一些現(xiàn)代防雷技術(shù)作業(yè)

1、作業(yè)題. 求均勻帶正電的無限大平面薄板的場強(qiáng)，設(shè)電荷的面密度為 e 。解：由于對稱，兩側(cè)距平板等距離的點(diǎn)場強(qiáng)大小一樣，方向處處與平板垂直，并指向兩側(cè)（見圖a）。根據(jù)場強(qiáng)分布的這個特點(diǎn)，我們把高斯面取成圖b所示的形式，它是這樣一個柱體的表面，其側(cè)面與帶電面垂直，兩底與帶電面平行，并對帶電面對稱。 第頁圖1那么，場強(qiáng)的大小為另，圓柱面所包圍的電荷為根據(jù)高斯定理則最后有22. 什么是高層建筑和超高層建筑？答：高層建筑： 十層和十層以上的居住建筑 高度超過 24 米的其它建筑超高層建筑：高度超過 100 米的建筑. 什么是雷電反擊？答：雷電反擊通常是指接受直擊雷的金屬體，包括接閃器、接地 引下線、接地

2、體、其它與大地連接的金屬物體在接閃瞬間與 大地間存在很高的電壓，這電壓對這些金屬物體發(fā)生閃擊 （或叫閃絡(luò)）的現(xiàn)象稱為反擊。4. 什么是跨步電壓？跨步電壓是怎樣形成的？答：距離為0.8米的地面電壓。當(dāng)雷電流經(jīng)地面雷擊點(diǎn)或接地體，流散入周圍土壤時，在它 周圍形成電壓降落。如果有人在接近接地體附近行走，兩腳 距離超過0.8米，就會由于跨步電壓而觸電，可能造成人身 或牲畜的傷亡事故。35. 什么是接觸電壓？答：當(dāng)雷電流經(jīng)引下線和接地裝置時，由于引下線本身和接地裝置（包括一些與防雷裝置連通的金屬物體）都有阻抗，因而會產(chǎn)生較高的電位差，這種電位差有時高達(dá)幾萬伏，甚至幾十萬伏。這時若有人或牲畜接觸引下線或接

3、地裝置，就會受到雷電流所產(chǎn)生的接觸電壓的危害。6. 什么是旁側(cè)閃絡(luò)？答：旁側(cè)閃絡(luò)是雷電沒有直接擊中受害人，而是擊中受害人附近的物體。由于被雷擊物體帶高電位，向它附近的人或牲畜閃擊放電而造成傷害。47. 晴天大氣電流包括哪幾種電流？指出這些電流的電流密度。答：晴天大氣電流包括有：傳導(dǎo)電流：是大氣正、負(fù)離子在大氣電場作用下的定向遷移造成的，其電流密度矢量是je。對流電流：是氣流對流攜帶這體電荷一起移動而形成的，其電流密度矢量是jw。擴(kuò)散電流：是大氣電荷因湍流和擴(kuò)散而形成的，其電流密度矢量是jt。位移電流：由于大氣電場強(qiáng)度發(fā)生變化時而產(chǎn)生的電流，其電流密度矢量是jd那么，大氣電流密度矢量j 為 j

4、= je + jw + jt + jd58. 積雨云中的電荷分布是怎樣的？答：積雨云中的電荷分布大致有三個區(qū)域：最高集中區(qū)是正電荷，中間區(qū)是負(fù)電荷，最低區(qū)是正電荷。最低區(qū)的正電荷較少，中間區(qū)的負(fù)電荷最多，離地面較近，對云地之間的大氣電場起主要作用。. 根據(jù)積雨云中的電荷分布情況，晴天和有積雨云時的大氣電場方向是怎樣的？答：晴天大氣電場的方向是自高空指向地面，而有積雨云是，大氣電場方向突然反轉(zhuǎn)為自地面指向高空。10 . 關(guān)于積雨云的起電機(jī)制，有哪三種學(xué)說？談?wù)勀愕目捶ā４穑悍e雨云的起電機(jī)制有三種學(xué)說：感應(yīng)起電學(xué)說、溫差起電學(xué)說、破碎起電學(xué)說。我的看法是：611 . 閃電有哪幾種類型？答：閃電的分

5、類有兩種，一種是以形狀分類的，另一種是以空間位置分類的。（）以形狀分類有：線狀閃電（最常見）、帶狀閃電、片狀閃電、聯(lián)珠狀閃電、球狀閃電。（）以空間位置分類有：云內(nèi)閃電（云閃）、云際閃電（云閃）、晴空閃電、云地閃電（地閃）12. 大氣是怎樣導(dǎo)電的？答：當(dāng)大氣局部區(qū)域的電場強(qiáng)度達(dá)到擊穿電場強(qiáng)度時，氣體中將出現(xiàn)迅速增多的電子。這些電子在強(qiáng)電場中加速運(yùn)動，將中性的大氣分子或原子的階電子被撞擊出來，產(chǎn)生了正、負(fù)離子和新的電子。這些新的帶電粒子同時參加撞擊，使更多的大氣分子或原子電離，如此，很快形成電子崩。另外，在電離過程中，撞擊使空氣分子或原子處于激發(fā)態(tài)而發(fā)出光子。光子也撞擊空氣中的分子或原子，光子的速

6、度很大，對氣體導(dǎo)電起著重要作用。如此，大氣局部區(qū)域變?yōu)榱藢?dǎo)體，出現(xiàn)伴有發(fā)光和發(fā)聲的放電現(xiàn)象。713. 為什么會出現(xiàn)“電閃雷鳴”？答：當(dāng)雷雨云內(nèi)部、云際之間或云地之間的電場強(qiáng)度足夠大時，云霧大氣發(fā)生電擊穿，空氣被電離。在電離過程中，原子內(nèi)部電子在能級上的躍遷會發(fā)光，這些光子的速度遠(yuǎn)大于電子，它們更加快和擴(kuò)大空氣的電離，這部分發(fā)光的導(dǎo)電氣體就是流光。而且，在電場的作用下，流光逐級往下方彎曲延伸，也就是梯級先導(dǎo)一段一段向下發(fā)展。當(dāng)梯級先導(dǎo)到達(dá)離地面一定高度時，其頭部與地面空氣間隙被擊穿，主放電即回?fù)舴烹娨愿叩乃俣葟牡孛鏇_向云下端，發(fā)出很強(qiáng)的光柱，這是第一次閃擊。相隔數(shù)秒之后，從云中一根暗淡的光柱，

7、攜帶巨大的電流，沿第一次閃擊路徑直竄地面，即直竄先導(dǎo)（也叫箭式先導(dǎo)）。當(dāng)箭式先導(dǎo)離地一定距離時，地面再次向上回?fù)舴烹姡傩纬蓮?qiáng)光柱，也就是第二次閃擊。接著又類似第二次那樣的第三次、第四次閃擊，最終完成一次閃電全過程。因而在一次全閃擊的過程中，閃電多次發(fā)出強(qiáng)烈無比的光亮。與此同時，在閃電的極短的時間內(nèi)，不同極性的電荷通過狹窄的閃電通道互相中和，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和8熱。閃電通道中的空氣突然劇烈增若，使通道的溫度高達(dá)15000 20000C，因而造成空氣急劇膨脹，通道附近的氣壓可猛增至一百個大氣壓以上。緊接著，又發(fā)生迅速冷卻，空氣很快收縮，壓力減低。這一驟脹驟縮都發(fā)生在千分之幾秒的極短時間內(nèi)，所以在閃電

8、爆發(fā)的一瞬間，會產(chǎn)生沖擊波。沖擊波以5000m/s 的速度向四面八方傳播。在傳播過程中，它的能量很快衰減，而波長則逐漸增長。在閃電發(fā)生后0.1 0.3 s ，沖擊波就演變成聲波，這就是我們聽到的雷聲。雷聲的另一種說法：在高壓電火花的作用下，由于空氣和水汽分子分解而形成的爆炸性氣體發(fā)生爆炸時所產(chǎn)生的聲音。雷鳴的聲音在最初的十分之幾秒時間內(nèi)，跟爆炸聲相同。這種爆炸波擴(kuò)散的速度為5000m/s ，之后0.1 0.3 s ，它就演變?yōu)槠胀暡āＵɡ祝阂话闶蔷嚯x觀測者很近的云對地閃電所發(fā)出的聲音。因?yàn)殚W電就在觀測者附近，它所產(chǎn)生的爆炸波還來不及演變成普通聲波，所以聽起來猶如爆炸聲一般。9悶雷：如果云中閃

9、電時，雷聲在云里面多次反射，在爆炸波分解時，又產(chǎn)生許多頻率不同的聲波，它們互相干擾，使人聽起來感到聲音沉悶，這就是我們聽到的悶雷。拉磨雷：是長時間的悶雷。原因是主要是聲波在云內(nèi)的多次反射以及遠(yuǎn)近高低不同的多次閃電所產(chǎn)生的效果。此外，聲波遇到山峰、建筑物或地面時，也產(chǎn)生反射。有的聲波要經(jīng)過多次反射，這多次反射有可能在很短的時間間隔內(nèi)先后傳入我們的耳朵。這時，我們聽起來就覺得雷聲沉悶而悠長，有如拉磨之感。1014. 地閃是如何形成的？答：雷雨云的中間部分帶負(fù)電荷，電量最多，起主要作用，下端帶少量的正電荷。起先，雷雨云中部與云下端的電場隨著云中電荷的積累而加強(qiáng)。當(dāng)大氣電場強(qiáng)度增大到一定程度（1000

10、0V/cm以上）時，大氣中的電子獲得足夠大的動能撞擊空氣分子或原子，使空氣分子或原子電離而變成離子，并產(chǎn)生新的電子。這些新的帶電粒子同時參加撞擊，使更多的空氣分子或原子電離，如此，很快形成電子崩。同時，在電離過程中，原子內(nèi)部電子在能級上的躍遷會發(fā)光，這些光子的速度遠(yuǎn)大于電子，它們更加快和擴(kuò)大空氣的電離，這部分發(fā)光的導(dǎo)電氣體就是流光。由于電子崩和流光使空氣成為良好的導(dǎo)電通道，這就是云內(nèi)的閃電通道的先驅(qū)。隨著云內(nèi)中層負(fù)電荷與下層正電荷區(qū)之間的強(qiáng)電場產(chǎn)生與加強(qiáng)，使局部區(qū)域的流光發(fā)展為云閃。由于云閃，使得雷雨云的負(fù)電荷區(qū)擴(kuò)展到云的下端。而大地雖然帶負(fù)電，但在雷雨云下方，隨著電場分布的變化，正電荷迅速集

11、中到地面較突出的地方，局部地區(qū)地表帶正電。11這時云下端與大地之間的電場強(qiáng)度增大了。在雷雨云最下端，電場強(qiáng)度最大，空氣首先被擊穿，出現(xiàn)向下發(fā)展的流光，形成向下發(fā)展的梯式先導(dǎo)。梯式先導(dǎo)不斷向下推進(jìn)，而大地是導(dǎo)體，地面周圍的電荷因靜電感應(yīng)大量集中到與先導(dǎo)下端較近的地點(diǎn)。特別是地面最高的尖端物上的電場強(qiáng)度最大，首先發(fā)生電擊穿，先向上發(fā)出迎面先導(dǎo)，與雷雨云的下行先導(dǎo)接近。大量地面電荷迅速集中到這個擊穿點(diǎn)，在強(qiáng)電場的作用下，沖向梯式先導(dǎo)通道，再迅速沖向雷雨云完成一次回?fù)舴烹?。電流極大，產(chǎn)生很強(qiáng)的光。相隔數(shù)秒之后，從云中一根暗淡的光柱，攜帶巨大的電流，沿第一次閃擊路徑直竄地面，即直竄先導(dǎo)(也叫箭式先導(dǎo))。

12、當(dāng)箭式先導(dǎo)離地一定距離時，地面再次向上回?fù)舴烹?，再形成?qiáng)光柱，也就是第二次閃擊。接著又類似第二次那樣的第三次、第四次閃擊，最終完成一次閃電全過程。這就是地閃。 （參閱書第 49 頁圖 4.7 地閃的全過程）1215. 地閃電流包括哪幾部分？答：地閃電流包括先導(dǎo)電流、回閃電流、連續(xù)電流和后續(xù)電流。16. 什么叫直竄先導(dǎo)？它與梯式先導(dǎo)有什么不同？答：直竄先導(dǎo)也叫箭式先導(dǎo)。在第一次閃擊后，放電通道還分布著導(dǎo)電的電荷，這時閃擊從雷雨云下端沿第一次閃擊路徑直接一次伸展到地面，這就叫做直竄先導(dǎo)。梯式先導(dǎo)也叫梯級先導(dǎo)。從云的下端伸向下方的導(dǎo)電通道是逐步向下發(fā)展的，這就叫梯式先導(dǎo)。1317. 地閃的分類是以什

13、么為標(biāo)準(zhǔn)的？答：地閃分類是以雷雨云為參考標(biāo)準(zhǔn)。雷電流自云流向地的方向?yàn)檎?，電場方向由云端指向地面，這樣的地閃稱為正地閃（或正雷）。雷電流自地流向云的方向?yàn)樨?fù)，電場方向由地面指向云端，這樣的地閃稱為負(fù)地閃（或負(fù)雷）。另外，有回?fù)舻挠兴姆N類型，沒有回?fù)舻挠兴姆N類型，共八種類型。（參閱書第 57 頁的圖 4.10 八類閃電）1418. 書第 57 頁的圖 4.10 是八類地閃的示意圖，請指出每一類的名 稱。答：圖 1a 是沒有高建筑物的開闊地帶，先導(dǎo)帶負(fù)電，不落地，沒有回?fù)簦窃崎W。圖 2a 是高建筑物頂帶正電，放電從高建筑物開始，然后發(fā)展為向上行的先導(dǎo)，先導(dǎo)帶正電。沒有回?fù)?。叫“向上正先?dǎo)連續(xù)放負(fù)

14、電”。是地閃。圖 3a 是沒有高建筑物的開闊地帶，先導(dǎo)帶正電，不落地，沒有回?fù)?，是云閃。圖 4a 是建筑物頂帶負(fù)電，向上先導(dǎo)開始于高建筑物，先導(dǎo)帶負(fù)電，流入地的電荷為正，電流為正，持續(xù)時間長，為連續(xù)電流。沒有回?fù)?。叫“向上?fù)先導(dǎo)連續(xù)正電流閃電”。（山地型）接下頁15圖 1b 是沒有高建筑物的開闊地帶，先導(dǎo)帶負(fù)電，有回?fù)簦小跋蛳仑?fù)閃電”，也就是“下行負(fù)雷”。最常見。圖 2b 是高建筑物頂帶正電，放電從高建筑物開始，然后發(fā)展為向上行的先導(dǎo)，先導(dǎo)帶正電。有回?fù)?。叫“向上正先?dǎo)多閃擊負(fù)閃電”。也叫“上行負(fù)雷”是地閃。圖 3b 是沒有高建筑物的開闊地帶，下行先導(dǎo)帶正電，有回?fù)?。罕見。圖 4b 是建筑物

15、頂帶負(fù)電，向上先導(dǎo)開始于高建筑物，先導(dǎo)帶負(fù)電，流入地的電荷為正，電流為正，有很強(qiáng)烈的回?fù)?。向上?fù)先導(dǎo)以極長的連續(xù)先導(dǎo)向上伸展，直至與內(nèi)閃電會合，引發(fā)向上電流閃電。叫“脈沖正電流閃電”（山地型），即“上行正雷”。常是巨雷。1619. 關(guān)于閃電的形成機(jī)制有哪幾種說法？你的看法呢？答：閃電的形成機(jī)制大致有四種說法：先導(dǎo)機(jī)制學(xué)說 、積雨云電擊穿機(jī)制、云地間的先導(dǎo)通道、其它地閃的先導(dǎo)我的看法是：20. 有的建筑物安裝了避雷設(shè)施，設(shè)備也做了避雷保護(hù)，但仍然遭到雷擊，損失巨大。究其原因是各種各樣的。請列舉幾個原因。答：建筑物安裝了避雷設(shè)施，設(shè)備也做了避雷保護(hù)，但仍然遭到雷擊，究其原因，有可能是：未按建筑物設(shè)

16、計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝；避雷針虛設(shè)，防雷設(shè)施不健全或有重大失誤；雖然安裝了避雷設(shè)施，但年久失修，甚至引下線斷裂；安裝避雷設(shè)施偷工減料、質(zhì)量達(dá)不到技術(shù)要求；在高層建筑物頂上任意安裝各種天線、架設(shè)鐵塔、安裝金屬材料做的廣告、安裝各種裝飾燈具等；有雷雨時不按規(guī)定進(jìn)行室外操作，防雷裝備不符要求，防雷措施不到位等等。1721. 防雷技術(shù)的基本原則是什么？答：防雷技術(shù)要遵循科學(xué)的原則，防雷工作要根據(jù)當(dāng)?shù)乇静块T的具體情況，按照國家或有關(guān)部門制定的規(guī)范執(zhí)行。另外，還有經(jīng)濟(jì)原則和耐用可靠的原則。22. 防雷保護(hù)的對象是哪些？答：建筑物、設(shè)備、人。1823. 現(xiàn)代防雷技術(shù)采取那些措施？具體說明之。答：現(xiàn)代防雷技

17、術(shù)一般采用“、”六個措施，具體內(nèi)容如下：（Avoiding）躲：在基建選址時就要考慮當(dāng)?shù)氐睦妆┣闆r，避開多雷區(qū)和容易落雷地點(diǎn)；在雷暴來臨之際，在易遭雷擊的地方，例如高山上，可關(guān)斷儀器設(shè)備的電源，拔下插頭，甚至拆掉天線，躲開閃擊。 （Bonding）等電位連接：將建筑物各部分和建筑物內(nèi)儀器設(shè)備都做等電位連接。保證各處電位相等，防止雷電電磁脈沖以及旁側(cè)閃絡(luò)的侵害。（Conducting）傳導(dǎo)：安裝避雷針裝置，將直擊雷傳導(dǎo)入地，避免建筑物遭受雷擊。19（Dividing）分流：在從室外來的導(dǎo)線與接地體或接地線之間并聯(lián)一種避雷器，在一些電子儀器設(shè)備的入機(jī)殼處安裝避雷器，當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷在室外線路上產(chǎn)生

18、的過電壓波沿這些導(dǎo)線進(jìn)入室內(nèi)時，避雷器的電阻突然降至最低值，近似短路狀態(tài)，閃電電流就由此分流入地了。（Grounding）接地：將建筑物各部分及其內(nèi)部儀器設(shè)備都接入接地裝置。良好的接地裝置能將雷電流瀉入大地。（Shielding）屏蔽：用接地良好的金屬網(wǎng)、金屬殼、金屬管等導(dǎo)體將需保護(hù)的對象包圍起來，這樣就把閃電的電磁脈沖波屏蔽在外，不能進(jìn)入內(nèi)部。2024. 什么叫殘壓？什么叫續(xù)流？答：殘壓是對火花隙而言。閃電電流通過火花隙入地時，在針尖兩端間仍有一定值的電位降，它是由電弧的特性所決定，這個電壓就是避雷器餓殘壓。續(xù)流：由于火花隙是接在工作線路上，其兩端始終有工作電壓。當(dāng)火花隙放電導(dǎo)通成為導(dǎo)體時，工作電壓也對地短路，有巨大電流流過。雷電過電壓波是持續(xù)時間極短的脈沖波，過電壓消失后，工作電壓仍可以維持火花隙繼續(xù)導(dǎo)電，這個電流就叫避雷器的續(xù)流。由于過電壓波產(chǎn)生的電弧溫度很高，空氣隙的電阻很小，工作電壓產(chǎn)生的續(xù)流可以很大，這將損害電源設(shè)備，或造成跳閘。25. 現(xiàn)代防雷技術(shù)設(shè)備有哪些器件？答：