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1、雷电形成的原因雷雨云雷雨云一般专业书中讲的雷雨云就是指积雨云。云的形成过程是空气中的水汽经由各种原因达到饱和或过饱和状态而发生凝结的过程。使空气中水汽达到饱和是形成云的一个必要条件，其主要方式有：水汽含量不变，空气降温冷却；温度不变，增加水汽含量；既增加水汽含量，又降低温度。1雷云由强大的潮湿的热气流不断上升进入稀薄的大气层冷凝的结果。强烈的上升气流穿过云层，水滴被撞分裂带电。轻微的水沫带负电，被风吹的较高，形成大块的带负电的雷云；大滴水珠带正电，凝聚成雨下降，或悬浮在云中，形成一些局部带正电的区域。雷云的底部大多带负电，它在地面上会感应出大量的正电荷。这样，在带有大量不同极性或不同数量电荷的
2、雷云之间，或者雷云与大地之间就形成强大的电场。随着雷云的发展和运动，一旦空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度就会发生云间或云对大地的放电。2雷电的放电过程雷电的放电过程包括三个阶段先导放电主放电余辉放电3+一次雷电放电可能有多个分量，但每个分量都包括三个阶段。 流注停顿形成先导，流注停顿形成先导，先导分级向前发展，先导分级向前发展，流注最后一次停顿后流注最后一次停顿后形成主放电，主放电形成主放电，主放电阶段产生了闪电和雷阶段产生了闪电和雷声，但仅有声，但仅有30%的电的电荷复合掉，荷复合掉，70%的电的电荷在余辉阶段复合。荷在余辉阶段复合。4注意！雷电同样会向平坦的海平面放电。5雷电放电
3、的种类1.直击雷2.感应雷3.传导雷6直击雷直击雷n直击雷：雷直接击于被击直击雷：雷直接击于被击物上，被击物可能是建筑物上，被击物可能是建筑物、树木或人等。物、树木或人等。n雷电流：雷流过低接地电雷电流：雷流过低接地电阻（小于阻（小于30欧）被击物时欧）被击物时的电流。的电流。n我国测得的最大雷电流幅我国测得的最大雷电流幅值为值为300KA。7感应雷感应雷n感应雷：由于电磁感应感应雷：由于电磁感应形成的电压升高。形成的电压升高。n感应雷幅值一般不超过感应雷幅值一般不超过500KV，对，对110KV及以及以上的线路不能构成威胁。上的线路不能构成威胁。n感应雷也是造成低压电感应雷也是造成低压电器设
4、备损坏的主要雷害器设备损坏的主要雷害之一。之一。8传导雷传导雷n传导雷：又称入侵波，传导雷：又称入侵波，是雷击于导线后，雷电是雷击于导线后，雷电流沿导线传播、并入侵流沿导线传播、并入侵被保护设备。被保护设备。n传导雷是造成低压电器传导雷是造成低压电器设备损坏的主要雷害之设备损坏的主要雷害之一。一。9雷电对人的危害方式在我国每年因雷击造成的人员伤亡估计在我国每年因雷击造成的人员伤亡估计为为30004000人财产损失估计在人财产损失估计在50100亿左右。亿左右。 1.直接雷击直接雷击 2.旁侧闪络旁侧闪络 3.接触电压接触电压 4.跨步电压跨步电压10人遭直接雷击的案例 参加足球赛的两名队员参加
5、足球赛的两名队员正并排站着相互盯着对方正并排站着相互盯着对方时遭到雷击，电流从头部时遭到雷击，电流从头部流到脚，虽然在两人身上流到脚，虽然在两人身上都未发现烧灼痕迹，但在都未发现烧灼痕迹，但在他们身体相邻侧留有树枝他们身体相邻侧留有树枝状电花图。救治无效，两状电花图。救治无效，两人死亡。人死亡。11接触电压接触电压两个妇女正在一棵高大的云杉树下避雨，闪电突两个妇女正在一棵高大的云杉树下避雨，闪电突然击中了那棵大树，当时一个人是背靠树站着，然击中了那棵大树，当时一个人是背靠树站着，她的衣服并未损坏，但在头右边有她的衣服并未损坏，但在头右边有4厘米厘米 4厘米厘米一块头发被烧焦了，变成了灰色。在这
6、块皮肤中一块头发被烧焦了，变成了灰色。在这块皮肤中有像擦伤的痕迹。在树干上树皮被烧坏很长的一有像擦伤的痕迹。在树干上树皮被烧坏很长的一条，长度是从树顶开始一直到离地约条，长度是从树顶开始一直到离地约158厘米的厘米的地方，正与死者身高相同。另一个妇女当时正用地方，正与死者身高相同。另一个妇女当时正用右手扶着那棵树，她仅失去知觉十到十五分钟，右手扶着那棵树，她仅失去知觉十到十五分钟，她的下肢有两三个小时不会动而且没有知觉，她她的下肢有两三个小时不会动而且没有知觉，她的身体以及脚上有烧伤，经过治疗，两天以后就的身体以及脚上有烧伤，经过治疗，两天以后就出院了。出院了。Take Care !12跨步电
7、压20002000年年6 6月月1717中午中午1212时时50555055分，上海分，上海 市郊一村民顾某和妻子在水稻田正在插秧市郊一村民顾某和妻子在水稻田正在插秧 时遭雷击，顾某当场身亡，距其时遭雷击，顾某当场身亡，距其3434米处米处的妻子双脚有发麻的感觉，据对雷击发生的妻子双脚有发麻的感觉，据对雷击发生现场观察，雷击点四周空旷，在周围现场观察，雷击点四周空旷，在周围150150200200米范围内无任何建筑物和高大的物体米范围内无任何建筑物和高大的物体（如树木等）。另据死者妻子讲述，雷击（如树木等）。另据死者妻子讲述，雷击发生时在死者身上有一团火光出现，除衣发生时在死者身上有一团火光出
8、现，除衣服湿透外，其他雷击痕迹不明显。服湿透外，其他雷击痕迹不明显。13旁侧闪络1、一个士兵骑车经过一棵树时被雷击中，他回忆当时的情、一个士兵骑车经过一棵树时被雷击中，他回忆当时的情景说：好像挨了一拳恨击，他看见一道火光从树向他射过景说：好像挨了一拳恨击，他看见一道火光从树向他射过来，自行车把带了电。他的皮肤完好无损，没有烧伤的痕来，自行车把带了电。他的皮肤完好无损，没有烧伤的痕迹。迹。 2、七个儿童在帐篷里避雨时，帐篷柱子被雷击中。五个幸、七个儿童在帐篷里避雨时，帐篷柱子被雷击中。五个幸存者都没反映受伤，但死亡的两个儿童左脸以及身体上都存者都没反映受伤，但死亡的两个儿童左脸以及身体上都有烧伤
9、的地方，在他们的小脚趾上都有电流流过的痕迹。有烧伤的地方，在他们的小脚趾上都有电流流过的痕迹。3、旁侧闪络是由于人与雷电流泄放通道之间的电位差较高，、旁侧闪络是由于人与雷电流泄放通道之间的电位差较高，引起气隙击穿造成的。引起气隙击穿造成的。 4、旁侧闪络一般发生在树下或金属附近，因而打雷时不要、旁侧闪络一般发生在树下或金属附近，因而打雷时不要在树下避雨也要远离金属等可导电物体。在树下避雨也要远离金属等可导电物体。14雷击使人伤亡的生理原因心跳停止心跳停止雷击致死的第一个重要生理效应是人的心脏停止供血，人的心脏有两个心室，左心室使血液流经全身，右心室使血液流经肺部，正常人的两个心室的肌肉都是同时
10、收缩和同时舒张以产生规律性的压力造成血液循环。当电流通过心肌时，破坏了这种协调，各心室独立工作，不做有规律的收缩，而是做软弱的不规则的颤动，医学上称为纤维性颤动。出现这种生理效应时，血液停止循环，约4分钟即可导致死亡。15呼吸停止呼吸停止电击的第二个生理效应是使呼吸停止。造成呼吸停止可分为两种情况。第一种是电流通过胸部，使肌肉收缩，阻碍了呼吸运动，由于电流持续时间不过是十分之几毫秒，所以人能很快恢复呼吸，没有生命危险。第二种则是雷电流通过脑下部的呼吸中枢，就要长期停止呼吸了。不过这种情况，常可以在雷击后进行人工呼吸抢救过来，只要没有停止血液循环或发生其他并发症就好。16雷击的急救方法1.人工呼
11、吸对于停止呼吸的人，要及早进行人工呼吸抢救工作，要有耐心，坚持一二天都有可能救活。人工呼吸越早越好，因为人脑缺氧时间超过十分钟就有致命危险。2.体外心脏按摩法17个人防雷知识打雷时尽量不要在户外活动，若在户外不要高举带金属的物体，不要在孤立的物体旁边或下面避雨，不要站在又高又尖的地方和水陆交界处。当在户外看见闪电几秒钟内就听见雷声时，说明正处于近雷暴的危险环境，此时应停止行走，两脚并拢并立即下蹲，不要与人拉在一起。在建筑物内不要靠近外露金属导体和电气设备，不要使用有外接天线的电视和收音机、不要打电话。18防雷的发展1.我国古代防雷技术2.近代防雷技术3.现代防雷技术19中国古代防雷人类对雷电采
12、取防护措施，最早人类对雷电采取防护措施，最早可追溯到可追溯到1212世纪。我国湖南尚存的世纪。我国湖南尚存的岳阳慈氏塔（约在岳阳慈氏塔（约在11001100年重建），年重建），自塔顶有六条铁链六个角下垂至地自塔顶有六条铁链六个角下垂至地面上一点高度，可用来防止雷击损面上一点高度，可用来防止雷击损坏。有的古塔还将此类铁链沉入井，坏。有的古塔还将此类铁链沉入井，实现良好接地。中国古代屋宇顶上实现良好接地。中国古代屋宇顶上的龙嘴伸出舌须，或许是人们寄希的龙嘴伸出舌须，或许是人们寄希望于防止龙抓（雷击）。望于防止龙抓（雷击）。 20“雷火炼殿”与防雷所谓“雷火炼殿”是指这样一种情景。过去，每当雷雨交加
13、时，武当山主峰天柱峰绝顶上的金殿周围雷声震天，电闪撕地，无数盆大的火球在金殿周围来回滚动，雨过天睛后，大殿金光灿烂，象被洗过一样，道士们认为这是天帝为了保持金殿的圣洁不被污染而进行的天工洗炼，从而使金殿更加完美。“雷火炼殿”是自然界雷电现象的正常反映，也是我国古代人们独具匠心的结果，一方面有防雷的效果，另一方面又使道教圣地武当山上出现了如此壮观的情景。21武当山地处华中腹地，气候温和，土壤肥沃，雨量适中，南北植物均能在这里生长，数千种植物组成的茫茫林海，郁郁葱葱，终年长青。武当山主峰天柱蜂，海拔1612米，登上天柱峰绝顶，人们仿佛进入了云端。雷雨天，云层与天柱峰绝顶更近，落雷时有发生。在这样一
14、座道教圣地的深山绝顶上建筑大殿，既要表现“雷公雨师”显灵的玄妙色彩，又要使建筑物有防雷效果。1416年秋，我国古代劳动人民在天柱峰绝顶上建筑了金殿。金殿面阔进深均为三间，高5.54米，长4.4米，宽3.15米，不仅规模宏大，而且全为铜铸鎏金。重檐迭脊，翼角飞举，脊饰珍禽异兽，堪称铜铸工艺的奇迹。武当山重峦迭嶂，气候多变，异常混乱的风向使云层之间摩擦频繁而带大量电荷。22金殿建在天柱峰绝顶上是一座庞大的导电体。每当大量带电积雨云向金顶运动时，云层与金殿顶部之间形成了巨大的电势差，又因为金殿顶部除脊饰外，曲率都不太大，当电势差达到一定数值时，就会使空气电离，产生电弧，这就是闪电。同时强大电弧使周围
15、空气剧烈膨胀而爆炸，于是电弧发生变形而形成火球，并发出雷鸣，这就出现了“雷火炼殿”的奇观。但是脊饰本身曲率较大，在一定程度上又起到了避雷针的作用，在电势差过大的时候，能使部分电荷放电，不会由于“雷火炼殿”的程序过猛而使金殿受压变形。金殿历经500多年风雨雷电，至今仍辉煌灿烂。它突出地表现了我国几千年来的优秀文化传统和中华民族特有的科学风姿。23电力系统避雷器的发展1.保护间隙2.管型避雷器3.普通阀型避雷器4.瓷吹阀型避雷器5.氧化锌避雷器24最原始的避雷器-保护间隙19世纪80年代末才出现了最原始的避雷器保护间隙。保护间隙是利用高温电弧使空气受热上升吹弧，和利用电弧自身产生的电动力吹弧，最终
16、使电弧熄灭。但保护间隙有：1.过电压消失后间隙流过工频续流；2.伏秒特性陡且分散性大；3.有截波产生等缺点。25管型避雷器20世纪20年代末，研制了一种能自动熄弧的管型避雷器。管型避雷器是利用工频电流流过间隙时使产气材料受热分解出大量气体吹弧，使电弧熄灭。管型避雷器的实质还是具有一定灭弧能力的保护间隙，因此同样有：伏秒特性陡且分散性大；容易形伏秒特性陡且分散性大；容易形成截波的缺点。成截波的缺点。20世纪80年代初我国研制了一种新型的管型避雷器。新型的管型避雷器是利用雷电流产气灭弧，因而没有续流。管型避雷器管型避雷器26普通阀型避雷器普通阀型避雷器的保护作用是利用SiC阀片的非线性特性，在过电
17、压下电阻变的很小，可大量泄放雷电流限制过电压。如果避雷器的残压低于被保护设备的冲击耐压被保护设备得到保护。而在雷电压过后电阻变大限制工频续流，在工频续流第一次过零时电弧熄灭。普通阀型避雷器不但可以使间隙可靠灭弧，还限制了截波的产生。27瓷吹避雷器磁吹避雷器是利用磁场使电弧旋转或拉长来加强去游离以提高灭弧能力的避雷器。建国初期我国电力系统使用的瓷吹避雷器都是苏改产品。到了1980年，我国的西安磁电厂生产出500KV的线路型（FCX）和电站型(FCZ)磁吹避雷器。28氧化锌避雷器磁吹避雷器只是通过改进间隙来改善避雷器的保护性能，而氧化锌避雷器则通过改进阀片来提高保护性能。氧化锌电阻片的通流容量为碳
18、化硅的4倍。氧化锌线性电阻的非线性非常优异。所以氧化锌避雷器具有保护特性好、通流容量大、动作反应保护特性好、通流容量大、动作反应快、结构简单、体积小和重量轻快、结构简单、体积小和重量轻等特点。29220KV110KV66KV35KV10KV6KV0.22-0.5KV0.22-220kV交流系统用瓷套式无间隙金属氧化物避雷器你看你看这是这是什么？什么？3033KV66KV110KV220KV35220kV交流输电线路用交流输电线路用复合外套有串联间隙氧化锌避雷器复合外套有串联间隙氧化锌避雷器33kV66kV110kV220kV35220kV交流系统用交流系统用复合外套无间隙氧化锌避雷器复合外套无
19、间隙氧化锌避雷器31输电线路的雷害方式1.雷击杆塔；2.雷击避雷线档距中央；3.雷电绕过避雷线直击导线（即绕击）；32架设避雷线是输电线路的基本防雷措施避雷线主要作用为防止雷直击导线；此外还有以下作用：1.对塔顶雷击起分流作用，从而减低塔顶电位；2.对导线有耦合作用，从而降低绝缘子串上的电压；3.对导线有屏蔽作用，从而降低导线上的感应电压。33输电线路的防雷性能输电线路的防雷性能的优劣主要由耐雷耐雷水平和雷击跳闸率水平和雷击跳闸率来衡量。雷击线路时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值称为“耐雷水平”，单位kA。线路的耐雷水平越高，线路绝缘发生冲击闪络的机会越小。100km线路每年由雷击引起的
20、跳闸次数称为“雷击跳闸率”，这是衡量线路防雷性能的综合指标。34线路型避雷器的应用为了减小线路的雷击事故，提高供电可靠性，自1980年开始，国外开展了应用避雷器来降低线路雷击事故的研究，并已成功应用到输电线路上。这是110kV的氧化锌避雷器35发电厂、变电所的防雷发电厂、变电所的防雷雷害可能来自两个方面：1.雷直击于发电厂、变电所；2.雷击线路，沿线路向发电厂、变电所入侵的雷电波。防雷措施：对直击雷的防护，一般采用避雷针和避雷线。对入侵波的防护，一般安装氧化锌避雷器。36氧化锌避雷器的发展1.氧化锌避雷器的优点2.当今电力系统对避雷器的要求3.无间隙氧化锌避雷器和有间隙氧化锌避雷器的性能比较4
21、.氧化锌避雷器的新课题37当今电力系统对避雷器的要求当今电力系统对避雷器的要求具有完全的防雷功能，即对雷电陡波和雷电幅值同样有限压保护作用；防雷保护作用下不会造成电力网接地故障或相间短路故障；防雷保护作用不应有短路电流或工频续流等工频能源浪费；动作特性应具有长期运行稳定性，免受暂态过电压的危害；应具有连续冲击保护能力；应具有较小的外型尺寸，小型轻量化更便于室内手车柜使用；应具有20年使用寿命；最好能带脱离器监察，当其失效时自动退出运行。38无间隙氧化锌避雷器和串间隙氧化锌避雷器无间隙氧化锌避雷器和串间隙氧化锌避雷器类型串间隙型无间隙型性能劣化只在串联间隙动作时才承受工作电压的作用，很少劣化，寿
22、命长长期承受工作电压的作用，寿命短残压适当提高荷电率，即减少阀片数，使残压降低比串联间隙的残压低故障安全性不需要特殊的故障脱落装置需要特殊的脱落装置通流容量通流容量大，有暂态过电压承受能力强的特点通流容量比串间隙的小，暂态过电压是其致命弱点绝缘配合裕度绝缘配合裕度小，与复合绝缘自串配合难不存在与绝缘子串放电特性配合的问题放电特性分散性比无间隙大稳定其它原则上有放电延时容易实现紧凑设计无放电延时39氧化锌避雷器的新课题1.高电位电阻片2.复合绝缘外套的老化问题3.机械耐受性能测试问题40高电位电阻片国内氧化锌电阻片梯度约200V/mm。而日本已研制出大容量、高梯度的氧化锌电阻片，梯度可达400V
23、/mm。研制出高电位梯度的电阻片，可以减小50的阀片体积和简化避雷器的结构。提高氧化锌避雷器的性能。41复合绝缘外套的老化问题自上世纪80年代开始研制复合绝缘外套避雷器以来，迄今复合外套避雷器在国内外都得到了广泛的发展。复合外套避雷器具有很强的耐污性憎水性和抗老化性，外壳不会因为电或热的过载作用而破裂或爆破，与传统的瓷套相比，复合外套避雷器的质量减轻了50，长度减少了25。复合外套避雷器空腔充硅橡胶，而硅橡胶老化问题严重，而且各材料膨胀系数不一样，易形成气体间隙，降低绝缘水平。向空腔充硅橡胶时会形成气泡，导致局部放电。42机械耐受性能测试问题以前避雷器的外套是瓷套，相对而言，瓷外套是“刚体”，
24、复合外套则为“弹性体”。进行机械负载实验时，瓷外套的断裂等于破坏，未断裂等于耐受，界限很分明。而对复合外套而言，断裂的情况的较少，更多的情况是变形（有弹性成份，也有非弹性成份）。何种变形是破坏？何种变形是耐受呢？界限极不分明。为了进行科学的判断，必须合理的规定破坏和耐受的分界线，这需要一定的研究和运行经验，目前都国很缺乏。更何况，变形还可能影响避雷器的密封、局部放电等其它性能。43雷电探测与定位系统雷电探测定位系统对方圆几十万平方公里内的云地闪定位，给出成闪的时间、闪电的准确位置及强度，它不仅为“躲”雷提供条件，而对电力系统及时消除雷击的祸害有非常重要的意义。例如，高压输电网的很多线路是在荒无
25、人烟、交通不便的山谷森林地区，线路被雷击损坏，查起来比较困难、费时，停电所引起的经济损失比线路本身的价值大得多，有了落闪点的信息，就可以迅速确定被雷击线路的地点，派人及时检修。44可控放电避雷针可控放电避雷针是武汉高压研究所经长期研究和大量的高压实验而取得的最新研究成果。它的保护原理：以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷，避免强烈的下行雷闪放电危害被保护对象。可控放电有针头、接地引下线、接地装置组成。它的针头不再是单针，而是由主针、动态环、贮能装置组成。45提前放电避雷针提前放电避雷针在欧洲普遍采用，已经标准化（NFC17-102）。相对于传统的避雷针来讲，该种避雷针不等雷电场强增加
26、到一定的程度就能够提前放电，保护半径更大，降低了每次接闪时的雷电流脉冲强度，减少了雷电感应引起的二次效应，更为安全。46半导体少长针消雷装置（SLE）半导体少长针消雷装置是一种新型直击雷产品。经科学实验和实际运行（已累计10000多塔年运行经验），其性能优于目前国内外各类防雷装置。SLE利用半导体材料的非线性，改变雷电发展过程，延缓雷击放电时间，减少雷电流的幅值和陡度，从而有效地保护了被保护物体及内部的各种强、弱电设备。半导体少长针的独特结构，在雷云电场下发生强烈的电晕放电，籍布满在空中的空间电荷产生屏蔽效应，并中和雷云电荷，以达到降低雷击发生的概率。47半导体少长针消雷装置半导体少长针消雷装置 限流避雷针限流避雷针 预防电避雷针预防电避雷针48无电磁辐射防雷装置避雷针有个严重的缺点，这就是在引导雷电流时辐射强烈的电磁射线。这种电磁射线对于以大规模集成电路芯片为核心的各种设备有致命的伤害。梅忠恕梅忠恕经过潜心研究，设计出一种新型的无电磁辐射防雷装置，采用的方法是在避雷针的外部设计装置了一个绝妙的屏蔽管。这样避雷针引到雷电流时产生的电磁射线就被完全屏蔽掉了，而不传播到周围空间。这就彻底解决了避雷针的电磁辐射干扰这个技术难题。49
