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1、1分类号：分类号： UDC：编编 号：号：绝缘避雷可行性研究绝缘避雷可行性研究论文作者姓名：申请学位专业：申请学位类别：指导教师姓名（职称）：论文提交日期：2绝缘避雷在实际生活中的可行性分析绝缘避雷在实际生活中的可行性分析摘摘 要要雷击灾害是一种自然灾害，人们通过积极防雷，可减少雷害的发生。防雷 保护对象主要有：人、建(构)筑物和设备。随着信息时代的到来，高科技的迅 猛发展，先进的测量、保护、监控电信和计算机等微电子产品的日益广泛使用， 雷击灾害出现了新的情况，即出现频繁，波击面扩大。现代防雷要进行全方位 综合防雷，才能更有效地减少雷害所带来的损失。 大量研究表明，绝缘避雷对于建筑物和设备上的
2、防雷应用是不可行的，但 是在人的防护中却是有可行性的。 本文通过对建筑物和人的防雷来证明绝缘避雷的实际应用问题和可行性问 题。关键词：关键词：绝缘避雷；建筑物的防雷；可行性3目目 录录1.引言引言.- 1 -1.1课题背景课题背景.- 1 -1.2绝缘避雷的理论形成绝缘避雷的理论形成 .21.3课题研究内容课题研究内容 .21.4课题研究意义课题研究意义 .22.雷电雷电的的形成形成.23.绝缘防雷在建筑物中的应用绝缘防雷在建筑物中的应用.54.4.绝缘防雷在其它方面的应用绝缘防雷在其它方面的应用.75.总结与讨论总结与讨论.8致致 谢谢.9- 1 -1.引言绝缘避雷是指给被保护的人或物、覆盖
3、电阻很大而耐压很高的绝缘物，以 避免雷电袭击或减少雷击概率的理论和方法。它是以雷电一定是通过电阻最小 的通道入地的原理为前提的。避雷与治水的道理相似，也要“疏” “堵”结合。 绝缘避雷与富兰克林提出的以避雷针为代表的“引雷入地”相辅相成， “疏” “堵”结合，构成了防直接雷的完整体系。 要达到绝缘避雷有两个条件必须满足：一是绝缘材料必须有很高的耐压， 能承受住雷电来临时加在它两端的高电压；二是加了绝缘材料后，该通道的电 阻必须远大于雷雨来临时周围空气或其它物体通道的电阻。 大量研究表明，在现阶段真正能做到绝缘避雷的实例很少，在绝缘材料的 选择上也无法估计。 1.1 课题背景自从富兰克林通过金属
4、线上系风筝，以 生命为赌注研究大气电物理建立了雷电理论， 发明了避雷针。随着工业化的发展，高炉烟 卤建筑物上都装有防雷装置。发电机变压器 的发明和电话在生活中的应用，人类在电气 化时代又屡着雷击，由直击雷击伤击毁生命 和财产发展到通过金属线特别是电线和电话 线进行了感应雷和高电压反击，人们为此制 造了间隙串联熔断器、各国先后制订了防雷 规范。并纳入由国家或独立机构进行的技术 管理和监督中，国际合和让防雷科学技术得 到了发展。然而道高一尺，魔高一丈，二下世纪七 十年代以来，半导体技术发展特别是大规模 集成电路的应用，尤其是计算机通信系统， 微爱信系统中的大规模集成电路于由电压低 （5V，15V
5、或者更低）耐不了过电压的过电 流的冲击，雷击尤其是感应雷又频频光顾，造成的损失甚至超过设备本身的价 值，各种高层建筑地拔而起，遭雷害造成的损失也相当大。防雷老问题又遇到 了新麻烦。 一般而言，雷电活动以季节上看，夏季最活跃，冬季较少，从地区分布上 看，赤道最活跃，随纬度升高而减少。以雷电日计算，我国根据多年统计得出 的平均雷电日，西北 15 日以下，长江以北包括东北在 15-40 日之间，长江以南 地区达 40 日以上，雷州半岛和海南岛是雷电活动最剧列的地区，达 120-130 日， 总体上讲我国的雷活动很强。借助无线电技术统计出的雷闪频数（即 1000KM 内一年内发生的雷闪击次2数）和中国
6、的雷电日成线性关系，也证明了这一点。因此，将防雷工作搞好，亡羊补牢犹为晚，雷击虽然厉害，但因其有预兆， 可以尽量减少减轻雷击造成的损失。1.2 绝缘避雷的理论形成近年来对于绝缘防雷的问题，引起了不少人的兴趣，甚至还有人希望迅速 将其应用于建筑物防雷的实践中去。赞成这一举措的人，无外乎基于以下的一 些依据：其一是在我国一些古建筑（如山西应县木塔，浙江宁波的天童禅寺等） 经历了数百上千年的雷雨考验，从未遭受过雷击，据实地考察这些建筑的构件 均是采用绝缘良好的材料（如木结构） 。其次是从各国积累的资料来看雷击是有 较明显的选择性。统计数据表明绝大部分的雷击均是发生在入地电阻较小的地 方。再从理论上分
7、析，赞成绝缘防雷的人认为，在采用了绝缘防雷的措施后， 在雷云来临时能阻止地面感应电荷通过绝缘材料形成上行先导，从而达到避免 雷击的目的。1.3 课题研究内容本文通过对建筑物和人的防雷来证明绝缘避雷的实际应用问题和可行性问 题。为大家在绝缘避雷这个方面提出一些建议和理解。1.4 课题研究意义让人们知道事物的两面性，绝缘防雷的局限性。2. 雷电的形成2.1 自然界的自由电荷自然界的自由电荷 在电子学中，当人们研究电的现象时发现构成物质的微单元的原子中，围绕原子核高速旋转的外层电子易受外界条件的影响而逸出，使原子缺少电子或者自由电子单独存在而对外部形成电场的带电现象。 金属导体和绝缘体的内部结构区别
8、在于：金属导体中的自由电子内部引力较弱，而绝缘体内部引力较强。所以在金属导体环路中，如加上一种使自由电子逸出的力量（这个力量我们叫电压） ，由于环路中电压的存在，金属中的电子产生位移式的流动，不过金属内的正负电荷量的绝对值是相等的，一旦去掉加3在环路中的电压，环路立即处于中性，没有电子的流动，不再产生电场。4对非环路的金属，比如两块相互平行的金属板，它们之间以空气为介质，如在这两块板上加上电压，金属导体中的电子按同性相斥，异性相吸规律，使电子向一面流动，产生电场，这种现象称为静电现象。这时对某一块金属来说，它们电荷的正负电量的绝对值就不相等了，这时如去掉加在其上的电压，它不像环路那样呈现电中性
9、，却仍保持带电性质，仍然有电场的存在，但是随着时间的推移，这个电场会自然消失。正统的理论解释为 A 片金属的电子通过介质层逐步释放给 B 片金属的结果，这是以环路电流理论为依据的论点。但是，如果将两块已充了电的金属块瞬间拉开到不可能从 A 向 B 释放电子的距离，两块金属会不会永久性地带电呢？事实告诉我们，随着时间的推移带电现象也随之消失，这是什么原因呢？教科书上提到的摩擦起电现象，即绝缘体相互摩擦后，绝缘体出现带电现象，在这种情况下，是否需要两件物体再接触一下才能使绝缘体呈现带电中性呢？事实并非如此，这些悬于空间的带电物体，不管带电性质如何，只要与大地接触一下，带电现象就立即消失。因此这种现
10、象告诉我们，在自然界中，A 给 B 的电荷，A 不必从 B 收回，B 多余的电荷也不一定向 A 输出，这与金属环路电流理论是不相同的。同时可以推定，自然空间（包括大地在内）各种物体电荷的拥有量的绝对值是不相等的，就是说自然界拥有巨大的自由电荷量。 自然界之所以拥有大量的自由电荷，从电势形成概念而言，有电磁效应、化学效应、摩擦起电及射线等诸方面原因，现代科学可以做到测量人脑电流的运动来判断脑的活动。自然界的自由电荷的成因，用能量守恒定律来规范，可以这样说：凡有物质运动的地方（包括宇宙射线） ，就会产生电子运动并形成自由电荷，这是一种能转换成另一种能的变换过程，所以自然界物质的运动是自然界产生自由
11、电荷的根源。 所谓自然界，包括天空与大地这样广阔的空间，这个空间不存在电荷的中性，就大地而言，我们称之为零电位，但大地本身因物质的运动其电位并非为零，它拥有大量的自由电荷，我们可以做一个简单的小实验：用一副耳机，或者一只毫伏表，两根同金属性质的金属棒，在一定距离内分别将金属棒插入地下，棒与棒之间用耳机可以听到地电荷的噪音，如果接上毫伏表发现有电压指示，而这种指示不因放电时间的加长而消失，单线传输的电话线路，电话的耳机里的噪音也连续不断，这些都说明大地自由电荷的存在。当然用上述方法无法测量天空自由电荷，但是我们用长波和中波收音机收听电台时，噪音干扰也连续不断，以此证明，天空中有不断的放电现象，说
12、明天空中存在丰富的自由电荷，同时又能形成一定强度的电场放电。 这里反复地论证自然界存在自由电荷，其目的是要解释雷电产生的根源，5因为教科书上的环路理论不能对雷电成因进行解释。 62.2 雷电场的产生雷电场的产生 雷电的能量是巨大的，在人类活动中，任何单一的电站所发出的电能不可能产生一次雷电所释放的能量，那么这样大的能量积聚是怎样形成的呢？ 上面说过，由于物质的运动自然界产生巨大的自由电荷，当然这些自由电荷是产生雷电的根源。从电子学中得知，要形成一个强大的电场，一定是其中一方是同性质电荷的积累，但是在天空中空气是绝缘的，同性质的电荷又相斥，它们不可能积聚在一起，不可能形成能量的集中，天空中的物质
13、受气流、宇宙射线的影响而产生自由电荷，且不断增加，在大气层的挤压下向太空高层运动，形成一个电离层，这个电离层是含单性电荷的电子层，其电场的能量是不可估量的。 当大气层中出现潮湿的空气，在上升阶段又遇冷空气结成水状云块时，由于云块可看成是一个整体的导体，在电离层电场力的作用下，云层中的电子推向面向地的一端，虽然云块正负电荷的绝对值相等，但实际上形成了一个静电场，在晴天，云块远距地面而且云块与大地间潮湿空气较稀，它们之间介质绝缘程度较高，不易发生击穿放电现象，但是在雨天，特别是热雨季节，由于云层下降，空气潮湿，在此条件下带电云块击穿空气向大地放电而形成雷电。 雷电不单纯是空间对地放电，往往在空间也会形成雷电。这是因为带电云块在空间的位置较高，当地面的潮湿空气急速上升时，它与带电云块形成的电场在空间放电，形成高空雷电。 上面说过，云块受电离层电场力的作用产生静电现象，这些云块向地放电以后，其本身产生电离即云块的正负电量的绝对值不相等，形成带电现象，带电云块随着气流运动与另一云块形成电场，当它们逐渐接近时产生放电现象是形成空中雷
