第5講 閃電的效應(yīng)

1、1第5講 閃電的危害主講人：王身云主講人：王身云 現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)辦公室：學(xué)科樓2#N301室電 話郵 箱： 2重點(diǎn)掌握：重點(diǎn)掌握：（1） 了解雷電危害的分類(lèi)； （2）掌握磁感應(yīng)電壓估算； （3）掌握雷電反擊條件的計(jì)算； （4）掌握暫態(tài)電位的計(jì)算； （5）了解暫態(tài)電位升高的危害）了解暫態(tài)電位升高的危害學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)3雷電危害有哪些？雷電危害有哪些？ 41.雷電流的雷電流的熱效應(yīng)熱效應(yīng)危害危害 大電流從雷擊點(diǎn)注入被擊物體，數(shù)值可達(dá)數(shù)十至數(shù)百千安，可以雷擊點(diǎn)局部范圍內(nèi)產(chǎn)生600010000OC的高溫，可使金屬溶化，草木燃燒；侵入低壓供配電線時(shí)，可將其熔斷； 雷擊點(diǎn)處的

2、熱量估算：（雷電流持續(xù)時(shí)間的積分計(jì)算） UAR為雷擊點(diǎn)處電弧壓降，取經(jīng)驗(yàn)值2030V 因?yàn)椋?所以有：第第1節(jié)節(jié) 直擊雷的危害直擊雷的危害51.雷電流的雷電流的熱效應(yīng)熱效應(yīng)危害危害 由于雷電流的作用時(shí)間很短，雷擊點(diǎn)及雷電流通過(guò)金屬物體所產(chǎn)生的溫升可以忽略散熱作用： 是比熱（J/kg.0C） 所以 單位電荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)熔化能力是有限的（鋁：12mm3/C、 銅：5.4mm3/C、鋼：4.4mm3/C），金屬屋面鋼板壁厚超過(guò)4mm時(shí)，可直接承受雷擊。 第第1節(jié)節(jié) 直擊雷的危害直擊雷的危害ARUQTm WTm 61.雷電流的雷電流的熱效應(yīng)熱效應(yīng)危害危害 針對(duì)建筑受雷擊，雷電流通過(guò)建筑體內(nèi)各種金屬通路

3、流入大地，金屬體電阻為R，則： 在防雷分析中，常用單位歐姆熱這一參數(shù)： 第第1節(jié)節(jié) 直擊雷的危害直擊雷的危害 2WR i tdt 2Wi tdtR72.雷電流的雷電流的電動(dòng)力電動(dòng)力效應(yīng)危害效應(yīng)危害 由物理學(xué)可知，在載流導(dǎo)體周?chē)臻g存在磁場(chǎng)時(shí)，載流導(dǎo)體會(huì)受到電磁力的作用，這種作用力叫電動(dòng)力電動(dòng)力。 第第1節(jié)節(jié) 直擊雷的危害直擊雷的危害83.雷電流的雷電流的內(nèi)壓力內(nèi)壓力效應(yīng)危害效應(yīng)危害 雷電流經(jīng)過(guò)物體途徑，焦耳楞次熱效應(yīng)導(dǎo)致物體內(nèi)的水份劇烈蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體，氣體膨脹的機(jī)械作用可使樹(shù)木劈裂、房屋破壞，器物爆裂焊爆炸等。 第第1節(jié)節(jié) 直擊雷的危害直擊雷的危害94.閃電的閃電的沖擊波沖擊波效應(yīng)效應(yīng) 閃電回

4、擊通道的初始平均溫度和氣壓很高，使得通道周?chē)目諝饧眲∨蛎?，以超聲波速度向四周擴(kuò)散，從而形成沖擊波。與爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波類(lèi)似，可以使附近的建筑物、人、畜受到破壞或傷害。 第第1節(jié)節(jié) 直擊雷的危害直擊雷的危害101.雷電的雷電的靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)及危害及危害 靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的暫態(tài)過(guò)電壓具有更大的危害范圍，它能損壞建筑內(nèi)的信息系統(tǒng)與電氣設(shè)備，甚至造成人員傷亡。 例1. 金屬頂建筑物的靜電感應(yīng) 建筑物上空有雷云生成并向下 發(fā)展下行先導(dǎo)時(shí)，雷云或先導(dǎo) 通道電荷感應(yīng)作用，在建筑物 頂部金屬體上出現(xiàn)反極性電荷。 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害111.雷電的雷電的靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)及危害及危害

5、例1. 金屬頂建筑物的靜電感應(yīng) 回?fù)舭l(fā)生時(shí)，負(fù)電荷立即消失， 屋頂正電荷失去束縛，變?yōu)樽?由電荷，將金屬體與大地等效 為一電容器，RC放電過(guò)程： 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害tRC0uU-e121.雷電的雷電的靜電感應(yīng)靜電感應(yīng)及危害及危害 例2. 架空導(dǎo)線上的靜電感應(yīng) 回?fù)羟埃葘?dǎo)附近感應(yīng)正電荷，回 擊后，正電荷將向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，形成 過(guò)電壓波，速度較快（過(guò)電壓波幅 值較大）。 此外，回?fù)敉ǖ琅c導(dǎo)線垂直，互感 較小，這種磁感應(yīng)電壓可以不考慮。 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害132.雷電的雷電的電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)及危害及危害 由于雷擊的電磁干擾輻射，周?chē)鷧^(qū)域聽(tīng)雷擊在設(shè)備環(huán)路 上感應(yīng)出浪通

6、電壓或電流。 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害142.雷電的雷電的電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)及危害及危害 脈沖磁場(chǎng)在回路中感應(yīng)出的電壓大小 與回路尺寸、雷電流波頭陡度 以及回路與載流導(dǎo)體之間的距 離有關(guān)，載流導(dǎo)體產(chǎn)生脈沖電 磁場(chǎng)對(duì)其附近回路的電磁感應(yīng) 作用可用兩者互感系數(shù)來(lái)表征： 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害1cdiuMdt1cfIUM152.雷電的雷電的電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)及危害及危害 互感系數(shù)M的工程計(jì)算 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害6210.2 10ln()Maa r621330.2 10lnMaaaa1mincLfLMIUdEE163.雷電在信號(hào)線上的耦合雷電在信號(hào)線上的耦合 雷

7、電流產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖電磁場(chǎng)在建筑內(nèi)的導(dǎo)體回路上可以通過(guò)阻性耦合、感性耦合和容性耦合感應(yīng)出過(guò)電壓和 過(guò)電流來(lái)影響設(shè)備。 1）阻性耦合：電位抬高絕緣擊穿2次信號(hào)線上產(chǎn)生 浪涌電流 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害173.雷電在信號(hào)線上的耦合雷電在信號(hào)線上的耦合 2）感性耦合：地下電纜也可以發(fā)生以上類(lèi)似情況外，還會(huì)在金屬護(hù)套上產(chǎn)生暫態(tài)電壓梯級(jí)分布（護(hù)套自身電阻）。 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害183.雷電在信號(hào)線上的耦合雷電在信號(hào)線上的耦合 2）感性耦合：其他耦合方實(shí)例。 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害193.雷電在信號(hào)線上的耦合雷電在信號(hào)線上的耦合 3）容性耦合：雷電通道或接閃器與

8、信號(hào)線之間存在耦合 電容，其被充電后，會(huì)引起“注入”電流。 第第2節(jié)節(jié) 感應(yīng)雷的危害感應(yīng)雷的危害20 雷電閃擊過(guò)程中，沿接閃器的引下線和雷電閃擊的通道產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓會(huì)通過(guò)電源線、信號(hào)線等線咱傳輸和電磁場(chǎng)感應(yīng)等方式危害通信、計(jì)算機(jī)等信息系統(tǒng)。 直擊雷產(chǎn)生的電位升高，可造成設(shè)備的間接雷擊；產(chǎn)生過(guò)大的夸步電壓和接觸電壓，危害人身安全等 第第3節(jié)節(jié) 暫態(tài)電位抬高及危害暫態(tài)電位抬高及危害211.暫態(tài)電位升高暫態(tài)電位升高 引下線或分分導(dǎo)體可看成是分布參數(shù)的電感或電阻，接地體等值看成是集中參數(shù)電阻，即接地電阻；雷電流會(huì)在電感、電阻和接地電阻上產(chǎn)生壓降，使防雷裝置中各個(gè)部位的對(duì)地電位都有不同程度的提高，由于

9、電流時(shí)間很短，所以稱(chēng)為暫態(tài)電位升高。 第第3節(jié)節(jié) 暫態(tài)電位抬高及危害暫態(tài)電位抬高及危害221.暫態(tài)電位升高暫態(tài)電位升高 建筑防雷裝置結(jié)構(gòu)： 接閃器（避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)等） 引下線 接地體（接地線、接地棒和基礎(chǔ)接地網(wǎng)） 點(diǎn)A處產(chǎn)生的暫態(tài)電位： 第第3節(jié)節(jié) 暫態(tài)電位抬高及危害暫態(tài)電位抬高及危害0AgdiUiRhLdt231.暫態(tài)電位升高暫態(tài)電位升高 電阻壓降可以空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)： 電感壓降產(chǎn)生的空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)： 第第3節(jié)節(jié) 暫態(tài)電位抬高及危害暫態(tài)電位抬高及危害1600 1LfE500/REKVm242.雷電反擊雷電反擊 由暫態(tài)電位升高使防雷裝置中某些部位與周?chē)饘袤w之間發(fā)生空氣間隙擊穿的現(xiàn)象稱(chēng)為雷電反擊。 發(fā)生條件： 第第3節(jié)節(jié) 暫態(tài)電位抬高及危害暫態(tài)電位抬高及危害00RRfI RgL hIdEE252.雷電反擊雷電反擊 多次雷電反擊與遠(yuǎn)處雷電反擊（如通過(guò)地下金屬管道） 第第3節(jié)節(jié) 暫態(tài)電位抬高及危害暫態(tài)電位抬高及危害263.跨步電壓與接觸電壓跨步電壓與接觸電壓 雷電流經(jīng)接地體散入大地，在周?chē)寥乐挟a(chǎn)生電壓降，使附近地面上不同地點(diǎn)之間出現(xiàn)電位差。 工程上，將人跨一步的步長(zhǎng)取為0.8m，并把這一距離兩端的電位差稱(chēng)為跨步電