《雷電防護知識》PPT課件.ppt

1、,雷電及防護,云南希普防雷工程有限公司 2006年4月,雷電,雷電是一種大氣中的放電現(xiàn)象。 雷擊是指：一部分帶電云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電云層對大地之間的迅猛放電過程。 這種迅猛放電過程產(chǎn)生強烈的閃光和巨響。,雷電的產(chǎn)生,在大氣層中，云層間或云和地之間的電位差增大達到一定程度時，即發(fā)生猛烈放電現(xiàn)象（閃電）。 雷電的產(chǎn)生首先與大氣層中的云有關，如層積云、雨層云、積云、積雨云等，最重要的則是積雨云，氣象專業(yè)書中講的積雨云就是指雷雨云。,雷電的產(chǎn)生,在積雨云的生成與發(fā)展的同時，云體會帶有大量電荷，一般云體上部帶正電荷，中部和下部帶負電荷，底部又有一部分帶正電荷。 有的區(qū)域電位梯度大到

2、每厘米幾千伏特，甚至上萬伏特時，才會有閃電發(fā)生。 每次放電時的電流強度平均有2萬安培左右，放電時間很短，總的持續(xù)時間一般為0.2秒；個別的可達1.5秒。 閃電有枝狀、球狀、片狀、條狀等多種形狀，但經(jīng)常見到的是枝狀閃電，其平均長度是2-3公里，也有可達20-30公里的。 在閃電的同時，放電的路徑上空氣的溫度瞬息間可以增高幾萬度，空氣因急劇增熱而膨脹就會引起空氣的劇烈振動、沖擊、爆炸，產(chǎn)生強烈的雷鳴（打雷），亦稱雷暴。 由于光速比聲速快，故先見閃電，后聞雷聲。雷暴在氣象學里，分鋒面雷暴、氣團雷暴、對流性雷暴、平流性雷暴。,2、雷（雨）云中電荷分布結構受地理位置影響,（1）電荷分布狀況不相同；,（2

3、）集中區(qū)高度不相同；,（3）溫度分布不相同；,（4）云體尺寸大小不相同。,1、感應起電學說：,雷（雨）云的起電機制,1、感應起電學說： 水滴（也可能是冰晶、雹粒）在垂直大氣電場中感應電荷，下端為正、上端為負 ，與大氣中上升的負離子的電荷中和，使水滴帶負電，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。,2、溫差起電學說：,冰塊中同時存在氫離子（ H + ）和氫氧根離子（ OH ），由于冰塊兩端溫度不同，會產(chǎn)生發(fā)生離子擴散現(xiàn)象。氫離子質(zhì)量輕，擴散快，冷端呈現(xiàn)帶正電。在對流氣流和重力的作用下，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。,雷（雨）云的起電機制,破碎起電學說,由于大氣電場的感應極化， 大水滴下降時，受到氣流作

4、用發(fā)生破碎形成許多小水滴和幾個較大水滴。小水滴帶負電，較大水滴帶正電。由于云中的電荷增多，大氣電場又增大，如此循環(huán)，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。,凍結起電學說,云中冷水滴與雹粒接觸時，過冷水滴有了凝結核，發(fā)生相變，迅速變成冰。釋放的潛熱又使冰的外殼破裂成冰屑，冰屑帶正電隨氣流上升，較大的水滴帶負電留在原地或約下降，形成雷（雨）云起電后的電荷分布。 雷（雨）云中部溫度在 0 -10 0 C ，是過冷水滴最多的區(qū)域，所以中部負電荷較多。,閃電及分類,1、閃電：指雷（雨）云中不同部分之間聚集的電荷形成的電場（可達幾百萬伏/米），把云內(nèi)或云外的大氣層擊穿，產(chǎn)生的強火花放電。,按閃電方式分類,（1）

5、云內(nèi)閃電：帶電云層內(nèi)部擊穿放電。 （2）云際閃電：一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層之間的擊穿放電。 （3）云地閃電：帶電的云層對大地之間的擊穿放電。,按閃電形狀分類,（1）線狀閃電：常發(fā)生在云地之間。 （2）帶狀閃電：線狀閃電的特殊情形。 （3）片狀閃電：發(fā)生在云際之間的線狀閃電的特殊情形。 （4）聯(lián)珠閃電：強線狀閃電中偶爾出現(xiàn)的一種特殊現(xiàn)象。 （5）球狀閃電：具有強烈的電磁效應和穿透金屬能力，形如火球，也稱球閃或滾地雷。,線狀閃電,云內(nèi)閃電,聯(lián)珠狀閃電,球狀閃電,雷電入侵途徑 直擊雷 雷電感應 雷電反擊 雷電波侵入 雷擊電磁脈沖,直擊雷及危害 雷電直接擊在建筑物上，雷電放 電的極高

6、能量產(chǎn)生的電效應、熱效應 和機械力將對建筑物及其實施造成極 大的損害。,雷電感應 雷電放電時，在附近導體上產(chǎn) 生的靜電感應和電磁感應，它可能 使金屬部件之間產(chǎn)生火花。,雷電波侵入 由于雷電對架空線路或金屬管道 的作用，雷電波可能沿著這些管線 侵入屋內(nèi)，危及人身安全或損壞設備。,雷擊電磁脈沖 直接雷擊和附近雷擊所產(chǎn)生的強大的空間電磁脈沖。 如果建筑物和金屬管線無防護，空間電磁脈沖將在連接的金屬管線上感應產(chǎn)生雷電流，進入建筑內(nèi)部，使建筑內(nèi)的某些部位電位升高，達到有害的數(shù)值，干擾甚至損壞電氣設備特別是信息設備。,雷災新特點,受災面大大擴大 從電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領域擴展 到幾乎所有行業(yè)，特別是與高新

7、技術關 系最密切的領域，如航天航空、國防、 郵電通信、計算機、電子工業(yè)、石油化 工、金融證券等,空間范圍擴大，從二維空間 入侵變?yōu)槿S空間入侵 除閃電直擊和過電壓波沿線傳輸外， 空間閃電的脈沖電磁場可從三維空間入侵 到任何角落，無孔不入地造成災害，因而 防雷工程已從防直擊雷、感應雷進入防雷 電電磁脈沖（LEMP）,災害的經(jīng)濟損失和危害程度 大大增加 雷電襲擊對象本身的直接經(jīng)濟損失有時并 不太大，而由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟損失和影響就 難以估計。,產(chǎn)生上述特點的根本原因 雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。雷電 的本身并沒有變，而是科學技術的發(fā)展，使得人類社會 的生產(chǎn)生活狀況變了。 微電子技術的應

8、用滲透到各種生產(chǎn)和生活領域，微 電子器件極端靈敏這一特點很容易受到無孔不入的雷電 電磁脈沖（LEMP）的作用,造成微電子設備的失控或者 損壞。 為此，當今時代的防雷工作的重要性、迫切性、復 雜性大大增加了，雷電的防御已從直擊雷防護到系統(tǒng)防 護。 現(xiàn)代防雷，必須采用綜合防雷措施，在完善直擊雷 防護的同時，還應加強感應雷的防護。,雷電參數(shù),雷電的主要參數(shù)包括雷暴日、雷電流幅值、雷電流陡度、沖擊過電壓等。雷電參數(shù)是防雷設計的重要依據(jù)。,雷暴日,雷暴日是表征雷電活動的頻繁程度的參數(shù),經(jīng)常采用年雷暴日數(shù)來衡量。 只要一天之內(nèi)能聽到雷聲的就記為一個雷暴日。 雷暴日數(shù)越大,說明雷電活動越頻繁。 由于各年雷暴

9、日數(shù)變化較大,所以采用多年的平均值。通常說的雷暴日都是指一年內(nèi)的平均雷暴日數(shù),即年平均雷暴日,單位d/a,影響雷暴日數(shù)的因素,緯度赤道多，兩極少 海拔。山地雷電活動較平原頻繁, 其雷暴日約為平原的3倍。 季節(jié)。夏季多于其他季節(jié),是全年雷電活動的高峰期 在一日之內(nèi)。則是下午和上半夜多于上午和下半夜,我國的雷暴分布,廣東省的雷州半島和海南省一帶雷暴日在80d/a 以上 長江流域以南地區(qū)雷暴日為4080d/a 長江以北大部分地區(qū)雷暴日為20 40d/a 西北地區(qū)雷暴日多在20d/a以下。 西藏地區(qū)因印度洋暖流沿雅魯藏布江上溯,很多地方雷暴日高達5080d/a,雷區(qū)劃分,我國把年平均雷暴日不超過15d

10、/a的地區(qū)劃為少雷區(qū) 超過90d/a劃為強雷區(qū)。 因電子信息系統(tǒng)承受雷電電磁脈沖的能力比較低, 其地區(qū)雷暴日等級劃分比較嚴格。將地區(qū)雷暴日等級劃分為少雷區(qū)、多雷區(qū)、高雷區(qū)、強雷區(qū)。其中,少雷區(qū)的雷暴日在20d/a 及以下;多雷區(qū)的雷暴日大于20d/a,不超過旬40d/a 高雷區(qū)的雷暴日大于40d/a,不超過60d/a 強雷區(qū)的雷暴日超過60 d/a以上,雷電流幅值,雷電流幅值是指主放電時沖擊電流的最大值。 雷電流幅值與氣象、自然條件等因素有關，可達數(shù)十至數(shù)百千安 我國大部分地區(qū)(平均雷暴日大于20d/a的地區(qū))的雷電流幅值的概率可用下式表達：,P雷電流幅值超過I的概率 I雷電流幅值,雷電流陡度

11、,雷電流陡度是指雷電流隨時間上升的速度。雷電流陡度決定于雷電流幅值和雷電流波頭時間。 雷電流沖擊波波頭陡度可達到50kA/us,平均陡度約為30 kA/us。 雷電流陡度越大,對電氣設備造成的危害也越大,雷擊沖擊過電壓,雷擊時的沖擊過電壓很高,直擊雷沖擊過電壓可用下式表達： u-直擊雷沖擊過電壓,k i 雷電流,kA; R-防雷接地裝置的沖擊接地電阻, L 雷電流通路的電感,H。,直擊雷沖擊過電壓的組成,前一部分決定于雷電流的大小和雷電流通道的電阻 后一部分決定于雷電流陡度和雷電流通道的電感。 直擊雷沖擊過電壓可高達數(shù)千千伏。,雷電的危害,雷電具有電流大、電壓高、沖擊性強等特點。 雷電所產(chǎn)生的

12、高電壓及閃電的靜電感應效應、電磁感應效應、熱效應、機械效應、沖擊波效應和電動力效應等可產(chǎn)生各種破壞作用。 雷電可造成設備和設施的損壞,引起大規(guī)模停電,造成人身事故。 就其破壞因素來看,雷電具有電性質(zhì)、熱性質(zhì)和機械性質(zhì)三方面的破壞作用。,電性質(zhì)的破壞作用,百萬伏乃至更高的沖擊電壓，可能毀壞電力系統(tǒng)電氣設備的絕緣，燒斷電線，造成大規(guī)模停電； 絕緣損壞可引起短路,導致火災或爆炸事故 二次放電的電火花也可能引起火災或爆炸,二次放電也能造成電擊 絕緣損壞后,可能導致高壓竄入低壓,在大范圍內(nèi)帶來觸電的危險 數(shù)十至百千安的雷電流流人地下,會在雷擊點及其連接的金屬部分產(chǎn)生極高的對地電壓,可能直接導致接觸電壓電

13、擊和跨步電壓觸電事故。 雷電的電磁效應對弱電系統(tǒng)的電子裝置會形成永久性損壞或形成電磁干擾,造成系統(tǒng)的誤動作乃至釀成事故。 輸電線路遭雷擊時, 足以破壞計算機系統(tǒng)的運行機能。,熱性質(zhì)的破壞作用,閃電擊中地面的物體,雷電流產(chǎn)生的熱效應具有很強的破壞作用。 直擊雷放電的高溫電弧能直接引燃可燃物,造成火災。 強大的雷電流通過導體,瞬間轉換出大量的熱能,可導致金屬熔化、飛濺,從而引起火災或爆炸,機械性質(zhì)的破壞作用,強大的雷電通過被擊物時,被擊物體中的水分急劇蒸發(fā)而產(chǎn)生氣體，因氣體劇烈膨脹的機械作用致使被擊物毀壞和爆炸。 閃電的回擊通道其瞬時功率很高，能夠形成爆炸式的沖擊波。 在強閃電通道附近幾厘米至幾米

14、范圍,初始時的沖擊波波陣面的超壓可達到106Pa數(shù)量級。 此外雷電的電動力效應等也有一定的破壞作用。,建筑物防雷分類,建筑物根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果分為三類 第一類防雷建筑物 (1)凡制造、使用或儲存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物,因電火花而引起爆炸,會造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物。 (2)具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。 (3)具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境,因電火花而引起爆炸會造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物: 例如,火藥制造車間、乙炔站、電石庫、汽油提煉車間等。,第二類防雷建筑物,(1)國家級重點文物保護的建筑物； (2)國家級的會堂、辦公建筑物、

15、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。 (3)國家級計算中心、國際通信樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物。 (4)制造、使用和儲存爆炸物質(zhì)的建筑物,且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物。 (5)具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物,且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大大破壞和人身傷亡的建筑物。如油漆制造車間 (6)具有2區(qū)、11區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。,第二類防雷建筑物,(7)工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。 (8)預計雷擊次數(shù)大于0.06 次/a的部、省級辦公建筑物及其他重要的或人員密集的公共建

16、筑物。 (9)預計雷擊次數(shù)大于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。,第三類防雷建筑物,(l)省級重點文物保護的建筑物和省級檔案館。 (2)預計雷擊次數(shù)大于或等于0.012次/a,且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物。 (3)預計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a,且小于或等于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。 (4)預計雷擊次數(shù)大于和等于0.06次/a的一般性工業(yè)建筑物。 (5)根據(jù)雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)影響及產(chǎn)生后果,并結合當?shù)貧庀?、地形、地質(zhì)及周圍環(huán)境等因素,確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災危險環(huán)境。 (6)平均雷暴日大于15

17、d/a的地區(qū),高度在15m及其以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū),高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。,建筑物預計雷擊次數(shù)的計算,N-建筑物預計雷擊次數(shù),次/a k校正系數(shù)；一般取1，孤立2，金屬屋面1.7，小電阻率地區(qū)1.5 Ng-建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度,次/(km2 a); Ae-與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積,km2。,雷擊大地的年平均密度計算,Td年平均雷暴日，根據(jù)當?shù)貧庀笈_資料確定,建筑物等效面積計算,建筑物等效面積應為實際平面面積向外擴大后的面積（平方公里） 建筑物高度小于100米，L、W、H為建筑物長寬高，擴大

18、距離為D,建筑物等效面積計算,建筑物高度大于等于100米時，每邊擴大距離等于建筑物高度，等效面積：,現(xiàn)代防雷,現(xiàn) 代 防 雷 現(xiàn)代防雷是一項系統(tǒng)工程，由于雷電的危害無孔不入，在整個空間范圍內(nèi)侵襲電子設備，因此現(xiàn)代防雷強調(diào)全方位的防護，綜合治理，層層設防。,直擊雷及危害雷電直接擊在建筑物上及地面高大物體上 雷電放電的極高能量產(chǎn)生的電效應可造成 人身傷害。 產(chǎn)生的熱效應和引發(fā)火災。 產(chǎn)生的機械力將對建筑物及其設施造成極 大的損害。,防雷裝置,防雷裝置是指接閃器、引下線、接地裝置、電涌保護器及其他連接導體的總合。 避雷器是一種專門的防雷裝置。,接閃器的保護原理,利用其高出被保護物的突出地位,把雷電引

19、向自身,然后經(jīng)引下線、接地裝置到大地,形成一條安全的雷電流通路,使被保護物免受雷擊之害。 (1)接閃器的形式 接閃器由下列一種或多種組成: 1)獨立避雷針。 2)架空避雷線或架空避雷網(wǎng)。 3)直接裝設在建筑物上的避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)。,接閃器的組成,接閃器,除第一類防雷建筑物和第二類防雷建筑物中的國家級重點文物倮護單位和具有爆炸危險的建筑物之外，建筑物宜利用鋼筋混凝土屋面、梁、柱等的鋼筋作為建筑物的接閃器。,避雷器,避雷器是電力系統(tǒng)中普遍使用的防雷保護裝置。 在發(fā)電廠、變電所、高壓輸電線路上,裝設有各種型式的避雷器,用來保護電力系統(tǒng)中的電氣設備和電氣線路,也作為防止高電壓侵入室內(nèi)的安全措施。

20、 避雷器并聯(lián)在被保護設備或設施上,正常時處在不導通的狀態(tài)。出現(xiàn)雷擊過電壓時,擊穿放電,切斷過電壓,發(fā)揮保護作用。過電壓終止后,避雷器迅速恢復不通狀態(tài),恢復正常工作。 按其工作原理,避雷器分為保護間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器,前三種避雷器使用越來越少,已日趨淘汰,氧化鋅避雷器已占主導地位。,引下線,防雷裝置的引下線應滿足機械強度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求。引下線一般采用圓鋼或扁鋼,宜優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼直徑不應小于8mm;扁鋼截面不應小于48mm2。 引下線應沿建筑物外墻敷設,并經(jīng)最短途徑接地。 建筑藝術要求較高者可暗敷,但圓鋼直徑不應小于10mm;扁鋼截面不應小于80mm2。建筑物的消防梯、鋼