防雷工程設(shè)計(jì)培訓(xùn) 第一章 防雷工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、第一章 防雷工程設(shè)計(jì)基本知識(shí)1.雷電流的破壞作用 一、雷電流熱效應(yīng)的破壞作用 強(qiáng)大的雷電流通過(guò)被擊穿的物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。根據(jù)焦耳定律，一次閃擊的雷電流產(chǎn)生的熱量（Q）：t20Q=Ri dt 如果雷電擊在樹(shù)木或建筑物構(gòu)件上，被雷擊的物體瞬間將產(chǎn)生大量的熱量，又來(lái)不及散發(fā)，以致物體內(nèi)部的水份大量變成水蒸汽，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的爆炸力，造成破壞；如果金屬體的截面積不足夠大時(shí)，甚至可使其融化，溫度達(dá)到6000-10000 。 二、雷電流沖擊波的破壞作用 雷電流通道的溫度高達(dá)幾千到幾萬(wàn)，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的冷空氣被強(qiáng)烈壓縮，形成“激波” 。被壓縮空氣層的外界稱(chēng)為

2、“激波波前” 。“激波波前”到達(dá)的地方，空氣的密度、壓力和溫度都會(huì)突然增加。這種“激波”在空氣中傳播，會(huì)使其附近的建筑物、人、畜受到破壞和傷亡。 龐大體積的雷雨云因迅速放電而突然收縮，當(dāng)應(yīng)電力（典型值100V/cm）突然解除時(shí)，在一部分帶電雷雨云中的流體壓力將減小到0.3mm汞柱的程度，這樣形成稀疏區(qū)和壓縮區(qū)，它們以零點(diǎn)幾Hz到幾Hz的頻率向外傳播。這就形成次聲波，次聲波對(duì)人、畜有傷害作用。 三、雷電流電動(dòng)力效應(yīng)的破壞作用 由物理學(xué)可知，在載流導(dǎo)體周?chē)臻g存在磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)里的載流導(dǎo)體受到電磁力的作用。如圖1.1a所示，如果導(dǎo)線A、B都有電流，那么導(dǎo)線A的電流會(huì)在它的周?chē)臻g產(chǎn)生磁場(chǎng)，而導(dǎo)線B在

3、導(dǎo)線A所產(chǎn)生的磁場(chǎng)里將受到電磁力的作用。同理，導(dǎo)線B上的電流也會(huì)在它的周?chē)臻g形成磁場(chǎng)，導(dǎo)線A在該磁場(chǎng)里，也會(huì)受到電磁力的作用。這樣兩根載流導(dǎo)體相互間有作用力存在，我們把這種作用力叫做電動(dòng)力。i2l0i1FBAd80122lF=1.0210di i 引下線一般應(yīng)盡可能采用弧形拐彎，俗稱(chēng)“軟連接” ；這樣可使構(gòu)件受到的應(yīng)力較小，而且不集中在一點(diǎn)，雷擊造成的損失就相對(duì)小一些。四、雷電的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)的破壞作用(1)、雷電的靜電感應(yīng) 當(dāng)空間有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，雷云下的地面及建筑物等，都由于靜電感應(yīng)的作用而帶上相反的電荷。 VQCtRccVVe Vc-雷擊發(fā)生后，局部高電壓地區(qū)與大地之間瞬間的電壓

4、，V； V- 發(fā)生閃擊那一瞬間，即t等于零那一瞬間，局部高電壓地區(qū)對(duì)大地間的電壓，V； 這樣形成的局部地區(qū)感應(yīng)高電壓在高壓架空線路上可達(dá)300-400kV，一般低壓架空線路可達(dá)100kV。電信線路可達(dá)40-60kV，建筑物也可以產(chǎn)生相當(dāng)高的有危險(xiǎn)的電壓。 (2) 雷電的電磁感應(yīng) 由于雷電流有極大峰值和陡度，在它周?chē)目臻g有強(qiáng)大的變化的電磁場(chǎng)，處在變化的電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)。 ba 為了防止感應(yīng)過(guò)電壓發(fā)生，應(yīng)將建筑物的金屬屋頂、建筑物內(nèi)的大型金屬物品等，給以良好的接地處理，以便感應(yīng)電荷能迅速地流向大地。對(duì)較大的缺口金屬環(huán)，應(yīng)用金屬將缺口處連成閉合環(huán)，防止在缺口處形成高電壓和放電火花

5、。五、雷電反擊和引入高電位 雷電反擊通常是指接受直擊雷的金屬體（包括接閃器、接地引線和接地體），在接閃瞬間與大地間存在很高的電壓U，這電壓對(duì)與大地連接的其他金屬物品發(fā)生閃擊（又叫閃絡(luò)）的現(xiàn)象稱(chēng)為反擊。 雷電引入高電位是指直擊雷或感應(yīng)雷電過(guò)電壓從輸電線、通信電纜、無(wú)線電天線等金屬的引入線引入建筑物內(nèi)，發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。這種事故的發(fā)生率很高，而且往往事故又嚴(yán)重。 2 直擊雷的防范措施 直擊雷的防護(hù)都是采用避雷針(接閃桿)、避雷（接閃）帶、避雷（接閃）線、避雷（接閃）網(wǎng)作為接閃器，把雷電流引下來(lái)，然后通過(guò)良好的接地裝置迅速而安全地引入大地。 當(dāng)高空出現(xiàn)雷云的時(shí)候，大地上由于靜電感應(yīng)作用，必然

6、帶上與雷云相反的電荷，然而接閃沒(méi)備都處于地面上建筑物的最高處，與雷云的距離最近，而且與大地有良好的電氣連接，所以它與大地有相同的電位、以致接閃設(shè)備附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度相對(duì)比較大，比較容易吸引雷電先導(dǎo)，使主放電集中到它上面，因而在它附近尤其是比它低的物體受雷擊的幾率就大大減少。 接閃器被雷擊的幾率卻大大提高，所以就接閃器本身而言，它不但不能避免雷擊，相反是招來(lái)更多的雷擊，它以自身多受雷擊而使周?chē)馐芾讚? 一、避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算 目前世界各國(guó)關(guān)于避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算公式在形式上各有不同，大體上有如下幾種計(jì)算方法：折線法，即單支避雷針的保護(hù)范圍為一折線圓錐體。曲線法，即單支避雷針的保護(hù)范圍為一曲線錐

7、體。日本建筑物防雷規(guī)程規(guī)定，避雷針的保護(hù)范圍是以避雷針的針尖為頂點(diǎn)作一俯角的角度來(lái)確定，如有爆炸危險(xiǎn)的建筑物用45角，對(duì)一般建筑物采用60角。由于用角度確定避雷針的保護(hù)范圍，實(shí)質(zhì)上保護(hù)范圍為一直線圓錐體，我們把它叫做直線法。 “滾球法”是國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦的接閃器保護(hù)范圍計(jì)算方法之一；已被世界上一些國(guó)家作為國(guó)家防雷規(guī)范采用，我國(guó)建筑防雷規(guī)范GB 5005794也采納“滾球法”作接閃器保護(hù)范圍計(jì)算的方法。 所謂“滾球法”是指以某一定半徑的球體，在裝有接閃器的建筑物上滾過(guò)，滾球被建筑物上所裝的接閃器撐起，這時(shí)球體的弧與建筑物之間的范圍，便是該接閃器的保護(hù)范圍。 (1)單支避雷針保護(hù)范圍的

8、計(jì)算方法rB平面上保護(hù)范圍的截面rhhhrhrhrA (a)當(dāng)避雷針高度h小于或等于hr時(shí)：距地面hr處作一平行平面的平行線；以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線的A、B兩點(diǎn)；以A、B為圓心，hr為半徑為弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止就是保護(hù)范圍。保護(hù)范圍是一個(gè)對(duì)稱(chēng)的錐體；避雷針在hx高度的平面上和在地面上的保護(hù)半徑，按下列計(jì)算式確定： 式中 rx避雷針在hx高度的平面上的保護(hù)半徑（m）； hr滾球半徑，按建筑物的防雷分類(lèi)確定（m）； hx被保護(hù)物的高度（m）； ro避雷針在地面上的保護(hù)半徑（m）； (b)當(dāng)避雷針高度h大于hr時(shí)，在避雷針取高度hr的一點(diǎn)代替單支避雷針針尖作為圓心。0(2)(2)(2)xrxrxrhrhhhhhhrhh (2)雙支等高避雷針的保護(hù)范圍1-1 剖面C11 平面上保護(hù)范圍的截面hrhohhrhrABFAOB軸線上的保護(hù)范圍DX地面上保護(hù)范圍的截面ABECOb0hrhrhrFh 雙支等高避雷針的保護(hù)范圍，在避雷針高度hhr的情況下，當(dāng)兩支避雷針的距離D大于或等于2 時(shí)，應(yīng)各按單支避雷針的方法確定； 當(dāng)D小于2 時(shí)，應(yīng)按等高雙針的計(jì)算方法確定 。(2)rhhh(2)rhhh （3）先導(dǎo)、提前放電針 結(jié)構(gòu)特