雷电和静电安全及防护

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1、单元四 雷电和静电安全及防护雷电和静电有许多相似之处。雷电放电与静电放电都有一些相同之处；雷电和静 电的主要危害都是引起火灾和爆炸等。但雷电与静电电荷产生和聚积的方式不同、存 在的空间不同、放电能量相差甚远，其防护措施也有很多不同之处。本单元将分别介 绍雷电和静电的特点及安全防护知识。41 雷电安全雷电是一种自然现象，雷击是一种自然灾害。雷击房屋、电力线路、电力设备等设 施时，会产生极高的过电压和极大的过电流，雷电放电时，可能造成设施或设备的毁 坏，可能造成大规模停电，可能造成火灾或爆炸，可使电气设备绝缘击穿，使建筑物 造成破坏，使家用电器击毁，致人及牲畜死亡或受伤等。一、雷电的种类1、直击雷

2、直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。直击雷的 每次放电含有先导放电、主放电、余光三个阶段。大约50的直击雷有重复放电特征。 每次雷击有三、四个冲击至数十个冲击。一次直击雷的全部放电时间一般不超过500 ms2、感应雷感应雷也称作雷电感应，或感应过电压，分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感 应雷是由于带电积云在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷，在带电 积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线 路导线或导电凸出物的传播。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周 围空间产生迅速变化的强磁场在邻近的导体上产生的很高的感应

3、电动势。雷电感应过电压决定于被感应导体的空间位置及其与带电积云之间的几何关系。 雷电感应过电压可达数百千伏。3、球雷球雷是雷电放电时形成的发红光，橙光、白光或其他颜色光的火球。从电学角度考 虑，球雷应当是一团处在特殊状态下的带电气体。有人认为，球雷是包有异物的水滴 在极高的电场强度作用下形成的。在雷雨季节，球雷可能从门、窗、烟囱等通道侵入 室内。此外，直击雷和感应雷都能在架空线路或在空中金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的雷电冲击波。二、雷击的分类 雷击分为直接雷击和感应雷击两种。雷云对地面物体或人畜直接放电的现象叫直接 雷击；架空电缆或室外天线被空中带电云放电，形成的强电场的感生电

4、动势冲击家用 电器或电子设备的现象叫感应雷击。三、雷电参数 雷电参数是防雷设计的重要依据之一。雷电参数系指雷暴日、雷电流幅值、雷电流 陡度、冲击过电压等电气参数。1. 雷暴日 为了统计雷电活动的频繁程度，经常采用年雷暴日数来衡量。只要一天之内能听到 雷声的就算一个雷暴日。通常说的雷暴日是指一年内的平均雷暴日数，即年平均雷暴 日，单位d/a雷暴日数煎大，说明雷电活动煎频繁。山地雷电活动较平原频繁，山地雷暴日约为平原的3倍。我国广东省的雷州半岛 （琼州半岛）和海南岛一带雷暴日在80d/a以上，长江流域以南地区雷暴日约为4080d/a长 江以北大部分地区雷暴日约为2040d/a西北地区雷暴日多在20

5、d/d以下。我国各地雷雨季节相差也很大，南方一般从二月开始，长江流域一般从三月开始， 华北和东北延迟至四月开始，西北延迟至五月开始。防雷准备工作均应在雷雨季节前 做好。2. 雷电流幅值 雷电流幅值是指主放电时冲击电流的最大值。雷电流幅值可达数十至数百千安。3. 雷电流陡度雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。雷电流冲击波波头陡度可达到50kA/仇s,平均陡度约为30 kA/“So4雷击冲击过电压直击雷冲击电压可高达数千千伏。四、雷电的危害 由于雷电具有电流很大、电压很高、冲击性很强等特点,有多方面的破坏作用, 且破坏力很大。就其破坏因素来看，雷电的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以

6、及电磁效应。1 雷电的热效应雷电流在被击中物体内导致可观的焦耳热，使被击中物体内温度发生非常猛烈的 上升，结果导致被击中物体燃烧或熔化 。通常情况下，尽管雷电流的峰值很高，但由 于持续时间很短，只能产生局部瞬时高温，使雷击点处局部体积的金属发生熔化。对 于大体积的金属，雷电流产生的热效应的熔化能力是相当有限的。遭到雷击的架空明 线若线径较细就有可能断线，避雷针在经受雷击之后，针表面会留下小的坑点，对整 个避雷针并无大碍。如果雷击发生在易燃易爆场所，就会因高温而引起火灾。特别是 球形雷，所到之处，几乎都被烧焦。1987 年 5 月黑龙江大兴安岭火灾、1989 年 8 月黄 岛油库火灾、2002

7、年 8 月内蒙古大兴安岭火灾、今年 4 月云南大理的森林火灾都是雷 电引起的，造成的直接经济损失近 100 亿元。2 雷电的机械效应载有电流的一段孤立导体会受到沿半径方向向内的自压缩力。在导体表面磁场强 度达到很大时，将会出现强烈的的机械扭曲。 径向自压缩力也会使被雷击物体的温度 上升，但导致温升的主要因素还是雷电流产生的焦耳热。雷击物体时，材料的屈服点会由于焦耳热而降低，径向自压缩力有可能超过材料 的屈服点，从而使被击中物体材料发生形变，或使原本组合在一起的不同材料发生剥 离、分层或脱模。同时自压缩力也是产生球形雷的原因。在雷击，电流通道里面充满了炽热的空气 分子和正负离子，雷电流产生强大的

8、磁场，通道里面的正负离子在洛仑兹力的作用下 压缩通道，即：自压缩力。由于通道的部分差异，在通道比较脆弱的部位将断开，闪 亮的通道就变成了一个个火球，特别热的火球要比其他火球的存在时间长，我们能看 到的几乎就是一个特别热的火球，这就是我们看到的球形雷了。如果大多数的火球都 特别热，我们就会看到许多的球形雷成一串，就像一串珠子。因为通道自身还要受热 膨胀，所以不可能经常看到球形雷。两个载有电流的相邻导体存在相互作用力，作用力的大小与两导体电流的乘积成 正比，与导体之间的距离成反比。对于同一根载有雷电流的弯曲导体或金属构件，其 拐弯的夹角越小，受到的力就越大，容易将导线折断。因此防雷地线的走线方式应

9、尽 可能走直线路径，在必须拐弯的地方，应采取钝角并带圆弧向下走线，避免采用锐角 和直角向下走线。在地闪时，通道中既有强烈的空气游离又有强烈的电荷中和，通道中的瞬时温度 也相当高，使通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。 在冲击波前沿到达的地方，空气的密度、气压、和温度都会突然增大、产生剧烈的震动。这种冲击波与爆炸时产生的冲击波是类似的，可以使附近的建筑物、人、畜受到 破坏或伤害。3 雷电的过电压效应地闪发生之前，空中出现雷云。由于静电感应，正对雷云下方的地面（建筑物或 其它物体）会感应出异性电荷。如果雷云下方有大面积的金属建筑物，且对地绝缘，则在静电感应所引起的高电

10、压作用下，金属体对其下方的某些接地物体将会造成火花放电，导致设备和人员的损 坏和伤亡，还可能会引发火灾。如果顶部金属体的接地引线在某个部位断开或电阻过大，则在这些部位也将出现 高电压造成局部火花放电，危及建筑物内设备和人员的安全。要减小雷电静电感应的危害程度，就需要将建筑物顶部金属体良好接地，尽快将 感应电荷泄放入地。即使有引地线，由于雷电流具有大而且变化急速的特点，接地线 不可避免存在电感和电阻，也会在引地线上产生极高的电压。当雷电击中大树或者其 他的物体时，雷电流经过这些物体也会形成过电压。当雷电击中电力线路时，雷电流需经过电力线路泄入大地。即使雷电没有击中电 力线路，当雷击发生后，导线上

11、感应的异号电荷失去束缚，向导线两则流动。这些电 流通过线路侵入变电站或袭击电气设备，在设备上形成过电压。当过电压高于设备的 额定雷电冲击耐受电压时，设备就会损坏。4 雷电的电磁效应由于雷电流在50一100微秒的时间内，从0变化到几万安，再由几万安变化到0, 在其周围空间会产生瞬变的强电磁场。处于空间变化的强电磁场中的物体，由于电磁 感应,在其内部就会产生很高的感应电动势。但随着微电子技术的重大进展,超大规 模集成电路诞生,它的灵敏度极高等特点,使得其容易被损坏；同时闪电能辐射出频 率从几赫兹到几千赫的电磁波，有很宽的频带，其主要以5_10千赫兹的电磁辐射强 度最大。这些电磁波对通讯设备会产生严

12、重的危害,轻则干扰电视广播信号,重则扰 乱指挥系统,损坏仪器设备。雷击时,在与雷击发生处较近的地方,静电感应引起的 危害是主要的；在与雷击发生处较远的地方,电磁感应引起的危害是主要的。五、防雷分类 建筑物按其重要性、生产性质、遭受雷击的可能性和后果的严重性分为三类：1. 第一类防雷建筑物 凡制造、使用或储存炸药、火药、起爆药、火工品等大量危险物质的建筑物,遇电 火花会引起爆炸，从而造成巨大破坏或人身伤亡的建筑物，应划为第一类防雷建筑物。 例如，火药制造车间、乙快站、电石库、汽油提炼车间等。0区、10区及某些1区属于第 一类防雷建筑物。2. 第二类陈雷建筑物 下列建筑物应划为第二类防雷建筑物：(

13、1) 国家级重点文物保护的建筑物；(2) 国家级的会堂、办公楼、档案馆、大型展览馆、国际机场、大型火车站、国际 港口客运站、国宾馆、大型旅游建筑和大型体育场等。(3) 国家级计算中心、通信枢纽，以及对国民经济有重要意义的装有大量电子设备 的建筑物。(4) 制造、使用和储存爆炸危险物质 , 但电火花不易引起爆炸，或不致造成巨大 破坏和 人身伤亡的建筑物，如油漆制造车间、氧气站、易燃品库等。2 区、11 区及 某些1区属于第二类防雷建筑物。(5) 有爆炸危险的露天气罐和油罐。(6) 年预计雷击次数大于 0.06 次的部、省级办公楼及其他重要的或人员密集的公 共建筑物。(7) 年预计雷击次数大于 0

14、.3 次的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。3. 第三类防雷建筑物 下列建筑物应划为第三类防雷建筑物：(1) 省级重点文物保护的建筑物和省级档案馆。(2) 年预计雷击次数等于和大于 0.012次，小于和等于 0.06次的部、省级办公楼 及其他重要的或人员密集的公共建筑物。(3) 年预计雷击次数大于和等于 0.06 次，小于和等于 0.3 次的住宅、办公楼等一 般性民用建筑物。(4) 年预计雷击次数大于和等于 0.06 次的一般性工业建筑物。(5) 考虑到雷击后果和周围条件等因素，确定需要放雷的 21 区、22 区、23 区火 灾危险环境的建筑物。(6) 年平均雷暴日 15d/a 以上地区，高度为

15、 15m 及其以上的烟囱、水塔等孤立高 耸的建筑物。年平均雷暴日 15d/a 及 15d/a 以下地区，高度为 20m 及 20m 以上的 烟囱、水塔等孤立高耸的建筑物。六、防雷装置 避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器都是经常采用的防雷装置。一套完整的 防雷装 置包括接闪器、引下线和接地装置。上述的针、线、网、带都只是接闪器，而 避雷器是一种专门的防雷装置。七、防雷技术 应当根据建筑物和构筑物、电力设备以及其他保护对象的类别和特征，分别对直击 雷、雷电感应、雷电侵入波等采取适当的防雷措施。1. 直击雷防护（1）应用范围第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物的易受雷击部位应采取

16、 防直击雷的防护措施；可能遭受雷击，且一旦遭受雷击后果比较严重的设施或堆料（如装卸油台、露天油 罐、露天储气罐等 ） 也应采取防直击雷的措施；高压架空电力线路、发电厂和变电站等也应采取防直击雷的措施。（2）基本措施：装设避雷针、避雷线、避雷网、避雷带是直击雷防护的主要措施。 避雷针分独立避雷针和附设避雷针。独立避雷针是离开建筑物单独装设的。一般 情况下，其接地装置应当单设，接地电阻一般不应超过10Q，严禁在装有避雷针的构 筑物上架设通信线、广播线或低压线。独立避雷针不应设在人经常通行的地方。附设避雷针是装设在建筑物或构筑物屋面上的避雷针。如系多支附设避雷针，相 互之间应连接起来，有其他接闪器者 （ 包括屋面钢筋和金属屋面 ） 也应相互连接起 来，并与建筑物或构筑物的金属结构连接起来。其