《雷電防護(hù)概述》

雷電防護(hù)概述

OutlineofProtectionagainstlightning1整理ppt前言

閃電是自然界強(qiáng)大的脈沖放電現(xiàn)象，地球上平均每秒鐘有100次，已成為十大自然災(zāi)害之一（地震、水澇、旱災(zāi)、雷電、瘟疫、泥石流、臺(tái)風(fēng)、冰雹、霜凍、病蟲(chóng)害）。

自然災(zāi)害都是低概率事件，一旦遇上，損失很大。不能僥幸。

直擊雷的高電壓、強(qiáng)電流侵入各處，襲擊人，破壞建筑物、輸電網(wǎng)，引發(fā)森林火災(zāi)（半數(shù)是雷擊引起的）是很常見(jiàn)的事。伴隨著雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)的作用（俗稱(chēng)感應(yīng)雷），通過(guò)金屬管道和電纜將雷電波（即閃電電涌，過(guò)電壓、過(guò)電流）引入控制系統(tǒng)。隨著控制系統(tǒng)的集成化程度與對(duì)雷擊敏感度水平在同步提高，因此雷擊電磁脈沖的危害日趨嚴(yán)重。而且間接損失遠(yuǎn)大于直接損失。

2整理ppt1雷電的基礎(chǔ)知識(shí)

1.1雷云結(jié)構(gòu)和雷電的分類(lèi)帶電云層生成的三個(gè)條件：水汽充沛、地表氣溫高、垂直氣流對(duì)流旺盛。由于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，無(wú)法模擬帶電云層的生成，所以許多科學(xué)家提出了各種帶電云層生成的的假說(shuō)。

在大氣中有帶正電的冰晶和帶負(fù)電的水粒，由于它們的比重不一，于是形成了一種氣流，使得帶正電的冰晶和帶負(fù)電的水粒分離，形成一部分帶正電和一部分帶負(fù)電的雷云。

3整理ppt1）片狀雷

（云間放電，占95%，對(duì)電子信息系統(tǒng)構(gòu)成威脅）由于異性電荷的不斷積累，不同極性的云塊之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不斷增大；當(dāng)某處的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了空氣可能承受的擊穿強(qiáng)度時(shí)，就形成了云間放電。不同符號(hào)的電荷通過(guò)一定的電離通道互相中和，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱。放電通道所發(fā)出的這種強(qiáng)光稱(chēng)之謂“閃”。而通道所發(fā)出的熱，使附近空氣突然膨脹，發(fā)出霹靂的轟鳴，人們稱(chēng)之謂“雷”。4整理ppt2）線狀雷

(云對(duì)地放電，占5%,對(duì)建筑物和信息系統(tǒng)均構(gòu)成威脅）通常下部的雷云帶負(fù)電，上部的雷云帶正電，由于靜電感應(yīng)使地面積聚正電荷，從而使地面與雷云之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到2500～3000kV/m）。和云間放電一樣，當(dāng)某處積聚的電荷密度很大，造成電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣游離的臨界值，就為線狀閃電落雷的發(fā)展創(chuàng)造了條件。5整理ppt下行閃擊可能的雷擊組合6整理ppt上行閃擊可能的雷擊組合7整理ppt3）球雷球狀閃電特指雷電過(guò)程中發(fā)生的一種運(yùn)動(dòng)著的發(fā)光球，看上去像一團(tuán)火球。

特點(diǎn)：直徑10～100cm；呈橙色和紅色，亮白色，也有黃色、藍(lán)色和綠色；存在時(shí)間約10秒左右；可以水平運(yùn)動(dòng)(隨風(fēng)而飄），也可垂直降落；

一般不傷人。（占云對(duì)地放電中的8%，1983年8月15日，北京焦化廠被球雷燒毀兩個(gè)100立方米的酒精罐）8整理ppt感應(yīng)雷示意圖

9整理ppt電話2km

數(shù)據(jù)線纜TV230/400VMCR110kVABCCompany移動(dòng)基站雷電流傳播的途徑和危險(xiǎn)半徑10整理ppt關(guān)于危險(xiǎn)半徑2km的討論

1）全球公認(rèn)（見(jiàn)【德】PeterHasse低壓系統(tǒng)防雷保護(hù)，第7頁(yè)）。2）首次雷（強(qiáng)度最大）的主頻率約為25kHz，因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)和傳播速度以及頻率的關(guān)系如下式所示。

λ=c/f

式中：c--傳播速度（3×108m/s）；

f--頻率（Hz）。

近場(chǎng)的邊界距離為λ/2π，所以

λ/2π=c/(2πf)=3×108/（2×3.14×25×103)≈2(km)11整理ppt3）在無(wú)屏蔽時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度：

Ho=io／（2·л·Sa）（A／m）式中：io──雷電流（A）；

Sa──雷擊點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)之間的平均距離（m）。

設(shè)：io=200kA,Sa=2km,

則Ho=200/（

2·л·2）=16（A／m），一般的電子設(shè)備能夠承受。

筆者認(rèn)為危險(xiǎn)半徑為1km左右,此時(shí)H0=32（A／m）。12整理ppt1.2雷擊（云對(duì)地）的選擇性

放電——即位能的釋放，總是沿著易導(dǎo)電路程（阻抗?。┑牡胤?。例如：1）高大建筑物的尖頂（因?yàn)樵撎幍撵o電感應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大）；2）曠野中的突出物，即便不高，因?yàn)楣铝?、突出?）潮濕的土壤（因?yàn)殡娮杪实停?）金屬結(jié)構(gòu)的建筑物，包括金屬線纜等（因?yàn)榫哂辛己玫膶?dǎo)電性能）；5）高層建筑物有遭側(cè)擊雷的可能，即天面以下，地面以上。（案例：2004年6月26日，浙江臨海市杜橋鎮(zhèn)，在5棵大樹(shù)底下的簡(jiǎn)易塑料棚，死17人，傷13人）

13整理ppt旁側(cè)閃絡(luò)

旁側(cè)閃絡(luò)是受害人根本沒(méi)有直接接觸受雷擊的物體，只是在它的附近，而直接被雷擊的物體的高電壓擊穿附近的空氣觸及受害人。（安全距離一般為5m）電位分布曲線14整理ppt旁側(cè)閃絡(luò)的例子（1967年6月24日，北京和平里）

U2=U1C1/(C1+C2)毛巾架曬衣鐵絲曬衣架U1C1C2U215整理ppt1.3外部防雷裝置的基本原理——引雷入地

它包括三個(gè)部分：1）接閃器；2）引下線；3）接地體。接閃器的四種形式：1）接閃桿（避雷針）；2）接閃線（避雷線，用在高壓線路上）；3）接閃帶（避雷帶，沿屋頂四周）；4）接閃網(wǎng)。（現(xiàn)還有“絕緣防雷”之說(shuō)，依據(jù)是山西應(yīng)縣的67.13米高的木塔已900多年安然無(wú)恙。）16整理ppt山西應(yīng)縣木塔17整理ppt1.4接閃桿的保護(hù)范圍接閃器引下線接地系統(tǒng)保護(hù)角h滾球半徑rW為網(wǎng)格尺寸W-保護(hù)角18整理ppt避雷針的保護(hù)范圍

英、日標(biāo)準(zhǔn)：

對(duì)于單支避雷針的保護(hù)范圍可以近似認(rèn)為：以尖頂為中心的45o錐體內(nèi)的空間。

我國(guó)的確定方法：

滾球法.19整理ppt1.5滾球法

Hr(擊距)I(雷擊電流)建筑物20整理ppt雷閃的電氣-幾何模型

在該模型中，雷擊先導(dǎo)的發(fā)展起初是隨機(jī)的，直到先導(dǎo)頭部足以擊穿它與地面目標(biāo)間的間隙時(shí)，也即先導(dǎo)與地面目標(biāo)的距離等于擊距時(shí)，才受到地面影響而開(kāi)始定向。滾球法是基于以下的雷閃的數(shù)學(xué)模型（電氣-幾何模型）：hr=10I0.65式中：hr——雷閃的最后閃絡(luò)距離（擊距），即所謂的滾球半徑（m）

I——雷擊電流的幅值（kA）。21整理ppt

滾球法就是將雷擊地面或地面物體的過(guò)程，等值地描述為一個(gè)以擊距為半徑的假想球體從天而降，沿隨機(jī)路徑逼近地面或地面上的物體時(shí)，球體所能接觸到的物體都有可能遭受雷擊；球體最先觸及的且處于地電位的點(diǎn)是最可能的雷擊點(diǎn)（如接閃桿）。反之，滾球不能接觸到的地方，則可認(rèn)為是由建筑物的接閃器能夠保護(hù)的區(qū)域。

22整理ppt滾球半徑表建筑物防雷類(lèi)別滾球半徑hr(m)避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸(m)

第一類(lèi)防雷建筑物30≤5×5或≤6×4

第二類(lèi)防雷建筑物45≤10×10或≤12×8

第三類(lèi)防雷建筑物60≤20×20或≤24×16hr=45mhr=30mhr=60m滾球法確定外部防雷的保護(hù)范圍制造、使用、貯存炸藥、火藥、煤氣等大量爆炸物質(zhì)的建筑物。文物保護(hù)建筑和有大量電子設(shè)備的建筑，具有2區(qū)或11區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物。一般性的民用和工業(yè)建筑、甲級(jí)辦公樓和一些高聳的建筑物（如水塔、煙囪等）。23整理ppt雷電流與滾球半徑

參數(shù)單位防護(hù)等級(jí)一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)最小峰值電流kA51016滾球半徑m304560據(jù)統(tǒng)計(jì)，滾球半徑為30m時(shí)，涵蓋了97%的雷擊。滾球半徑為45m時(shí)，涵蓋了93%的雷擊。滾球半徑為60m時(shí)，涵蓋了80%的雷擊。24整理ppt2雷電活動(dòng)區(qū)、雷電防護(hù)區(qū)和防護(hù)措施分級(jí)2.1雷電活動(dòng)區(qū)雷電活動(dòng)區(qū)的強(qiáng)度是根據(jù)年平均雷暴日的多少進(jìn)行劃分的。年平均雷暴日的確定，原則上依據(jù)裝置所在地區(qū)的氣象部門(mén)提供的數(shù)據(jù)，也可參照由國(guó)家公布的當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤铡０吹貐^(qū)年平均雷暴日多少，宜將雷電活動(dòng)區(qū)劃分為：a.少雷區(qū)：年平均雷暴日在25天及以下的地區(qū)；b.多雷區(qū)：年平均雷暴日大于25天，不超過(guò)40天的地區(qū)；c.高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過(guò)90天的地區(qū)；d.強(qiáng)雷區(qū)：年平均雷暴日超過(guò)90天以上的地區(qū)。

25整理ppt上海、沈陽(yáng)、杭州的年平均雷暴日（d/a）地區(qū)地區(qū)氣象部門(mén)提供的數(shù)據(jù)《中國(guó)地面氣象資料》統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)上海49.928.4沈陽(yáng)31.526.9杭州4337.631.526整理ppt2.2雷電防護(hù)區(qū)(LPZ)的劃分

劃分的目的:在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行雷電電磁脈沖防護(hù)時(shí),為采取相應(yīng)的防雷措施和配制防雷器件的方便，將被保護(hù)設(shè)備、系統(tǒng)所在的空間由外到內(nèi)分為不同的雷電防護(hù)區(qū)（LPZ）。

劃分的原則:遭直擊雷的可能性大小；空間電磁場(chǎng)強(qiáng)度衰減的程度。27整理ppta.直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZ0A）：本區(qū)內(nèi)的各物體完全暴露在外部防雷裝置的保護(hù)范圍之外，均可能遭直擊雷，電磁場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有衰減。b.直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0B）：本區(qū)內(nèi)的各物體處在外部防雷裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)，很少遭到大于所選定的滾球半徑的直擊雷，電磁場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有衰減。c.第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭直擊雷，由于建筑物的屏蔽措施，流經(jīng)各類(lèi)導(dǎo)體的雷電流比直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZ0）要小，電磁場(chǎng)強(qiáng)度得到了初步的衰減。d.第二防護(hù)區(qū)（LPZ2）：進(jìn)一步減小所導(dǎo)引的雷電流或電磁場(chǎng)的后續(xù)防護(hù)區(qū)。e.后續(xù)防護(hù)區(qū)（LPZn）:需要進(jìn)一步減小雷電電磁脈沖，以保護(hù)敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)防護(hù)區(qū)。28整理ppt空間劃分為不同的防護(hù)區(qū)的一般原則

（但不一定要有實(shí)物界面）

29整理ppt一座內(nèi)置控制系統(tǒng)的建筑物劃分為幾個(gè)雷電防護(hù)區(qū)LPZ0ALPZOALPZ0ALPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ1LPZ1LPZ1LPZ1LPZ2LPZ1LPZ3機(jī)柜屏蔽室接閃器30整理ppt一種不適用于控制系統(tǒng)防雷的等電位31整理pptLPZ0ALPZ2計(jì)算機(jī)機(jī)房LPZ0B外部防雷裝置在LPZ0A,0B

和LPZ1界面上的等電位連接排1LPZ1電纜電線在LPZ1和LPZ2界面上的等電位連接排2

兩層屏蔽的等電位連接屏蔽房間2屏蔽建筑物1接地裝置系統(tǒng)32整理ppt一個(gè)”避雷網(wǎng)“雷擊防護(hù)系統(tǒng)情況下的雷擊防護(hù)區(qū)屏蔽建筑物L(fēng)PZ0BLPZ0ALPZ1接地系統(tǒng)LPZ0B引下線原理接閃器例子接地系統(tǒng)建筑物L(fēng)PZ1LPZ0BLPZ0ALPZ0B接閃器33整理ppt一個(gè)”建筑物本身“雷擊防護(hù)系統(tǒng)情況下的雷擊防護(hù)區(qū)屏蔽建筑物L(fēng)PZ0A原理例子LPZ1接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)建筑物L(fēng)PZ1LPZ0A引下線LPZ0BLPZ0B接閃器34整理ppt建筑物外部的電子設(shè)備系統(tǒng)的雷擊防護(hù)區(qū)和在分區(qū)界面的連接energie-ü屏蔽房間MLPZ1LPZ1LPZ0ALPZ0ALPZ3滾球半徑20mSEMPLEMPLEMPLEMPLPZ0BLPZ0BLPZ0BüüüüüüüüLPZ2LPZ2通風(fēng)裝置電源系統(tǒng)信息，通信網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備

I類(lèi)SPD(避雷器)üII和III類(lèi)SPD

(浪涌保護(hù)器)üü35整理ppt2.3雷電防護(hù)等級(jí)（LPL）

目的:雷電防護(hù)措施的分級(jí)即雷電防護(hù)等級(jí)（LPL），它是用相關(guān)雷擊電流參數(shù)去設(shè)計(jì)防護(hù)措施的，其目的系防護(hù)措施的設(shè)置應(yīng)按雷電防護(hù)等級(jí)而有合理的差異?？刂葡到y(tǒng)所在建筑物直接雷擊防護(hù)措施(雷擊防護(hù)系統(tǒng))可按《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50057-2010）》分為一類(lèi)、二類(lèi)、三類(lèi)。

控制系統(tǒng)雷電電磁脈