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浅谈汽车的防雷 摘要：本文首先向大家分析汽车遭受雷击的几种情况，并通过实例说明。然后告诉大家在雷雨天气，如何降低汽车遭受雷击的风险。 关键字：汽车；电磁脉冲；雷击风险；防护 中图分类号：F407.471 文献标识码：A文章编号： Abstract: This paper first analyzes the shock to everyone of several circumstances, and by exam reduce the risk of automobile shisk; protection 引言：如今我们的日常生活已经基本离不开汽车，汽车的安全也成了我们关注的焦点。笔者所在的惠州属于雷雨多发的地带，年雷暴日达到87天。因此我们不得不考虑，在雷雨天气驾车出行时，我们是否完全安全？现实中出现过什么样的危险。我们该如何保障人生和财产安全。出于这些想法我做出以下阐述。 1、汽车遭受雷击的几种情况 1.1一般汽车的外壳都是由金属制成，因为轮胎普遍采用的是绝缘橡胶材料，在干燥环境下车身对地绝缘。但是更多情况，汽车是处在雷雨天气环境下，我们还要考虑雨水的影响。 1.1.1我们先分析汽车对地电阻较大的情况下，受雷击的影响。也就是干燥环境下。 首先简单模拟一个场景。车辆停放在简易的露天停车场，仅有简单的挡雨设施。当现场发生常见的负雷云对地放电时，雷云及下行先导通道中的电荷为负，而在车顶感应出的电荷为正。这些感应正电荷在车顶聚集速度取决于先导发展的速度，因为先导发展的速度约比回击速度小100倍，所以在先导发展阶段，车顶有足够的时间聚集大量正电荷。这些正电荷受到先导通道中负电荷的束缚，不能自由运动。当先导发展到附近地面时，回击过程开始，先导通道中携带的负电荷被地面上的正电荷自上而下迅速中和，伴随着负电荷的消失，车顶上的正电荷将失去束缚，变为自由电荷。但车体与地之间的电荷散流路径上存在着很大的电阻，这些被释放的正电荷以回击发展同样的速度来消散。所以在回击后的短时间内，车体上存在的大量正电荷，使车与地之间构成一个电容，对地形成一个高电位,我们假设其最大值为U0 (U0 = Q车身上的电荷；C车身对地电容) 。我们假设车对地散流路径的电阻位R，这种电荷散流可模拟为一个一阶RC电路的零输入响应过程。那么车身对地的电压u=U0 e，在对地绝缘的情况下，车身可能会对周围的接地物体造成火花放电。同时车内的电子设备，在这种突变的电磁场中，也会因感应到的电磁脉冲受到损害。 1.1.2 当车辆直接暴露在雷雨当中时，除了类似1.1.1中所述因电磁场造成损害，还会直接遭受雷击。分别叙述如下 在此环境下，雨水的电阻率大于100，同时雨水也会降低路面的电阻率，这将一定程度减少车对地散流路径的电阻位R，同时对Q和C也有一定程度的衰减。但是这些变化对于短时间内产生的电压u并不会有明显的改善。所以车身还是会对周围的接地物体造成火花放电。 汽车在市区遭受直接雷击的概率并不大，但是当车行驶在空旷路段以及山区的时候，情况就会发生变化。首先，在空旷地带移动的汽车对周围的空气流动有一定的影响，当雷击在附近发生时，很容易成为雷击的目标。其次丘陵山区对中尺度雷暴系统有动力抬升作用，同时受地形的影响，白天丘陵山区地带太阳热量散逸的程度也低于平原。在动力和热力的共同作用下，雷暴发生的概率也非常高。 当汽车遭受雷击后，因为汽车车身基本是封闭金属结构，虽然汽车接地电阻较大，但是我们可以将它近似看做是一个“法拉第笼”，而且闪电属于高频电流，放电时间又极短。那么由于高频电流的集肤效应，在雷电流经过车身时，大部分雷电流是从汽车表面流入大地。而且瞬间就可以入地。因此车内的人基本不会因雷击而直接受伤（在法拉第笼包裹的空间叫做自由活动区域（field-free zone）在一定条件下是相对安全的）。但是强大的雷电流泄入大地时，它的热效应，电效应和冲击波对车还是会造成严重的影响。 1.2文字记载中也有很多车身因雷电损坏的例子： 1.2.1案例一：2007年6月23日14时30分许，浙江上三高速公路上虞路段雷雨交加，一辆苏州至台州温岭的大客车突遭雷击，车载电视机爆炸，导致大客车起火。上虞消防大队官兵接警后迅速赶到现场，经过消防官兵15分钟的奋力扑救，15时左右大火终于被扑灭。据司机说，客车在途经上三高速公路上虞路段时，天气突然转阴，而后雷电交加。伴随着一声炸雷声，客车的车载电视机突然爆炸起火，火势迅速蔓延。司机一边疏散乘客，一边想用灭火器把火灭掉。无奈火势太大，于是赶紧向119报了警。 （上图为案例一现场，摘自人民网） 案例二：2005年08月27日，京承高速一辆卡车在一声雷响后，一个篮球一般大小的火球就在车挡板上燃了起来，很快消失掉（应为球形闪电），此次雷击造成该车9个轮胎爆裂。目击者称车的后门上还有一条闪电留下的约两米长的焊线似的痕迹。案例三：美国公园护林员罗伊?C?苏利文一生中竟被雷电击中7次，而且次次大难不死。其中一次就是在车内被雷击。1969年，苏利文驾车行驶在盘山公路上，被雷击中。他被雷击得昏死过去，眉毛全被烧掉。 1.2.2案例一是因为雷电产生的过电压，造成设备电路起火；案例二是雷电流产生的高热量引起轮胎爆裂；案例三则是雷电流对人身造成直接伤害。现实生活中，上述事故也许并不是非常多，但是有一种现象我们经常能够看到的。就是雷雨天气，雷暴发生后汽车的报警系统经常会误操作甚至损害。这就是雷电在线路上引起的脉冲电流，对设备造成的影响。 2、如何规避汽车遭受雷击的风险 2.1分析了汽车受到雷击的几种情况，我们该如何规避这种风险呢？汽车不能像飞机一样做到完全对地绝缘。因此，为了将汽车遭受雷击产生的损失降到最低，汽车设备的等电位连接和线路屏蔽自然成了重点。 汽车外壳本身是一个良好的屏蔽体，可以基本保障内部的人员免受直击雷的危害。但是因为汽车接地电阻R较大，面临雷电脉冲以及雷电引起的感应高电位时，对于汽车内部的设备和线路，就需要专门的保护。我们可以对线路和设备安装两级保护模块式信号避雷器，当电路遇到暂态高电位时，可以瞬间连通，形成等电位。避雷器的参数应该选择得当。对于普通汽车，可参考以下避雷器参数。标称放电电流In=5KA、额定工作电压Un=5V，额定工作电流Is500mA。两级保护有很大的优点：一级保护采用的高通流容量元件可以对较大的雷电脉冲流进行泄放，二级保护使用的高灵敏元件可以对精密设备进行保护。但是，雷电的种类有很多，例如比较特殊的球形闪电。而且针对每一件个案，车体所处的环境和车本身的结构和质量也大相径庭，我们旨在尽量降低损害的后果。 所以我们除了应尽量使用质量好的车辆，还要定期请专人对车辆及其内部线路进行保养和维护。使车身的屏蔽和等电位保持在最佳状态。 2.2除了注意车辆本身的安全系数，我们也应避免车辆在雷暴高发时段，过多在空旷地区、湖边以及山区等雷暴高发地带逗留，尽可能找建筑物密集的地区躲避。如果车身顶部带有收音天线等设备，应收起天线，以免造成引雷效果。同时关闭收音机、导航等电子设备，减少因电磁脉冲损害的可能性。如果户外活动或旷野作业突然遭遇雷电天气，应迅速采取措施避险。就室外防雷而言，汽车往往是最理想的防护设施。野外作业一旦遇到雷电天气应躲在汽车里，但切记汽车不要开动，也不要把肢体伸出车外，身体应远离车门等金属，避免遭受雷电流伤害。如果车身难以避免的长期处在雷暴高发区域，应尽量使车辆远离水洼，等待雷暴减弱后，再继续行走。 参考文献：1、肖稳安，张小青. 2006雷电与防护技术基础北京：气象出版社 2、1983 中华人民共和国国家标准电子设备雷击实验