关键词： 森林  防雷  雷击  起火  保护的  可行性  技术  方案  选择  

　　森林雷击起火保护的可行性技术方案选择

 

　　一、概述

　　森林火灾是一种突发性强、处置困难、危害性大的自然灾害。特别是在全球气候变暖的异常情况下,森林火灾有更加严重的趋向,统计数字表明,雷击是引起森林火灾的一个重大自然因素之一,夏秋季节,天气高温干旱,树木干燥，是雷击引起火灾的高发期,为此预防和消除雷击引起的森林火灾是一个具有特别重要的意义的工作。

　　二、森林雷击起火的成因

　　积雨云、高温和干燥这三个条件，就是雷暴引发森林火灾的基本条件,当积雨云层在森林上空时，云层电荷产生雷云电场，雷云电场以光速作用于空间大地上的森林，使森林中的树木表面产生感应电荷,这个感应电荷是由树木本身的自由电荷移动的结果，感应电荷产生的感应场强与雷云电荷的作用场强相互吸引，当某一树木表面的感应场强达到一定强度时，积雨云的作用场强和树木的感应场强就可能发生接闪（地闪），在该处的直接雷击的击闪电弧和火星就可能点燃周边的干燥树木,引发森林火灾,森林雷击火灾的防治措施就是从雷击根源上解决雷击起火的安全隐患。

 

　　三、森林雷击起火可用的保护措施盘点

　　森林火灾的保护措施就是从根源上解决雷击起火的安全隐患。

　　可供参考使用的保护措施有：

　　1、消除积雨云。

　　积雨云所带的电荷是产生雷击地闪的能量根源,消除了积雨云,就消除了雷云中的电荷,但积雨云是一种随机的自然运动,下雨是一种自然的消除方式,在现有的条件下要实施一种人为的办法消除积雨云是不可能的,因此这个方式在现有的技术条件下是不能实施的;

　　2、消除积雨云中的电荷。

　　用一种技术方法，把积雨云中的电荷导入大地，也就是公认的避雷针的保护理论：通过避雷针的击闪，把雷云中的电荷导入大地。

　　3、改变积雨云的雷击点。

　　用定向指向的方式,把雷击闪电引导到我们设定的安全位置上，从而消除森林的雷击火灾。

　　4、消除积雨云对保护范围内的直接雷击的可能。

　　没有直接雷击的击闪，也就没有直接雷击的火星，从根本上消除了森林雷击的可能。

　　四、森林雷击起火各种保护措施的技术可行性比较

　　1、传统金属击闪型避雷针

　　传统的森林雷击起火保护采用全金属避雷针的保护方法，把避雷针安装在要保护的森林内,通过避雷针和雷云的击闪,起可靠的保护作用,公认的避雷针的保护机理为:

　　"击闪时，带电云层与避雷针形成通路，而避雷针是接地的，避雷针就可以把云层上的电荷导入大地，使其不对被保护的系统构成危险，保证了它的安全"。

　　或"接闪时，大地中的异性电荷通过接地线和避雷针源源不断的到达避雷针的接闪体的针尖上，中和雷云电荷"。

　　这是我们很多现代防雷专家对避雷针防雷机理的认识。

　　这种理论前者为"电荷泄放论",后者为"电荷中和论"。

　　其实从空间导体的静电场作用特性可以看出，在避雷针接闪体表面产生的感应场强是由接闪体本身表面感应电荷的数量决定的,而感应电荷的数量取决于接闪体本身正对于雷云电场的有效表面积和材料的性质，在避雷针系统中，能够自由定向移动的仅是本身的电子，避雷针导体中，单个自由电子在雷电场作用下，在非理想导体系统中定向移动的速度为0.000006米/秒,接闪体表面的全部自由电子在雷云电场的作用下，定向移动，在导体正对雷云矢量场的表面形成异性感应电荷，这个感应电荷产生的场强决定了雷云的作用指向能力。

　　雷电的能量就是雷云所带的电荷数和雷云电荷电势乘积的总称，依附在雷雨云中的电荷移动的速度为雷云下降的速度，被雷云电场电离和作用的电离通道(空间闪电电弧)电荷的速度取决于电离通道中电子和离子的运行速度(电离通道正离子速度为2.7米/秒，电离通道电子速度约为正离子的10倍)，在避雷针系统中移动的电荷的速度为避雷针导体内定向移动的自由电子的速度(导体内自由电子定向移动的速度为0.000006米/秒),这些电荷在避雷针击闪的瞬间,其电荷位移距离可以近视为零,雷云中的电荷在击闪的瞬间根本不可能通过避雷针系统泄放到大地，大地中的异性电荷也不可能源源不断的到达避雷针的接闪体针尖上。

　　通过上述针尖型避雷针作用机理的了解,我们可以看出,这种类型的避雷针在森林雷击保护中的应用存在相当的技术缺陷:

　　金属针尖型避雷针是有效感应面积最小的结构，在感应阶段不能改变空间雷云电场的分布结构，所起的保护作用，是靠位置最高，系统低阻抗产生的大击穿电流的条件，产生直接雷击的击闪，当直接雷击发生时，击闪通道电弧和击闪火星可直接引燃周围几十米处的林木，为避免避雷针击闪电弧和火星点燃林木，避雷针必须远离所保护的林木一定的距离，因为避雷针设置在森林中，避雷针的有效保护范围有限，无法在水平距离内解决上述矛盾，只有通过加高高度给以解决，这个高度要求在不断生长变化的林木中是很难达到的，其结果是所起的保护作用往往是弊大于利。

　　而且由于这种避雷针在感应阶段不能改变空间雷云电场的分布结构，指向能力差，容易发生侧击和绕击，要起保护作用，就要在保护范围内要设置密集的避雷针，这种避雷针要良好接地线支持，综合成本高，对环境影响大。

　　综上所述，针尖击闪型避雷针是不能用于森林系统的雷击保护的。

 

　　2、引雷型消雷针

　　引雷型消雷针是传承我国古代先智塔、祠（典型的应县木塔、仰光大金塔）消雷防雷理念的基础上，运用现代的高可靠器件，完善消雷防雷的技术措施，从而达到理想的消雷效果，在直接雷击保护领域，把不可能的变成可能。

 

　　引雷型消雷针的保护机理是把保护范围内的空间雷云电场，在感应阶段通过消雷针接闪体，转换成消雷针系统中的电势能，并把这个感应电势能以一种高电势、小电流的方式持续的消耗在大地零电势点的前面，这种高电势、小电流的方式不会产生直接雷击的击闪，在保护的范围内没有直接雷击击闪的电弧和火星的影响；由于引雷型消雷针的接闪体是一种最大的正对雷云电场的表面积结构，具有保护范围内最大的雷电场强的指向能力，不会发生侧击和绕击，其引雷的能力在整个林区的保护范围内是最强的，即使是被林木覆盖，也有这个最强的指向能力，能改变空间雷云电场的分布结构，保证保护范围内的林木不被雷击；引雷型消雷针没有接地电阻的要求，其在森林系统的安装不会破坏环境。是一种森林雷击起火保护的最理想产品，保护可靠性高，安装成本低。

 

　　五、引雷型消雷针在森林雷击起火中的具体应用

　　引雷型消雷针根据地势环境的要求设置在要保护的森林中，一般设置在保护区域范围内四周或区域内的山顶和山梁的高处位置上，根据保护范围内的大小，确定引雷型消雷针的接闪体表面积的大小，对保护区域面积大的，可增加接闪体的表面积，通过增加接闪体感应积雨云雷云电场的能力，改变大范围的空间雷云电场的结构，达到保护覆盖范围大的需要。

　　一般的我们可以根据森林的地貌选择接闪体的结构形状，达到最佳和最节约的要求。

 

　　六、项目推广应用的意义

　　雷击引起的森林火灾是一个至今未能解决的世界难题，也是今后整个地球绿地环境建设必须解决的难题之一。

　　我们古人消雷防雷的方法，是现代森林雷击起火保护的指导基础，如果我们不用科学方法总结和继承这一方法，就会让富兰克林的错误永存，本引雷型消雷针在重雷区的森林雷击防火中的应用，其体现的社会价值不仅仅是减少森林火灾造成的损失，更重要的是引雷型消雷针在这一特殊环境下体现的优异性能，对纠正以富兰克林为代表的直接雷电保护的错误方法，多了一个例证。

　　可以相信，随着引雷型消雷针在森林雷击防火的推广应用，这一技术和产品一定会彻底解决森林雷击起火保护的技术难题，成为中国人的骄傲，世界森林雷击起火保护的福音！