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[科技] 一小时连接6次闪电暴击，广州塔为何还能安然无恙？｜科技圆桌派

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狂鬼打功夫 发表于 2024-4-21 20:44:42 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
封面新闻记者 马晓玉
每当有雷雨出现时，很多广州市民就会看到600米高的广州塔与一条 “火龙”对接的震撼画面，这个画面被广州市民形象地称为广州塔在 “吸雷”。
近日，历来被称作“超大号避雷针”的广东塔又因1小时“被雷劈”6次而引发热议。4月20日19-20时，广州塔频繁接闪，闪电通道成像系统精准捕获6次闪电事件光学影像。广州市已升级气象灾害（雷雨大风）应急响应通知。
一小时连接6次闪电暴击，广州塔为何还能安然无恙？｜科技圆桌派 第1张图片


雷击广州塔。图源广东天气
为何广州塔在如此频繁的“雷劈”之下还没有“化成灰烬”？“小蛮腰”又到底能承受多大的雷击？4月21日，全国雷电防护标准化技术委员会顾问关象石向封面新闻记者解释道，“不用担心广州塔是否能承受多大和多少次的多重雷击，但是要特别注意‘二次雷’对电气和电子系统的损害。”
引雷针主动接闪
事实上，广东塔并不是“被雷劈”而是“主动接闪”。据了解，广州塔的塔尖安装了雷电防御保护装置——“引雷针”，这和一般建筑上安装的避雷针不同，引雷针主要安装在一个片区内相比其他建筑更高大的建筑物顶部。它与地面通过接地装置连接，形成导电通道。
在雷电天气来临时，引雷针能够利用自身的金属结构来吸引闪电，并将电流引入地下，保护建筑物本身及其内部的设备和人员免受雷电损害的同时，也可以降低广州塔周边建筑遭到雷击的概率。
一小时连接6次闪电暴击，广州塔为何还能安然无恙？｜科技圆桌派 第2张图片


掩入云端的广州塔。图源广州塔官方
那么，为何广州塔会频频接闪？关象石表示，“广州地处北回归线以南，属于南亚热带湿润季风区，热量和水汽充沛、雷雨多且季节长，接闪次数多是自然的。”
广东省雷电监测网统计数据显示，广州塔所处区域年平均雷击大地密度高达29次/（年·平方公里），属于强雷暴区。广州塔总高度600米，而产生雷电的积雨云层的高度是500米至800米，在雷雨天气里，广州塔上端正好位于雷云内部，加上尖端放电效应，广州塔在积雨云到来时，频繁 “接闪”就不可避免。
另一方面，这次广州塔接闪频繁也与近期广州的强对流天气有关。记者从中国气象局了解到，19日至20日14时，广东全省各级气象部门发布暴雨预警信号235站次，其中红色25站次，发布雷雨大风预警信号189站次。今明两天，广东中南部等地还将有8-10级雷暴大风或冰雹天气。
顶腰底均有防雷设计
有了顶部的引雷针，再加上腰部和底部的防护装置，广州塔的一共拥有三重防雷保护。根据广州塔公开宣传资料，早在建筑设计阶段，广州塔就委托广州市防雷设施检测所对闪电雷击风险作了评估，并请防雷专家专门制定了一整套防雷保护措施。
一小时连接6次闪电暴击，广州塔为何还能安然无恙？｜科技圆桌派 第3张图片


广州塔。图源广州市文化广电旅游局
广州塔防雷系统设计师、广州市设计院高级工程师林佩仰曾在采访中表示，由于广州塔塔身较高且顶部带有天线桅杆，从云层直接打到天线桅杆的直击雷是防雷首先要考虑的对象。
为此，设计师在天线桅杆上专门安置了防雷接闪装置，并在塔身顶部设计了避雷网格，由它和塔身金属钢外筒、塔底的接地网格共同组成雷电的传导线路。一旦发生直击雷电，云层传来的电流可以顺着天线桅杆传导到避雷网格，再沿着塔身金属钢外筒、塔底的接地网格传到地下，不对塔身造成伤害。
除了塔顶可能遭遇直击雷，高层建筑可能会发生侧击。关象石表示，越高的建筑物遭到侧击的概率越大。2020年4月13日，有目击者见到东方明珠顶部燃烧得像一支火柴。起火原因正是强雷侧击打中了塔顶发射天线，引起天线外罩燃烧。
考虑到侧面也可能被侧击雷击中，广州塔塔身的各楼层金属栏杆、金属门窗和玻璃幕墙等都直接跟塔身的防雷装置联结，且联结点不少于两处，确保侧击雷带来的电流也可以顺着防雷装置被引到地面。
在结构设计上，广州塔也充分考虑了防雷击的需求。塔身采用了钢筋混凝土和钢材的混合结构，这种结构不仅坚固耐用，而且具有良好的导电性。“广州塔利用塔顶的钢结构（引雷针）作为接闪杆；塔身的结构钢筋（垂直钢筋数不胜数）作为可利用的自然引下线；塔基内的钢筋网作为自然接地体，既安全可靠，又经济合理，这是完全符合国家和国际防护标准的，并且有很大的裕度。”关象石表示。
同时，广州塔还建设了雷电预警系统设备，用于监测广州塔附近雷暴云产生的大气电场，以及云间闪电和云对地闪电的发生情况，结合大气电场预警指标对广州塔塔顶户外游玩空间进行预警。当监测到雷电天气可能发生时，系统会自动启动防雷措施，如关闭部分设备、引导游客撤离等，以减少雷击带来的损失。
广州塔到底能承受多大雷击？
我们知道，闪电发生的电流通常可达上万安培，有的超级闪电的功率甚至可达几十几百亿千瓦，比三峡水电站同时间的能量释放高出百千倍。那么广州塔的这些防雷设计到底能承受多大的雷击？
对此，林佩仰曾直言：广州塔的防雷设计已经超过了现有建筑防雷技术标准的要求，部分设备的防雷能力甚至达到了军火仓库的程度。
“不用担心是否能承受多大和多少次的多重雷击。”关象石也坦言，“从外部防雷（又称直击雷防护）角度看，广州塔应该是安全可靠的，但是要特别注意‘二次雷’，即雷击电磁脉冲（LEMP）对电气和电子系统的损害。”
资料显示，雷击电磁脉冲是地闪回击过程产生的瞬时电磁场及其强大闪电流。建筑物内通常敷设着各种电源线、信号线和金属管道(如供水管、供热管和供气管等)，这些线路和管道常常会在建筑物内的不同空间构成环路。当建筑物遭受雷击时，雷电流沿建筑物防雷装置中各分支导体入地，流过分支导体的雷电流会在建筑物内部空间产生暂态脉冲电磁场。过强的LEMP对建筑物、人身和各种电气设备及管线都会有不同程度的危害。


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