家门的时候？

让我们取一年的时间作为我们定义雷击事件概率的标淮时间。
在我国，由于缺乏系统地统计和分析雷击事件的研究文章和报导，本文也只能应用美国的一些数据来解释这个问题。关于美国每年受雷击的人数，芝加哥大学的急救医学副教授，雷电专家玛丽·安·库彭（Mary Ann Cooper）博士说，每年有300美国人被雷击致死。但是，美国国家海洋与大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）发表的数据是每年只有106人，而国家安全委员会（National Safety Council）给出的平均数据是100人，国家气象数据中心（National Climatic Data Center）披露的数据最小，才只有区区的41人。

相比之下美国国家健康中心（National Center for Health）的统计数据似乎更有力，因为它是基于国家的每三年期间的死亡证书的统计数据。这个数据是用雷击死亡数（1990年为89）除以国家的人口（1990年为248,709,873人），得到1990年的雷击致死概率为2,794,492分之一。这说是说，美国在1990年被雷击致死的概率为二百八十万分之一。
　

可是，得出的这个数字有何种用处呢？在我们这样一个大国，东西南北差异极大，使用这么一个雷击死亡平均数又能给出多大准确性呢？
我们要明白，这是一种统计思维，我们不要为这个小概率数据产生误解，认为一个人遭遇雷击的可能性很小而不值得注意。避雷针的发明人本·富兰克林曾对此毫不介意，说雷电只能在你放风筝的时候吸起你的毛发。可是，另外两位研究者，Richmann和××，按他的研究雷电的方法去做，就被雷电击死。总之，我们不能因为雷击致死是一个小概率事件而轻视它，对它毫不介意。为了防灾减灾，我们各行各业，各级领导，我们每个普通老百姓，都要重视它，要随时随地都要有防雷和自我保护的意识。

3、 对地雷击的发展过程简介
当雷云起电，电荷逐渐增加，雷云周围电场逐渐增强，局部达到产生游离放电的条件时，从雷云出发的放电就开始了。最初的放电是电晕放电（corona discharge），随着电场的增强，在电晕放电中出现火花放电（spark discharge）。随着火花放电长度的增加而形成刷状放电（brush discharge）。刷状放电呈现断续的刷状形式，放电逐步发展，每次放电都比前一次更强，推进得更远。火花放电和刷状放电都属于流柱放电（streamer discharge）范畴，流柱放电的发展，以连续和步进的方式向前（从空间来说，向下）推进，转变成先导放电（leader discharge）。先导放电比较火花放电来说，并不明朗，而是较暗，先导通道难于用肉眼观察。在先导放电的头部，仍保持可见的火花放电形式。先导放电以步进方式向下发展并逐步向地面推进，其速度约为（1~8）×105 m/S。先导通道的轴向场强并不大，一般不超过100V/cm。由于雷云对地的电压很高，而先导通道的压降又不很大，因此先导头部的电压很高，先导头部周围的电场强度很大。当先导头部逐步接近大地时，其电场急剧增强。当这个电场强度达到某临界值时，在这个电场的作用下，从大地上的某一物体上将发展出迎击先导，在高电压专业上称“最后的一跳（final jump）”。当迎击先导与下行先导相遇时，雷电主放电通道就贯通了，于是雷云中的电荷通过此放电通道流向大地，并形成主放电雷电流，同时产生强烈的声光效应（图1）。人们听到的雷声，见到的电闪就是雷电通道内的主放电雷电流形成的。

在雷电先导的发展阶段，先导的发展路径是随机的，不确定的。直到先导头部与地面的距离达到出现迎击先导时，最后先导的发展才受到地面的影响而确定。
图1 雷电先导的发展过程
雷云中电荷量越大，下行先导的发展越快，在下行先导头部的电场强度就越高，能诱发出迎击先导的距离就越大。诱发迎击先导的这个距离称最后的闪络距离，即击距，可按“电气—几何模型”理论进行计算，在防雷保护规程中击距也称为滚球距离，或滚球半径。滚球半径越大，意味着下行先导头部的电场越高，其对应的雷电主放电形成后的雷电流就越大。因此，滚球半径直接与雷电流的大小有关，在国标《建筑物防雷设计规范》GB 50057-94中，滚球半径（距离）用以下公式表示：

式中，hr为滚球半径，即击距，单位m；I为雷电流的幅值，单位kA。
对应第一类、第二类和第三类防雷建筑物的相应的滚球半径分别为30m、45m和60m，它们分别对应的雷电流为5.4kA、10.1kA和15.7kA。
实际上，一次雷电过程中含有多次雷电流的闪击。由于我们这里只讨论雷击对人们的危害，而对雷电发展的复杂过程就不做深入介绍了。

4、 雷击伤害事件的类型
4.1 雷击前的预兆和感觉
当人们行走或处于空旷的场地或田野里，遇到黑压压的乌云，如果云层越来越低沉，似有黑云压顶之势时，就要担心雷电的来临了。好在这些现象是明显的，容易感觉到的，每遇这样的情况，人们首先想到的就是如何找安全地方躲避，防止遭受雷击。
　

当雷电先导头部的发展到达离地面的距离接近击距（即滚球半径）时，即距地面的距离约60～100米时，邻近地面上的电场强度就会激剧增大。如果人们正好处于这个地区范围内，就会有头发、眉毛竖立起来的感觉，这就意味着雷击的危险正降临而来。如果一个人没有强烈的防雷保护意识，这样的感觉通常是不明显的，或者难于察觉到的。所以我们要善于根据我们所处的地形环境、气象条件以及经验来观察、判断，我们是否处于危险之中。在雷雨季节，我们随时都要有防雷和自我保护的意识。
要做好防雷，重要的是通过雷电科普知识的介绍，告诉人民大众，雷击伤害的类型，它们的特点和表象，以更好地减少和防止雷电的伤害。

4.2 直接雷击伤害
当雷电先导头部发展到接近人们的附近或头顶上方时，在强烈的雷电电场作用下，在人们头上会感应出很强的与雷电电荷极性相反的电荷。并且在雷电电场作用下，人们的头发和眉毛就会有竖立起来的感觉。如果人们没有来得及躲避到安全的地区，或者躲避的地方本来就不安全，那就有可能遭受直接雷击了。
图2 直接雷击伤害
在下行先导头部的极大的电场的作用下，从受害者的头部产生一个向上的迎击先导，去迎接下行的雷电放电先导，当迎击先导与下行先导相遇时，雷电主放电发生了。其结果就是可怕的极大的雷电主放电电流从受害者的头部进入身体，而从脚底流出，进入大地。（图2）
直接雷击是指雷电放电电流的全部流经受害人的身体。
雷电主放电电流很大，其数量级为几十千安到百千安以上。那么大的电流流过受害者的躯体，首先伤害的是受害者的大脑和心脏。因为人类的心脏只要几毫安的电流就足以使它发生心室纤维性颤动，停搏，雷电流也会致使呼吸系统麻痹而停止呼吸，从而致人丧命。此外雷电流的极大的机械效应足以撕裂受害者的皮肤和肌肉，而强烈的热效应也足以烧焦受害者的躯体。
除直击雷强大的电压和电流对人身体的伤害外，伴随而来的还有强烈的震荡声波和强烈的电光刺激对人体的伤害。
如果是几个人紧挨着站在一起，就有可能全部遭雷击。例如2004年6月27日发生在浙江临海的雷击群伤事故，造成15死15伤，就是直接雷击造成的。

　 在田间草棚内避雨遭受直接雷击的案例是很多的。如据新华社合肥８月９日专电报导，安徽省池州市贵池区牛头山镇姥山村村民王某和同乡一道在田间一草棚内避雨时被雷电击中，当场昏厥过去。据目击者介绍，当天的雷雨很大，两人浑身多处被雷电击伤，幸好被路过的村民发现后及时送到医院抢救，才脱离生命危险。
2004年7月30日，昆明市近郊呈贡县吴家营乡前卫营村村民刘明春、妻子徐琴秀和下庄村村民杨云华3人跑到同一窝棚内避雨遭雷击，刘明春、杨云华当场死亡，徐琴秀破雷电惊吓昏死，经送医院抢救后无生命危险。同日另一家尹红和妻子周永凤及一岁的小女儿尹浩东共三人在雷雨交加时迅速跑到菜地内自建的窝棚内避雨。突然间，一道闪电从天而降，径直劈向尹家3口避雨的窝棚，巨响声中，尹家3口应声倒地，年仅1岁的尹洁东当场死亡，周永凤被送往县人民医院抢救，后无效死亡，尹红重伤转送昆明医学院第一附属医院抢救无效死亡。
遭受直接雷击的人十有八九会死亡。但也有少数例外，受直接雷击而没有死亡。一般来说，雷电压很大，通常具有百万伏级，甚至更高。这么大的电压击于人的头部时，在头部皮肤还未来得及击穿之前，雷电压就在人的躯体之外造成闪络，闪络的发生使头部承受的电压突然降低。闪络形成的电弧长度约为人体的高度。电弧中的电压降不大，通常只有20V/cm。若人体的高度以1.7米计，那人体从上到下的电压降就将立即降至3.4kV左右。人体的电阻通常只有约1000欧姆，这样一来，通过人体的电流也立即降至3～4安培。此电流的持续时间与闪电的时间相同，在大多数情况下可能不超过十分之几毫秒。如果人是处于单脚触地，这个电流虽然通过人体，但有可能没有直接流过心脏，在这个电流和这个持续时间之下，不一定能引起心脏的损坏，这就是为什么有少数受到直接雷击的人还能侥幸活着的原因。
如果受雷击者当时正手持或肩扛某种工具，或某种长形器具，诸如锄头、扁担、雨伞、高尔夫球棒等，那受雷击点不是头部。雷电流乃是通过工具从受击者的肩或手进入人体，受击者的头部没有遭受雷电流的直接袭击，雷电流不是通过人体的中心部位，而是通过侧面肢体，那情况就可能轻得多了。再之，若人体因为被雨淋湿，或因劳动出汗很多，淋湿或汗湿的衣服的电阻比人体的电阻小很多，它与人体的电阻相并联，可通过比人体大得多的电流，从而使通过身体内的电流大大减小。于是这也可有能保护了人体，特别是保护了心脏，使被雷击者能够存活下来。这并不意味着人手持或肩扛长形工具对人会有保护作用，相反应该知道，手持长形工具将增大受雷击的概率。我们首先考虑的是应该避免遭受雷击，而不是对受雷击后的侥幸保护。
2002年8月9日下午15时左右，宁夏盐池县境内大范围降雷阵雨。在大水坑孙儿庄33岁男性村民马心兵在井边给羊饮水之后，背着水斗子回家，途中天气突降雷阵雨，并伴有强雷暴，因附近地势空旷平坦无法躲避，马心兵全身上下淋湿淋透。就在此时，马心兵突遭雷电击中昏倒在地，失去知觉。倒在地上将近两小时，后被同村村民救起，同时自己耳朵已完全无听觉，衣服从里到外被烧烂，皮肤有较明显的灼伤痕迹，因伤势较重，当天下午被送往宁夏医学院附属医院心脏内科接受治疗。
经宁夏防雷中心技术人员对伤者仔细观察询问，见伤者头部，背部，右腿直至右脚跟有明显的灼伤痕迹（5cm*160cm）头发虽未见烧焦，但头皮有明显的灼伤痕迹。
分析判断，马心兵的身体没有直接接闪，而是背着的水斗接闪，在大雨中身着潮湿的衣服有比人体更小的电阻，雷电流通过衣服闪络，烧坏了衣服和皮肤，他虽然身负重伤，但还是侥幸的活了下来。从图3可见，在马心兵的背部和脚上留下了电流通过的树枝状电花图，这就是雷电流闪络的痕迹。

（从《中国防雷商务网论坛》下载，摄影：东方之雷）
图3 遭受直接雷击受伤的村民马心兵

4.3 感应电流的伤害
当雷电先导以极快的速度发展临近地面时，先导头部的体积也越来越大，在先导头部与人的身体之间就有电容C。先导头部中有大量的电荷，这些电荷有的是从雷云沿先导放电通道流到头部的，而更多的电荷则是在先导放电通道和先导头部中因碰撞游离和电子崩产生的。当它降临到人们的头上时，通过电容C在人们的头部和全身感应出与雷电电荷极性相反的异号电荷，如图4年所示。需要指出，无论人们是在空旷的野外，还是在室内，雷电的感应现象都是存在的。当人们的头部和全身感应出异号电荷后，在先导头部与人之间就形成了一个很强的电场。这时，此人就处于极端危险的可能遭受直接雷击的状况。如果侥幸雷击没有对人体发生，而是对旁边的树木或别的突出物发生。随着放电，一声雷鸣，雷电先导中的电荷立即获得释放，在人体上感应出的电荷也失去束缚，成为自由电荷。这些电荷立即向大地泄放。这是一股幅值巨大但时间极为短暂的雷电感应电流。在人体内将流过的感应电流i为：

式中，C为人体与雷电先导头部之间的电容，du/dt为雷电先导电压的变化率。由于雷电先导邻近人体，先导头部的体积也十分巨大，因此电容C不是一个小的数值。由于雷电先导的突然降临，又迅速释放，因此电压变化率du/dt也是巨大的。这样，流过人体的感应电流数值也会很大。人们受到这个电流的冲击，虽然不死，但也将震昏或休克。

图4 雷电感应电流对人体的伤害
左：空旷地形 右：室内
还需指出，即便人们处于室内，如果屋顶和墙壁不是具有屏蔽作用的接地的金属材料组成，而是一般的砖石、木材或纸板等建筑材料，或在雷电先导头部与人头顶之间有其它的隔离物，这种感应电流也不能避免。因为隔离物不能减小人与先导头部之间的电容，仅有可能保护人体不遭受直接雷击（图4）。


属于这种伤害事件的典型实例是最近发生在长城居庸关8号烽火台的雷击事件：
2004年7月23日下大雨，许多游客为避雨挤在8号烽火台内，一个雷打下来，其中有15位游客被雷电击倒。受害者之一的南昌游客罗丽称，当时她一只手扶城墙，雷击时感到手心发麻。受伤的所有游客都是暂时的昏迷，经送医院抢救，当天都相继出院。从报导看，雷电并没有击到城墙上，而是击于城墙以外的空旷地方，否则受直接雷击处的城墙会有坍塌。再之，若城墙受雷击，在烽火台里面避雨的人就不仅是昏迷，而是要受到更为严厉的有生命危险的旁侧闪击了。特别是一只手扶城墙的罗女士，在雷击时只是感到手心发麻，如果城墙遭雷击，她受到的将是接触电压的伤害，那就更严重了。那样她或许自己就没有感觉的余地了。这都表明，避雨的游客受到的是雷电感应电流的电击。
感应电流伤害更多的是发生在人们避雨的低矮简易建筑物中，如田间地头的避雨窝棚，或者旅游帐篷内。这类简易建筑物通常都没有避雷装置，它在平坦的田野里又显得比周围的植物高得多。如果雷直击此类简易建筑物，在其中避雨的人很容易受雷直击伤亡；如果雷没有直击建筑物，而是击到近旁某地某处，那在屋内的人也会受到雷电感应电流的伤害。
如一群人在树下，或在窝棚内遭受雷击，其中一部分人死亡，而旁边有一些人却只被击昏。这些被雷电击昏的人，就属于雷电感应电流的伤害。

4.4 线路感应过电压的伤害
雷电对线路的感应过电压就是发生在各类电线上的浪涌电压，或称二次雷过电压。无论是电源线，还是通信线，或其它用途的电线，反正只要是金属线，电线，只要雷击发生在它们的周围，电线内就将感应出过电压。感应过电压产生的机制主要有两方面，一为雷电先导头部的静电（即电容）感应，二为雷击发生后的雷电流的电磁（即互感）感应。感应过电压的大小与电线距雷电放电点的距离、电线架设的高度和电线处于雷区的长度有关，与电线的粗细也有关，但与电线以什么电压工作无关，也与电线是否带电、是否正在运行无关。即是说，不带电的，或没有投入运行的电线一样的会感应出电压。例如电话线，在没有通话时它是不带电的，如遇雷暴，它照样会感应出过电压。感应的过电压照样会在进入室内后导致人身和设备的伤害和损坏。
当然，感应过电压必竟比直接受到雷击产生的过电压低得多。如果电线受到直接雷击，其过电压就比感应过电压高得多了。
无论是电线的感应过电压，还是电线的直接雷击过电压，它们将以电压波的传播方式沿电线向两端流动，进入室内，在高电压专业称为侵入波过电压，在通常的防雷专业，则称浪涌电压。当它进入室内时，就有可能危及人身安全，或击坏所联接的各类电气设备。
图5 线路感应雷电过电压伤害
这样的雷害事故导致的人身伤亡和设备损坏是很多的。1969年秋天在云南的一个军马场，六个炊事员战士围座一圈捡菜，在他们中间的上方有一个电灯。220V的电灯线是从较远的地方用架空导线引过来的，架设电线的是普通干燥的木杆。突然一个雷击，六个战士当即全部倒地死亡。事后我到现场观察分析，雷直击于电线，由于电线用木杆架设，木杆绝缘强度很高。电线上的过电压没有对其它地方闪络放电，就径直传入室内，将围座的几个战士击死。
这类感应过电压的大小，从它的产生来说，本来是与电线的绝缘水平无关的。但是，在它产生以后，却又与电线的绝缘水平有关了。如果电线的支持绝缘子或其它绝缘支撑物的耐电压强度比雷电感应过电压低，或者说如果雷电感应过电压比电线的绝缘放电电压高的话，则在这些绝缘薄弱处将首先发生对地放电。这样的放电将泄放掉大部分雷电能量，使雷电感应过电压得以显著降低。即是说，只有那些比线路绝缘水平低的雷电感应过电压，或者经过电线的绝缘支撑物放电降压以后剩余的过电压得以继续传播，沿线路进入室内，给与电线联系的电气设备和人们造成危险和威胁。由此可见，如果电线的绝缘水平是处于正常的值，或比正常值低的话，则感应过电压就比较低，其结果是使与电线联系的电气设备和人们得到相对的比较安全。相反，无限制地提高电线的绝缘水平，不仅是不必要的，而且是危险的。从这点来看，那些具有很高绝缘水平的线路，如木杆线路，能够传播的雷电过电压就特别的高，造成的危害和损失也更多。
但是，为了电线的正常工作，不可能将电线的绝缘水平降低很多，通常情况下电线的绝缘水平要比正常工作电压高2～3倍。因此，不同类别的电线，应有不同的绝缘水平要求，通常是以安装相应于它的工作电压或额定电压的绝缘子为宜。为了防止电线遭雷击导致的停运而盲目地提高电线的绝缘水平，或者图方便乱拉线，不管它的绝缘水平大小，都是不行的，这都会造成以后增多和扩大雷击事故的隐患。
在农村地区，常有借用生长的树木，或用木杆架设电话线。须知这将使电话线具有比正常需要高的得多的绝缘水平，如遇雷击，其可能传入室内的雷电感应过电压就特别的高，这是非常危险的。这样的雷击伤害事故也是很多的：
11月8日晚6时30分许，雷雨交加，黔江区城南街道办事处城南居委一心村居民白某在家中用座机接听电话时不幸遭遇雷击死亡。同时，雷击还造成该村1户居民的电话被毁坏，4户居民的电话停机。
高中学生周某系江夏区山坡乡新生村周刘湾人，即将过16岁生日。某晚7时30分许，雷电交加，周家电话吱吱作响，他拿起话筒接听时，突然倒地，周父赶紧将其抱， 此时他已无心跳和呼吸。
2004年6月22日凌晨，山东省淄博市电信部门的通信设备突然遭雷击，导致农行系统网络全部中断，停工1小时，银行储户所有业务不能正常开展，部分电话用户电话也打不出去。
为防止和减轻这类雷害事故，一是采用合适的绝缘子和绝缘材料装设电线；二是将电线入室处的最后一片绝缘子的铁脚接地；三是安装相应额定电压参数的浪涌保护器（即SPD）。

4.5 电容分压过电压的伤害
雷电电容分压过电压伤害是发生在对地绝缘的金属屋顶的下面，当人们在里面避雨时，即使屋顶没有遭受直接雷击，也因屋顶金属板对地电容和对雷电先导头部之间电容的分压，在屋顶金属板上会出现瞬间的高电压。如果屋顶下面人们与金属板之间的距离较小，不足以承受这个电压，就将导致金属板对下面人们的电击。如图6所示的一个金属屋面，它与雷电先导头部之间的电容为C1 ，而对地有电容C2。当雷电先导发展到达屋顶的附近时，金属屋顶的电压U2可达：

当雷电的回击发生时，虽然屋顶并没有受到直接雷击，可是这个电压足以使屋面金属板与人头之间发生闪击，而致人伤亡。从上式看到，C2越小，U2越大，而C2取决于屋面金属板的大小和离地的高度，面积较小、距地较高的屋面金属板还会带来更大的电压，更不安全。
由此可见，在开阔空间的孤立小屋，屋顶装有金属板时，必须将金属板接地，否则雷击时是很危险的。
图6 雷电电容分压过电压伤害

4.6 接触电压的伤害
当雷击于一个立于地面上的物体，诸如树木，房屋的墙壁，甚至可以是烟囱、铁塔、钢架和避雷针塔架时，雷电流流过它们就有电压降。此电压降的大小取决于雷电流的大小和此物体的电阻和电感参数。即使是金属避雷针或引下线，虽然其电阻和电感很小，但由于雷电流的幅值和陡度都很大，当雷电流流过时，也会在上面产生很大的电压降。据计算，避雷针铁棒的电感约为0.5 mh/m，若一个雷电流幅值为200kA，陡度为200 kA/mS的雷打在此避雷针上，则将在避雷针塔和引下线上产生100kV/m的电压降。这样，在避雷针上大约一人高的地方，即在离地面1.8m高的地方的A点，将有对地电压180kV。
如果被雷击的物体不是一根钢铁的避雷针，而是其它具有更大电阻的物体，如树木或墙壁，那沿此物体的电压降就更大了。例如一颗树受到雷击时，其在地面上与人身高相当的这一段树干的电阻约为几千欧姆。当雷电流沿树干流过时，其产生的电压降将比上述避雷针的大得多。
在此物体高度1.8m的A点与在地面上距此物体0.8m远的B点之间的电势，叫做接触电势。如果一个人的脚站在B点，而伸手接触A点，这时此人承受到的电压，称接触电压。这个接触电压足以将人击伤或击死（见图7）。
1878年9月1日，法国博内勒地区。三个妇女和一个男人正在路上行走，忽然间雷电交加，他们只得躲到大树下避雨。女人们害怕把裙子弄脏，没有靠着树干，而那个男子则背靠大树站在那里。突然一道闪电从天而降，男子身上的衣服瞬间燃烧起来。女人们冲过去救他，却惊恐地发现，他已经死了。背靠大树的男子就是被接触电压击死的。

图7 雷击树时的接触电压伤害
4.7旁侧闪击的伤害
旁侧闪击的发生主要有两种情况。其一就是如上所说，当一个高大的物体或树木遭受雷击，沿此物体或树木就有电压降。对于金属塔、避雷针或引下线，在1.8米高的地方，就有对地电压180kV，这个电压足以击穿0.4米的空气间隙。而对于树木、墙壁等非金属物体，在同样高度的地方，对地电压更高。如果人在此物体近旁避雨，即使没有伸手触及此物体，但由于站立的位置很靠近此物体，就有可能遭受此电压从侧面的闪击，称作旁侧闪击（图5）。


图8 从铁塔产生的旁侧闪击 图9从墙产生的旁侧闪击
8月9日下午3点多钟，一场大雨突袭六合区程桥镇东胡村，正在砖窑厂干活的龚姓男子跑到附近的一棵大树下躲雨。忽见一道闪电划过，然后是几声炸雷，雨停后，一村民路过大树下，发现该男子躺在那里一动不动，头也破了，身上有明显的烧痕，上前仔细一看，发现其已没了呼吸。
8月9日上午11时许，在徐州市区打工的铜山县大黄山桥北头村少女小黄，走到村北边一乡村水泥路时，一声响雷伴着闪电从天而降，劈断了路边一棵直径约20厘米的杨树的树梢，后又击中小黄，小黄不幸身亡。后发现少女全身皮肤已变黑，衣服、头发被烧焦，颈部、鼻、嘴出血，惨不忍睹。（中国徐州网-都市晨报）

4.8跨步电压的伤害
当雷电流通过一个物体入地时，或者雷击发生在空旷的地面上时，在雷电流入地点附近的相当大的区域将形成电压降的分布。（图10）在这个电压分布的影响下，地面上任何两点之间都将出现电压。如果一个人的两支脚分别踩在两个分开的点上，他的两支脚之间将出现的电压称为跨步电压。
两脚步之间的跨步电压也可按下式计算：
式中，i为雷电流幅值，单位kA；r为土壤电阻率，单位W·m；s为人的跨步长度；d为雷击点与最靠近的一只脚的距离，s与d的单位都是米，参见图10。
从上式可知，雷电流越大，跨步越大，受击者离雷击点越近，跨步电压越大。
图10 雷电跨步电压的伤害
对人来说，在这个电压的作用下，电流将通过两脚之间和躯干的下部，极少有电流通过心脏和大脑的，因此遭受跨步电压的人致死的可能性不大，但两脚及下胯将受到严重的烧伤。
如果一个人不是站着，而是躺在地上，那可能承受的电压就比跨步电压更大了。通常四支脚的动物，如牛羊，它们的步长比人类大得多，因此，它们比人类易受雷电跨步电压之害。
2004年8月3日上午11时左右, 宁夏盐池县发生一起雷击事件。周某家共养肉牛30多头，一串闷雷响过，传来牛的惨叫声，周某循声向牛棚门口跑去，只见几头牛已倒下，等他到门口时也被雷击昏。据了解，周某家的牛棚到处都是铁，铁担架、铁牛槽、拴牛的铁链，特别容易导电，又没有良好的接地装置，这起雷击事件可能是直接雷击所致。这次雷击事故共有9头牛当场遭雷击致死。
据上述情况分析，这就是典型的旁侧闪击和跨步电压造成的灾害。因为铁牛棚、牛槽和铁链等设施都没有很好地接地，它们受雷击后雷电流不能很顺利地流入大地，或者说雷电流入地时的接地电阻很大，这将使这些铁件上出现高电压。那些靠近铁牛棚或牛槽的牛就遭受到电击，严重者死亡，而稍轻者被击倒或昏迷。
　

5、 雷击事件的规律性
其实，雷击事件的发生是有规律可循的，它与很多因素有关。
        第一，雷电活动与地形地貌和气象条件有着直接的关系。世界上的有些地区被证明比其它地区更能激起雷公雷母的发怒。新加坡科学和法医学学院主任赵泽成教授指出，在英国在每百万人口中雷电致死的平均数是相当低的0.2，但是，在美国这个数字上升到0.6，在南非，上升到1.5，而在新加坡死亡数则上升到最高点的每百万1.7。从这些数据可以看到，在南方的国家和地区雷击死亡率比位于北方的国家和地区要高。
        第二，雷击致死的多少还与人们的知识水平有关。有报导说，我国每年雷击死亡人数约为3000人，2004年广东省雷击死亡98人，如以我国人口13亿计，我国每年的雷击死亡率为百万分之2.3。也许我国的这项统计数字并不完善和准确，但我们也能看到，在我国雷击死亡率比上述几个国家都大。从这里也可看到，在我国，关于雷电的普及教育还很差。也许这也是我国雷击死亡率比上述国家都高的原因。
        第三，与雷击死亡率有关的另一个重要因素是人口的密度和人们的习性和行为。在美国有那么一个高密度人口并且具有热带气候的州，频繁的雷暴，大量的人群习惯于消耗他们的时间在室外，向天空挥动金属的杆子（就是玩高尔夫）。这就是佛罗里达，充满阳光的州，人们最易被雷击身亡的地方。
平均雷击数的统计数字表明，人们的习性、行为和方法起着主要的作用，而这正是容易被误解的。例如，可以正确地说，一个人在白天比在夜晚更易遭雷击。无论如何，因为人们在白天更多地在室外，而不是说白天与夜晚对雷电活动来说有何本质的不同。
        高尔夫球玩家具有高得多的被雷击的可能性。这并不是因为他们身穿的奇特的有色短裤，而是他们习惯将自己投入的环境。高尔夫球玩家经常发现他们自己陷入了这种环境——开放的地形空间，远离掩蔽所，频繁地向天空挥午着金属杆子。在足球场上踢球的运动员，即使不向天挥动任何金属杆子，也有被雷击死的。在我国的农村，农民们使用的锄头，肩挑的木棒等物，频繁地将这些工具举过头顶，这些都是会增大他们受雷击的危险。
除雷击死亡外，更多的是在被雷击后还还活着的人。虽然其中只有很少的人能够确实记起他们被雷击的详细情况，因为电击事件有时会损坏他们的大脑的记忆。在我国，因雷击受伤每年约为6000人，即是说，雷击伤死比例为2：1。据一份英国医学杂志报导，在英国，在个比例为4：1，而美国报导的总的死伤人数为1500人。
        有趣的是，在一本参考书中记录了一个退休的维吉尼亚森林巡逻骑兵罗·萨里文（Roy Sullivan），他七次被雷击：1942年，罗伊还是个孩子时，第一次被雷电击中，失去了一个脚趾。1969年7月，闪电从眼前划过，罗伊失去了眉毛。1970年，他的左肩被闪电烧伤。1972年，他的头发又被燎净。一年之后的1973年8月，他的腿又被闪电烧伤，头发也再次被烧光。1976年他被烧伤脚踝。1977年则是胸部和腹部。这一次伤势很严重，他被送进了医院。但最终他又一次艰难地站了起来。这个人在1983年自杀死亡，为的是不再继续充担一根避雷针了。更有趣的是，雷击不总是带来灾难，确有文献记载有盲人在遭遇雷击后恢复了视力。《北京日报》报导，北京教师王立祥曾遭雷击昏迷三天三夜，醒后记忆力明显增强。
总而言之，我们人类遭受雷击的可能性有多大呢？比被鲨鱼，被蛇咬的可能性更大吗？或者比你赢彩票的可能性更大？我们可以这样说，这取决于你自己——你住在哪里，你的行为和习性，你的爱好，你正在做什么，以及你是否了解雷电的活动规律，是否懂得一些防雷的知识，等等。总之，我们可以这样说，如果你整天待在你的家里或办公室，而你所处的房屋具有防雷设施，你就可以自由自在，不用担心雷击；而如果你正在室外，无论是在做工，行走，或是踢球，玩高尔夫球，这时，如果遇到天空乌云密布，响起雷声，那你就要注意了，多看看天空和四周，并观察周围，准备寻找避雷的地方。总之，懂得一些防雷知识对于确保你自身的安全，不受雷击伤害是十分必要的。

6、 个人防雷知识要点
6.1学习和了解雷电活动的基本规律，任何时候都要有防雷的意识。要懂得在什么气候条件下老天会打雷，雷喜欢打在什么地方和物体上。要懂得，雷专喜欢打高的物体，因此在雷电到来时，不要太突出了自己，不要使你自己成为比周围物体更高的“引雷针”。
6.2在雷电来临时，我们首先考虑的是寻找一个可以避雷的地方。这样的地方最好是具有防雷和避雷设施的房屋内，如果周围没有这样的房屋，可以找结构良好的永久式建筑，或地形低矮的地方。
6.3 如果雷电已经来到我们的头顶而我们正处在空旷平坦的地方，就不能再站立行走和跑步，更不能在头上、肩上顶着、举着或扛着任何长形的物件，甚至也不能打雨伞，因为那样的物件正好增加了雷击的可能性。由于多数情况下雷和雨是同时来临的，一般缺乏防雷知识的人，首先想到的是避雨，在雨中跑步寻找避雨的场所，这就遭了！须知雨淋不死人，而雷却可击死人，因此防雷比避雨更重要。如果这时找不到低矮的地方，就要立即蹲下或坐下，双脚并拢，宁可被雨淋，也不要遭雷打。
6.4 关心你所处的环境、生活和工作的建筑物、个人的活动范围空间以及个人经常使用和接触的设备，等等，有无受雷击或侵入感应雷电波的可能和危险，如果有，则要采取必要的防雷措施，以保安全。
6.5不能在屋顶上乱拉各类电线和架设各种天线，屋顶上的各种设备的金属构件都应可靠地联接到接地网。
6.6如果你住在农村或乡镇，你还要特别留心你家的电源线、电话线和其它通信线，它们从室外引入时是否暴露向天空。如果是，那在打雷时极有可能感应生成浪涌过电压，一旦这种过电压沿线路传入室内，就可能造成雷击伤害。许多在雷雨时打电话被雷击死就是沿电话线传入的雷电浪涌过电压造成的。
6.7 记住，以下是适合避雷与不适合避雷的方法和地方：
室内比室外安全；
低处比高处安全；
座下、蹲下比站立安全；
有防雷设施的建筑物比无防雷设施的建筑物安全；
不要在大树下避雷，宁可在大树旁的小树下避雷，并且要离开树干至少3米，双脚并拢，坐在地上，不要靠在树干上；
不要触摸或靠在高墙、高烟囱和孤立的高大树木下避雷；
不要在田地间的窝篷里或位于地形高处的简易农舍里避雷；
在野外，雷暴时不要接触和接近各种电线类金属；
雷暴时，停止一切室外的体育活动，特别是在宽大球场上的运动；
雷暴时，停止一切装填炸药和放炮的作业。



作者简介：梅忠恕，教授级高级工程师，1962年清华大学高电压专业毕业， 1983~1985年公派赴加拿大魁北克水电研究院进修，一直从事高电压及防雷保护的试验和科研工作。退休前任云南省电力试验研究所副总工程师。在国内外发表论文数十篇。
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