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      森林雷擊起火保護的可行性技術方案選擇

      www.youpinjn.com  2020-4-8 15:02:33  河北德實科技有限公司

       

       關鍵詞: 森林  防雷  雷擊  起火  保護的  可行性  技術  方案  選擇  
        森林雷擊起火保護的可行性技術方案選擇
       
        一、概述
        森林火災是一種突發性強、處置困難、危害性大的自然災害。特別是在全球氣候變暖的異常情況下,森林火災有更加嚴重的趨向,統計數字表明,雷擊是引起森林火災的一個重大自然因素之一,夏秋季節,天氣高溫干旱,樹木干燥,是雷擊引起火災的高發期,為此預防和消除雷擊引起的森林火災是一個具有特別重要的意義的工作。
        二、森林雷擊起火的成因
        積雨云、高溫和干燥這三個條件,就是雷暴引發森林火災的基本條件,當積雨云層在森林上空時,云層電荷產生雷云電場,雷云電場以光速作用于空間大地上的森林,使森林中的樹木表面產生感應電荷,這個感應電荷是由樹木本身的自由電荷移動的結果,感應電荷產生的感應場強與雷云電荷的作用場強相互吸引,當某一樹木表面的感應場強達到一定強度時,積雨云的作用場強和樹木的感應場強就可能發生接閃(地閃),在該處的直接雷擊的擊閃電弧和火星就可能點燃周邊的干燥樹木,引發森林火災,森林雷擊火災的防治措施就是從雷擊根源上解決雷擊起火的安全隱患。
       
        三、森林雷擊起火可用的保護措施盤點
        森林火災的保護措施就是從根源上解決雷擊起火的安全隱患。
        可供參考使用的保護措施有:
        1、消除積雨云。
        積雨云所帶的電荷是產生雷擊地閃的能量根源,消除了積雨云,就消除了雷云中的電荷,但積雨云是一種隨機的自然運動,下雨是一種自然的消除方式,在現有的條件下要實施一種人為的辦法消除積雨云是不可能的,因此這個方式在現有的技術條件下是不能實施的;
        2、消除積雨云中的電荷。
        用一種技術方法,把積雨云中的電荷導入大地,也就是公認的避雷針的保護理論:通過避雷針的擊閃,把雷云中的電荷導入大地。
        3、改變積雨云的雷擊點。
        用定向指向的方式,把雷擊閃電引導到我們設定的安全位置上,從而消除森林的雷擊火災。
        4、消除積雨云對保護范圍內的直接雷擊的可能。
        沒有直接雷擊的擊閃,也就沒有直接雷擊的火星,從根本上消除了森林雷擊的可能。
        四、森林雷擊起火各種保護措施的技術可行性比較
        1、傳統金屬擊閃型避雷針
        傳統的森林雷擊起火保護采用全金屬避雷針的保護方法,把避雷針安裝在要保護的森林內,通過避雷針和雷云的擊閃,起可靠的保護作用,公認的避雷針的保護機理為:
        "擊閃時,帶電云層與避雷針形成通路,而避雷針是接地的,避雷針就可以把云層上的電荷導入大地,使其不對被保護的系統構成危險,保證了它的安全"。
        或"接閃時,大地中的異性電荷通過接地線和避雷針源源不斷的到達避雷針的接閃體的針尖上,中和雷云電荷"。
        這是我們很多現代防雷專家對避雷針防雷機理的認識。
        這種理論前者為"電荷泄放論",后者為"電荷中和論"。
        其實從空間導體的靜電場作用特性可以看出,在避雷針接閃體表面產生的感應場強是由接閃體本身表面感應電荷的數量決定的,而感應電荷的數量取決于接閃體本身正對于雷云電場的有效表面積和材料的性質,在避雷針系統中,能夠自由定向移動的僅是本身的電子,避雷針導體中,單個自由電子在雷電場作用下,在非理想導體系統中定向移動的速度為0.000006米/秒,接閃體表面的全部自由電子在雷云電場的作用下,定向移動,在導體正對雷云矢量場的表面形成異性感應電荷,這個感應電荷產生的場強決定了雷云的作用指向能力。
        雷電的能量就是雷云所帶的電荷數和雷云電荷電勢乘積的總稱,依附在雷雨云中的電荷移動的速度為雷云下降的速度,被雷云電場電離和作用的電離通道(空間閃電電弧)電荷的速度取決于電離通道中電子和離子的運行速度(電離通道正離子速度為2.7米/秒,電離通道電子速度約為正離子的10倍),在避雷針系統中移動的電荷的速度為避雷針導體內定向移動的自由電子的速度(導體內自由電子定向移動的速度為0.000006米/秒),這些電荷在避雷針擊閃的瞬間,其電荷位移距離可以近視為零,雷云中的電荷在擊閃的瞬間根本不可能通過避雷針系統泄放到大地,大地中的異性電荷也不可能源源不斷的到達避雷針的接閃體針尖上。
        通過上述針尖型避雷針作用機理的了解,我們可以看出,這種類型的避雷針在森林雷擊保護中的應用存在相當的技術缺陷:
        金屬針尖型避雷針是有效感應面積最小的結構,在感應階段不能改變空間雷云電場的分布結構,所起的保護作用,是靠位置最高,系統低阻抗產生的大擊穿電流的條件,產生直接雷擊的擊閃,當直接雷擊發生時,擊閃通道電弧和擊閃火星可直接引燃周圍幾十米處的林木,為避免避雷針擊閃電弧和火星點燃林木,避雷針必須遠離所保護的林木一定的距離,因為避雷針設置在森林中,避雷針的有效保護范圍有限,無法在水平距離內解決上述矛盾,只有通過加高高度給以解決,這個高度要求在不斷生長變化的林木中是很難達到的,其結果是所起的保護作用往往是弊大于利。
        而且由于這種避雷針在感應階段不能改變空間雷云電場的分布結構,指向能力差,容易發生側擊和繞擊,要起保護作用,就要在保護范圍內要設置密集的避雷針,這種避雷針要良好接地線支持,綜合成本高,對環境影響大。
        綜上所述,針尖擊閃型避雷針是不能用于森林系統的雷擊保護的。
       
        2、引雷型消雷針
        引雷型消雷針是傳承我國古代先智塔、祠(典型的應縣木塔、仰光大金塔)消雷防雷理念的基礎上,運用現代的高可靠器件,完善消雷防雷的技術措施,從而達到理想的消雷效果,在直接雷擊保護領域,把不可能的變成可能。
       
        引雷型消雷針的保護機理是把保護范圍內的空間雷云電場,在感應階段通過消雷針接閃體,轉換成消雷針系統中的電勢能,并把這個感應電勢能以一種高電勢、小電流的方式持續的消耗在大地零電勢點的前面,這種高電勢、小電流的方式不會產生直接雷擊的擊閃,在保護的范圍內沒有直接雷擊擊閃的電弧和火星的影響;由于引雷型消雷針的接閃體是一種最大的正對雷云電場的表面積結構,具有保護范圍內最大的雷電場強的指向能力,不會發生側擊和繞擊,其引雷的能力在整個林區的保護范圍內是最強的,即使是被林木覆蓋,也有這個最強的指向能力,能改變空間雷云電場的分布結構,保證保護范圍內的林木不被雷擊;引雷型消雷針沒有接地電阻的要求,其在森林系統的安裝不會破壞環境。是一種森林雷擊起火保護的最理想產品,保護可靠性高,安裝成本低。
       
        五、引雷型消雷針在森林雷擊起火中的具體應用
        引雷型消雷針根據地勢環境的要求設置在要保護的森林中,一般設置在保護區域范圍內四周或區域內的山頂和山梁的高處位置上,根據保護范圍內的大小,確定引雷型消雷針的接閃體表面積的大小,對保護區域面積大的,可增加接閃體的表面積,通過增加接閃體感應積雨云雷云電場的能力,改變大范圍的空間雷云電場的結構,達到保護覆蓋范圍大的需要。
        一般的我們可以根據森林的地貌選擇接閃體的結構形狀,達到最佳和最節約的要求。
       
        六、項目推廣應用的意義
        雷擊引起的森林火災是一個至今未能解決的世界難題,也是今后整個地球綠地環境建設必須解決的難題之一。
        我們古人消雷防雷的方法,是現代森林雷擊起火保護的指導基礎,如果我們不用科學方法總結和繼承這一方法,就會讓富蘭克林的錯誤永存,本引雷型消雷針在重雷區的森林雷擊防火中的應用,其體現的社會價值不僅僅是減少森林火災造成的損失,更重要的是引雷型消雷針在這一特殊環境下體現的優異性能,對糾正以富蘭克林為代表的直接雷電保護的錯誤方法,多了一個例證。
        可以相信,隨著引雷型消雷針在森林雷擊防火的推廣應用,這一技術和產品一定會徹底解決森林雷擊起火保護的技術難題,成為中國人的驕傲,世界森林雷擊起火保護的福音!

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