雷電及其防范（課件）

雷電及其防范目錄雷電的形成和危害01防雷裝置02防雷技術(shù)與措施03雷電是一種自然現(xiàn)象，雷擊是一種自然災(zāi)害。雷擊房屋、電力線路、電力設(shè)備等設(shè)施時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極高的過(guò)電壓和極大的過(guò)電流，在所波及的范圍內(nèi)，可能造成設(shè)施或設(shè)備的毀壞，可能造成大規(guī)模停電，可能造成火災(zāi)或爆炸，還可能直接傷及人畜。我國(guó)是世界上受雷電嚴(yán)重危害的國(guó)家之一，每年春末我國(guó)大部分地區(qū)進(jìn)入雨季，降雨時(shí)時(shí)常會(huì)伴有雷電發(fā)生。近幾年我國(guó)各地年平均雷電日數(shù)為40余天，并且呈上升趨勢(shì)，每平方公里每年有6次以上落地雷，給人們的生產(chǎn)、生活造成了不良影響甚至災(zāi)難和危害。一、雷電的形成和危害（一）雷電的形成和危害

帶電積云是構(gòu)成雷電的基本條件。當(dāng)帶不同電荷的積云互相接近到一定程度，或帶電積云與大地凸出物接近到一定程度時(shí)，發(fā)生強(qiáng)烈的放電，發(fā)出耀眼的閃光。由于放電時(shí)溫度高達(dá)20000℃，空氣受熱急劇膨脹，發(fā)出爆炸的轟鳴聲。這就是閃電和雷鳴。云的上部以正電荷為主，云的中、下部以負(fù)電荷為主，云的下部前方的強(qiáng)烈上升氣流中還有一小范圍的正電區(qū)。因此，云的上、下之間形成一個(gè)電位差，當(dāng)電位差達(dá)到一定程度后，就產(chǎn)生放電，當(dāng)云層很低時(shí)，有時(shí)可形成云地間放電，這就是雷擊。一、雷電的形成和危害（二）雷電的分類01直擊雷02感應(yīng)雷03球形雷1．直擊雷帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做“直擊雷”，一般是直接擊在建筑物上。2．感應(yīng)雷（1）靜電感應(yīng)雷帶有大量負(fù)電荷的雷云所產(chǎn)生的電場(chǎng)將會(huì)在架空明線上感生出被電場(chǎng)束縛的正電荷，當(dāng)雷云對(duì)地放電或?qū)υ崎g放電時(shí)，云層中的負(fù)電荷瞬間大大減弱，在線路上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去了束縛。在電勢(shì)能的作用下，這些正電荷將沿著線路產(chǎn)生大電流沖擊，從而對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生不同程度的影響。（2）電磁感應(yīng)雷雷擊發(fā)生在供電線路附近，或擊在避雷針上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，此交變電磁場(chǎng)的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上，對(duì)用電設(shè)備造成極大危害。3．球形雷球形雷是一團(tuán)處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體，是雷電放電時(shí)形成的發(fā)紅光、橙光、自光或其他顏色光的火球。球雷出現(xiàn)的概率約為雷電放電次數(shù)的2%，其直徑多為20cm左右，運(yùn)動(dòng)速度約為2m/s或更高，存在數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘。球形雷一般是從高空直接下降，接近地面時(shí)突然改向，作水平移動(dòng)，可穿過(guò)門窗、煙囪進(jìn)入建筑物，甚至可以在導(dǎo)線上滑動(dòng)并發(fā)出“嗡嗡”得響聲。多數(shù)火球無(wú)聲消失，有的球形雷可造成雷電侵入波、建筑物倒塌、人畜死亡等事故。一、雷電的形成和危害01020304雷暴日雷電流幅值雷電流陡度雷電過(guò)電壓（三）雷電參數(shù)1．雷暴日只要一天之內(nèi)能聽(tīng)到雷聲就算一個(gè)雷暴日。年雷暴日數(shù)用來(lái)衡量雷電活動(dòng)的頻繁程度。雷暴日通常指一年內(nèi)的平均雷暴日數(shù)，即年平均雷暴日，單位d/a。雷暴日數(shù)愈大，說(shuō)明雷電活動(dòng)愈頻繁。例如：我國(guó)廣東省的雷州半島和海南島一帶雷暴日在80d/a以上，北京一些地區(qū)、上海約為40d/a，天津、濟(jì)南約為30d/a等。我國(guó)把年平均雷暴日不超過(guò)15d/a的地區(qū)劃為少雷區(qū)，超過(guò)40d/a劃為多雷區(qū)。在防雷設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮當(dāng)?shù)乩妆┤諚l件。雷電沖擊過(guò)電壓是指由雷電直接對(duì)地面物體放電或雷電感應(yīng)引起的過(guò)電壓。直擊雷沖擊電壓可高達(dá)數(shù)千千伏。雷電感應(yīng)過(guò)電壓可達(dá)數(shù)百千伏。4．雷電過(guò)電壓雷電流陡度是指雷電流隨時(shí)間上升的速度。雷電流沖擊波波頭陡度可達(dá)50kA/s，平均陡度約為30kA/s。雷電流陡度越大，對(duì)電氣設(shè)備造成的危害也越大。3．雷電流陡度雷電流幅值是指雷云主放電時(shí)沖擊電流的最大值。雷電流幅值可達(dá)數(shù)十千安至數(shù)百千安。2．雷電流幅值（四）雷電的危害1．電性質(zhì)的破壞作用電性質(zhì)的破壞作用表現(xiàn)為數(shù)百萬(wàn)伏乃至更高的沖擊電壓，可能毀壞發(fā)電機(jī)、電力變壓、斷路器、絕緣子等電氣設(shè)備的絕緣，燒斷電線或劈裂電桿，造成大規(guī)模停電。絕緣損壞可引起短路，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故，在大范圍內(nèi)帶來(lái)觸電的危險(xiǎn)。二次放電的電火花也可能引起火災(zāi)或爆炸，也能造成電擊。2．熱性質(zhì)的破壞作用熱性質(zhì)的破壞作用表現(xiàn)在直擊雷放電的高溫電弧能直接引燃鄰近的可燃物，從而造成火災(zāi)。巨大的雷電流通過(guò)導(dǎo)體，在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換出大量的熱能，可能燒毀導(dǎo)體，并導(dǎo)致燃品的燃燒和金屬熔化、飛濺，從而引起火災(zāi)或爆炸。球雷侵入可引起火災(zāi)。2．熱性質(zhì)的破壞作用熱性質(zhì)的破壞作用表現(xiàn)在直擊雷放電的高溫電弧能直接引燃鄰近的可燃物，從而造成火災(zāi)。巨大的雷電流通過(guò)導(dǎo)體，在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換出大量的熱能，可能燒毀導(dǎo)體，并導(dǎo)致燃品的燃燒和金屬熔化、飛濺，從而引起火災(zāi)或爆炸。球雷侵入可引起火災(zāi)。3．機(jī)械性質(zhì)的破壞作用巨大的雷電流通過(guò)被擊物時(shí)，瞬間產(chǎn)生大量的熱，使被擊物內(nèi)部的水分或其他液體急劇汽化，劇烈膨漲大量氣體，致使被擊物破壞或爆炸。二、防雷裝置(一)直擊雷防護(hù)裝置010203引下線接閃器接地裝置1.接閃器避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶等都是接閃器，是利用其高出被保護(hù)物的地位，把雷電引向自身，攔截閃擊，通過(guò)引下線和接地裝置，把雷電流泄入大地，使被保護(hù)物免受雷擊。接閃器所用材料應(yīng)能滿足機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕的要求，還應(yīng)有足夠的熱穩(wěn)定性，以能承受雷電流的熱破壞作用。2.引下線引下線一般采用圓鋼或扁鋼，滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求，沿建筑物外墻敷設(shè)，避免彎曲，經(jīng)最短途徑接地。第一類和第二類防雷建筑物至少應(yīng)有兩條引下線，其間距離分別不得大于12m和18m；第三類防雷建筑物周長(zhǎng)超過(guò)25m或高度超過(guò)40m時(shí)，也應(yīng)有兩條引下線，其間距離不得大于25m。3.接地裝置接地裝置向大地泄放雷電流，是防雷裝置的重要組成部分，以限制防雷裝置對(duì)地電壓不致過(guò)高。二、防雷裝置(二)避雷器避雷器并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備或設(shè)施上，防止雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓沿線路侵入后破壞被保護(hù)電氣設(shè)備的絕緣。正常時(shí)，避雷器對(duì)地保持絕緣狀態(tài)；當(dāng)雷電沖擊波到來(lái)時(shí)，避雷器被擊穿，將雷電引入大地。沖擊波過(guò)去后，避雷器自動(dòng)恢復(fù)絕緣狀態(tài)，如圖5-2-2-1所示。圖5-2-2-1并聯(lián)在被保護(hù)上的避雷器二、防雷裝置(三)消雷裝置

消雷裝置由頂部的電離裝置、地下的電荷收集裝置和中間的連接線組成，分感應(yīng)式、半導(dǎo)體材料式等類型。與傳統(tǒng)避雷針的防雷原理不同，消雷裝置是設(shè)法在高空產(chǎn)生大量的正離子和負(fù)離子，與帶電積云之間形成離子流，緩慢地中和積云電荷，并使帶電積云受到屏蔽，消除落雷條件。地電荷收集裝置宜采用水平延伸式接地裝置，以利于收集電荷。二、防雷裝置(四)等電位連結(jié)

等電位聯(lián)結(jié)分為總等電位聯(lián)結(jié)（MEB）和局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB）。要求等電位聯(lián)結(jié)端子板與等電位聯(lián)結(jié)范圍內(nèi)的金屬管道等金屬末端之間的電阻不超過(guò)3Ω，起各種保護(hù)作用。IEC標(biāo)準(zhǔn)中指出，等電位連接是內(nèi)部防雷措施的一部分,當(dāng)雷擊建筑物時(shí)，雷電傳輸有梯度，垂直相鄰層金屬構(gòu)架節(jié)點(diǎn)上的電位差可能達(dá)到10kV量級(jí)，危險(xiǎn)極大。但等電位聯(lián)結(jié)將本層柱內(nèi)主筋、建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、電氣裝置、電信裝置等連接起來(lái)，形成一個(gè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，可防止直擊雷、感應(yīng)雷、或其他形式的雷，避免火災(zāi)、爆炸、生命危險(xiǎn)和設(shè)備損壞。除雷擊防護(hù)外，等電位聯(lián)結(jié)同時(shí)具有靜電防護(hù)、電磁干擾防護(hù)、觸電保護(hù)和接地故障保護(hù)的功能。二、防雷裝置(五)電涌保護(hù)器（SPD）

電涌保護(hù)器（SPD）也叫防雷器，指用于限制瞬態(tài)過(guò)電壓和分泄電涌電流的器件。其作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬態(tài)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，防止設(shè)備或系統(tǒng)遭受閃電電涌沖擊而損壞。三、防雷技術(shù)與措施(一)建筑物防雷分級(jí)第一類防雷建筑物第二類防雷建筑物第三類防雷建筑物1．第一類防雷建筑物凡制造、使用或儲(chǔ)存火炸藥及其制品的危險(xiǎn)建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者。具有0區(qū)或20區(qū)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的建筑物（參見(jiàn)本章第四節(jié)電氣防爆中爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的劃分，同下）。具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者。例如火藥制造車間、乙炔站、電石庫(kù)、汽油提煉車間等。2．第二類防雷建筑物

國(guó)家級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物。國(guó)家級(jí)的會(huì)堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站和飛機(jī)場(chǎng)、國(guó)賓館，國(guó)家級(jí)檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。國(guó)家級(jí)計(jì)算中心、國(guó)際通訊樞紐等對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有重要意義的建筑物。國(guó)家特級(jí)和甲級(jí)大型體育館。制造、使用或儲(chǔ)存火炸藥及其制品的危險(xiǎn)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者。3．第三類防雷建筑物省級(jí)重點(diǎn)文物保護(hù)的建筑物及省級(jí)檔案館。預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的部、省級(jí)辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所。預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。在平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度在15m及以上的煙囪：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。三、防雷技術(shù)與措施(二)防雷措施3雷電侵入波防護(hù)1直擊雷防護(hù)4人身防雷2閃電感應(yīng)防護(hù)1．直擊雷防護(hù)第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物的易受雷擊部位。第一類防雷建筑物的直擊雷防護(hù)，要求裝設(shè)獨(dú)立接閃桿、架空接閃線或網(wǎng)。第二類和第三類防雷建筑物的直擊雷防護(hù)措施，宜采用裝設(shè)在建筑物上的接閃網(wǎng)、接閃帶或接閃桿，或由其混合組成的接閃器?？赡茉馐芾讚?，且一旦遭受雷擊后果比較嚴(yán)重的設(shè)施或堆料，如：裝卸油臺(tái)、露天油罐、露天儲(chǔ)氣罐等。露天裝設(shè)的有爆炸危險(xiǎn)的金屬儲(chǔ)罐和工藝裝置，當(dāng)其壁厚不小于4mm時(shí)，一般不再裝設(shè)接閃器，但必須接地，接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩處，其間距離不應(yīng)大于30m，沖擊接地電阻不應(yīng)大于30Ω。高壓架空電力線路、發(fā)電廠和變電站等。靜電感應(yīng)防護(hù)為了防止靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓，建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架、鋼屋架、鋼窗、電纜金屬外皮等較大金屬物和突出屋面的放散管、風(fēng)管等金屬物，均應(yīng)與防閃電感應(yīng)的接地裝置相連。電磁感應(yīng)防護(hù)為了防止電磁感應(yīng)，平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)金屬物，其凈距小于100mm時(shí)，應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)之間的距離不應(yīng)超過(guò)30m。當(dāng)長(zhǎng)金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過(guò)渡電阻大于0.03Ω時(shí)，連接處也應(yīng)用金屬線跨接。2．閃電感應(yīng)防護(hù)

3．雷電侵入波防護(hù)變配電裝置的防護(hù)10kV變配電站采用閥型避雷器防護(hù)。無(wú)變壓器的3～10kV配電所，可僅在進(jìn)線上裝設(shè)閥型避雷器或管型避雷器。建筑物的防護(hù)第一類防雷建筑物全長(zhǎng)宜采用直接埋地電纜供電。爆炸危險(xiǎn)較大或年平均雷暴日30d/a以上的地區(qū)，第二類防雷建筑物應(yīng)采用長(zhǎng)度不小于50m的金屬鎧裝直接埋地電纜供電。4．人身防雷為了防止直擊雷傷人，應(yīng)減少在戶外活動(dòng)時(shí)間，盡量避免在野外逗留。雷電期間，最好不要騎自行車、拖拉機(jī)或摩托車；不要攜帶金屬物體在露天行走；不要靠近避雷設(shè)備的任何部分；不要撥打移動(dòng)電話。如果一時(shí)找不到合適的避雷場(chǎng)所，千萬(wàn)不能靠近空曠地帶或山頂上的樹(shù)木，也不要呆在電線桿和高壓電線下，否則很易受到雷擊。此時(shí)人們應(yīng)盡量降低重心，并減少人體與地面的接觸面積，即下蹲，但不能躺在地上，如果披上雨衣，防雷效果就會(huì)更好。（1）直