雷電危害機(jī)理

LOGO雷電如何帶來危害分析思路雷電如何帶來危害？造成危害的雷電直擊雷感應(yīng)雷反擊雷雷擊危害電效應(yīng)熱效應(yīng)機(jī)械力損傷過電壓故障害雷的作用機(jī)理靜電感應(yīng)電磁感應(yīng)電磁脈沖雷電還擊直擊雷危害的產(chǎn)生直接雷擊是指雷直接擊到物體上，雷電的大局部能量由被擊物體導(dǎo)走。直接雷擊的特點(diǎn)是能量大。直擊雷的破壞效應(yīng)主要有有兩種，即熱的破壞與機(jī)械的破壞。4直擊雷電效應(yīng)電力線路的直擊雷過電壓無避雷線有避雷線雷擊導(dǎo)線雷擊塔頂繞擊雷擊塔頂雷擊避雷線檔距中央電力線路受雷害的主要表現(xiàn)為雷擊跳閘、斷線等;比較多的表現(xiàn)形式為雷擊跳閘。5直擊雷熱效應(yīng)作用時(shí)間短溫度迅速升高雷電流大燒毀電氣設(shè)備、燒斷導(dǎo)線、燒傷人員、引起火災(zāi)直擊雷對(duì)輸電系統(tǒng)的影響雷擊跳閘、斷線等；比較多的表現(xiàn)形式為雷擊跳閘山區(qū)、交通不便的地區(qū)，絕緣子閃絡(luò)事故的多發(fā)區(qū)500kV線路,當(dāng)線路滿負(fù)荷運(yùn)行,當(dāng)受到雷擊跳閘時(shí),就會(huì)造成多個(gè)220kV及以下變電站的停電110kV及以上線路雷擊斷線的情況很少,幾乎沒有對(duì)輸電線路的防雷重點(diǎn)應(yīng)在防止雷擊跳閘事故上7直擊雷對(duì)配電系統(tǒng)的影響直擊雷電磁感應(yīng)約20%是直擊雷,而其中50%以上直擊雷的電流超過20kA約80%是感應(yīng)雷,其中95%以上感應(yīng)雷的放電電流小于1000A即便裝設(shè)避雷線也會(huì)還擊,防止直擊雷的作用不大。配電線路主要是防止感應(yīng)雷電過電壓前提：配電系統(tǒng)絕緣水平低8直擊雷對(duì)變電站二次設(shè)備的危害交流饋線直流饋線通信線路電壓、電流二次回路二次設(shè)備通信中斷；保護(hù)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)；重要數(shù)據(jù)喪失9直擊雷對(duì)電力通信系統(tǒng)的危害大局部微電子設(shè)備的絕緣強(qiáng)度普遍較直擊雷感應(yīng)雷設(shè)備燒毀，電力通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓防雷系統(tǒng)的存在，即便是在雷電多發(fā)的時(shí)期，令直擊雷難以給電力通信系統(tǒng)的正常工作帶來影響。感應(yīng)雷擊與脈沖電壓很容易繞過防雷接地系統(tǒng)電磁脈沖地表電位的短暫升高感應(yīng)電壓10小結(jié)雷電是存在于我們?nèi)粘Ｉ畹囊环N自然現(xiàn)象，但它對(duì)人類社會(huì)的危害非常之大。但只要我們學(xué)習(xí)、掌握那些看似“平常〞現(xiàn)象背后的客觀規(guī)律，提高危害性的警惕、及時(shí)做好預(yù)防和控制措施，就能趨利避害，防止不必要的傷亡和損失。二、感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生什么是感應(yīng)雷？雷云對(duì)地放電的主要通道沒有經(jīng)過被保護(hù)物，放電過程中產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場(chǎng)可以在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)產(chǎn)生電磁脈沖，稱為雷電電磁感應(yīng)脈沖，即感應(yīng)雷。因其是由直擊雷引起的，也稱為二次雷。感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生感應(yīng)雷的產(chǎn)生配電線路的雷擊中約80%是感應(yīng)雷，其中95%以上感應(yīng)雷的放電電流小于1000A。主要通過建筑物的電源線、網(wǎng)絡(luò)線及數(shù)據(jù)線等線路以兩種不同的方式侵入導(dǎo)體：〔1〕靜電感應(yīng)〔2〕電磁感應(yīng)感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生靜電感應(yīng)

帶電云層由于靜電感應(yīng)作用，使地面某一范圍帶上異性電荷。當(dāng)雷擊發(fā)生以后，云層帶電迅速消失，而地面某些范圍由于散流電阻大，以致出現(xiàn)局部高電壓。這種高電壓在架空高壓電源線上可達(dá)100kV。圖1靜電感應(yīng)示意圖感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生電磁感應(yīng)

由于雷電流有極大的峰值和陡坡，可能在附近空間形成強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)。這種瞬變的磁場(chǎng)能在周圍導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)。圖2電磁感應(yīng)示意圖三、雷電電磁脈沖與雷電還擊〔一〕雷電電磁脈沖〔狹義〕雷電電磁脈沖是指從雷雨云的形成到預(yù)擊穿、梯級(jí)先導(dǎo)、回?fù)?、箭先?dǎo)、后續(xù)回?fù)粢约霸苾?nèi)和云間閃電中的所有放電過程所發(fā)出的電磁波?！矎V義〕雷電電磁脈沖包含雷電流引發(fā)的過電壓脈沖、云地間靜電感應(yīng)引發(fā)的過電壓脈沖和由回?fù)敉ǖ垒椛潆姶挪ǜ袘?yīng)出的過電壓脈沖。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊1.1雷電流過電壓脈沖

雷電流浪涌過電壓接地裝置傳導(dǎo)阻抗R為引下線導(dǎo)體和接地體的電阻;L為其電感；i為雷電流;為雷電流的陡度.設(shè)備或線路絕緣擊穿等

過電壓脈沖沿電源線或信號(hào)線等線路傳輸時(shí),就形成了過壓波,稱之為雷電流過電壓脈沖,可高達(dá)上百千伏。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊1.2靜電感應(yīng)過電壓

帶電雷云地面導(dǎo)體雷云感應(yīng)區(qū)感應(yīng)過電壓接地電阻較大金屬接地線斷開對(duì)地絕緣的大金屬體異性電荷i為雷電流;s是雷擊點(diǎn)距導(dǎo)線間的距離;h是導(dǎo)線對(duì)地的高度。

推算出,在高壓架空線路上,感應(yīng)過電壓強(qiáng)度為300kV～400kV,在一般低壓架空線路上也可達(dá)100kV,在電信線路上可達(dá)40kV～60kV.三、雷電電磁脈沖與雷電還擊1.3電磁感應(yīng)過電壓

一旦導(dǎo)電通道形成，數(shù)量巨大的電荷從云中輸送到地面或從地面輸送到云中,雷電流驟然上升,陡度極大,使得回?fù)舢a(chǎn)生的效果就像一個(gè)巨大的行波天線,產(chǎn)生頻譜從100Hz～100MHz的脈沖暫態(tài)電磁波,該電磁波向三維空間輻射傳播.由電磁感應(yīng)定律可知,處在這瞬變電磁場(chǎng)之中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出巨大的暫態(tài)過電壓,稱之為電磁感應(yīng)過電壓脈沖。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊〔1〕由電磁感應(yīng)定律可知,處在這瞬變電磁場(chǎng)之中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出巨大的暫態(tài)過電壓,稱之為電磁感應(yīng)過電壓脈沖。一個(gè)30kA左右的中等雷在接閃過程中感應(yīng)出的最大感應(yīng)電勢(shì)可用下式計(jì)算，s是雷擊點(diǎn)距導(dǎo)線間的距離;

為雷電流的陡度.可以推算出,200m處感應(yīng)電壓為2.5kV.感應(yīng)出的電流足以使導(dǎo)體局部發(fā)熱。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊三、雷電電磁脈沖與雷電還擊1.4靜電雷電電磁脈沖的傳輸與耦合

傳輸途徑導(dǎo)線傳輸輻射傳輸1.導(dǎo)線傳輸是雷電電磁脈沖通過電力傳輸線、信號(hào)傳輸線、地下或地上電纜線、天線饋線及各種金屬長(zhǎng)管等導(dǎo)體的傳輸；2.輻射傳輸是電磁波至接收天線或起天線作用的長(zhǎng)導(dǎo)體的空間傳輸。實(shí)際上的傳輸多為復(fù)合傳輸。感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生耦合方式阻抗耦合靜電感應(yīng)耦合電容耦合電感耦合1)當(dāng)雷電流流經(jīng)電力傳輸線、電纜、信號(hào)線時(shí)，因?yàn)檫@些引下線和接地裝置都具有阻抗，所以沿傳導(dǎo)線產(chǎn)生很強(qiáng)的阻抗耦合；2)帶電雷云對(duì)所覆蓋下各類金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電感應(yīng)耦合；3)通過天線或起天線作用的長(zhǎng)導(dǎo)體和環(huán)狀導(dǎo)體對(duì)電磁能量收集、產(chǎn)生強(qiáng)大感應(yīng)電勢(shì)的電感耦合；4)當(dāng)閃擊發(fā)生后，所有接地體導(dǎo)體上電荷將重新分布，導(dǎo)體與大地、導(dǎo)體與導(dǎo)體之間產(chǎn)生電壓，稱之為電容耦合。感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生1.4雷電電磁脈沖危害

1.雷電的破壞效應(yīng)可分為直接效應(yīng)和間接效應(yīng)兩種。直接效應(yīng)指雷擊點(diǎn)處由直接雷擊造成的破壞,包括雷電流引起的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、沖擊波效應(yīng)等。間接效應(yīng)是指雷電電磁脈沖對(duì)電子、電氣設(shè)備的干擾和損傷效應(yīng)。感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生1.4雷電電磁脈沖危害

對(duì)電纜線路，高層建筑等都會(huì)有影響。雷電電磁脈沖對(duì)電子設(shè)備的破壞形式主要有以下幾種:(1)建筑物的防雷裝置接閃時(shí),雷電流形成的浪涌傳輸對(duì)電子設(shè)備的破壞;(2)靜電高壓脈沖沿導(dǎo)線傳輸對(duì)與之相連電子設(shè)備的破壞;(3)雷電電流的電磁輻射空間傳輸對(duì)電子設(shè)備的感應(yīng)破壞;(4)由外部沿各種傳輸線路傳來的各種電磁脈沖對(duì)電子設(shè)備的間接破壞。

感應(yīng)雷危害的產(chǎn)生1.4雷電電磁脈沖防護(hù)

防護(hù)躲雷屏蔽分流傳導(dǎo)等電位連接接地三、雷電電磁脈沖與雷電還擊〔二〕雷電還擊雷電還擊是指雷電流泄放時(shí)，在諸導(dǎo)體上產(chǎn)生的高電壓或電位差對(duì)其它物體產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象。一般所指的雷電還擊是指當(dāng)雷電流通過接地體時(shí),在接地體上產(chǎn)生電壓降,使接地點(diǎn)電位升高，這是由于高電位所產(chǎn)生的還擊所致，即所謂地電位還擊。還擊電位的大小主要與雷電流幅值和陡度、接地網(wǎng)的接地電阻、導(dǎo)體與接地網(wǎng)連接距離以及其上的分布電感有關(guān)。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊“擊穿還擊〞VS“傳導(dǎo)還擊〞所謂“擊穿還擊〞是指雷電流泄放時(shí)在接地體、引下線以及與之相連的諸導(dǎo)體上產(chǎn)生的高電壓擊穿空氣、土壤或其它電介質(zhì)對(duì)人和物體產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象。所謂的“傳導(dǎo)還擊〞是指雷電流泄放時(shí)在流經(jīng)的接地體、引下線以及與之相連的導(dǎo)體上形成的電位差通過等電位連接導(dǎo)體(包括SPD)傳導(dǎo)耦合到電子和電氣設(shè)備的線路接口上對(duì)電子和電氣設(shè)備產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊由于G1與A點(diǎn)、G2與B點(diǎn)等電位相連,使得G1、G2兩設(shè)備的工作接地電位存在差異。此電位差相加于兩設(shè)備的通信接口之間,當(dāng)雷電流足夠大,AB足夠長(zhǎng)時(shí),將擊壞兩設(shè)備的通信接口,甚至擊壞兩設(shè)備的電源接口。三、雷電電磁脈沖與雷電還擊如果接地電阻較大且接口輸入阻抗較高,當(dāng)雷電流足夠大時(shí),加在電子設(shè)備接口處的還擊電壓將擊壞電子設(shè)備。接地電阻，接口阻抗，電源線路特征阻抗。四、雷電機(jī)械傷害1、雷電流流過金屬物體時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)力圖1電流流過金屬導(dǎo)線產(chǎn)生電動(dòng)力示意圖四、雷電機(jī)械傷害1、雷電流流過金屬物體時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)力圖2雷電造成的電子產(chǎn)品破壞四、雷電機(jī)械傷害

載有電流的一段孤立導(dǎo)體會(huì)受到沿半徑方向向內(nèi)的自壓縮力。在導(dǎo)體外表磁場(chǎng)強(qiáng)度到達(dá)很大時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的的機(jī)械扭曲。徑向自壓縮力也會(huì)使被雷擊物體的溫度上升，但導(dǎo)致溫升的主要因素還是雷電流產(chǎn)生的焦耳熱。雷擊物體時(shí)，材料的屈服點(diǎn)會(huì)由于焦耳熱而降低，徑向自壓縮力有可能超過材料的屈服點(diǎn)，從而使被擊中物體材料發(fā)生形變，或使原本組合在一起的不同材料發(fā)生剝離、分層或脫模。四、雷電機(jī)械傷害四、雷電機(jī)械傷害2、雷電流注入樹木或建筑構(gòu)件時(shí)在它們內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)壓力

被擊物體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)壓力