第八章雷電和靜電

第八章雷電和靜電第一節(jié)雷電及防護(hù)雷電是一種自然現(xiàn)象。雷擊會(huì)產(chǎn)生：極高的過(guò)電壓(數(shù)千kV～數(shù)萬(wàn)kV)

極大的過(guò)電流(數(shù)十kA～數(shù)百kA)——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，還可能直接傷及人身。有關(guān)資料表明，全球平均每年因雷電災(zāi)害死亡人數(shù)超過(guò)3000人。直接損失80億元。事故教訓(xùn)1989年，山東黃島油庫(kù)雷擊事故，引發(fā)的大火燒了104小時(shí)才撲滅，死亡19人（其中消防人員17人）；燒掉原油3.6萬(wàn)噸，油庫(kù)區(qū)淪為一片廢墟。直接和間接損失達(dá)7千萬(wàn)元。1992年，北京氣象局16層氣象中心大樓遭受雷擊，樓內(nèi)計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備受損，中斷通訊24小時(shí)，損失達(dá)數(shù)十萬(wàn)元。1994年4月，成都市周圍有12個(gè)郵電局被雷電擊中，損失達(dá)幾百萬(wàn)元。一、雷電的產(chǎn)生

密集在大地上空的水霧稱為云，由于某種原因帶有正電或負(fù)電的云稱為雷云，當(dāng)雷云中電荷量增加到使其所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)，周圍空氣的絕緣性能就會(huì)遭到破壞，也就是被擊穿，于是正、負(fù)雷云之間或雷云對(duì)大地之間就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，形成大自然中的閃電和雷鳴。雷電的放電：先導(dǎo)放電、主放電、余輝階段二、雷電的種類直擊雷——帶電積云與地面目標(biāo)之間的強(qiáng)烈放電稱為直擊雷。直擊雷是雷電直接擊中電氣設(shè)備或線路，造成強(qiáng)大的雷電流通過(guò)擊中的物體泄放入地。感應(yīng)雷——感應(yīng)雷也稱為雷電感應(yīng)或感應(yīng)過(guò)電壓。感應(yīng)雷是指附近發(fā)生雷擊時(shí)設(shè)備或線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的雷擊，它分為:靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。靜電感應(yīng)雷——是由于帶電積云接近地面，在架空線路導(dǎo)線或其他導(dǎo)電凸出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起的?！趲щ姺e云與其他客體放電后，架空線路導(dǎo)線或?qū)щ娡钩鑫镯敳康碾姾墒ナ`，以大電流、高電壓沖擊波——雷電波的形式，沿線路導(dǎo)線或?qū)щ娡钩鑫飿O快地傳播。又稱為感應(yīng)過(guò)電壓（感應(yīng)雷）。感應(yīng)過(guò)電壓一般為200～300kV。最高可達(dá)400～500kV。雷電侵入波的傳播速度在架空線路中約為300m/μs，在電纜中約為150m/μs。電磁感應(yīng)雷——雷電放電時(shí)，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng)→在鄰近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢(shì)。如系開口環(huán)狀導(dǎo)體，開口處可能由此引起火花放電；如系閉合導(dǎo)體環(huán)路，環(huán)路內(nèi)將產(chǎn)生很大的沖擊電流；如閉合導(dǎo)體環(huán)路某處接觸不良，→局部發(fā)熱→危險(xiǎn)溫度。球雷球雷是雷電放電時(shí)形成的發(fā)紅光、橙光、白光或其他顏色光的火球。是一團(tuán)處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體。其直徑多為20cm左右，運(yùn)動(dòng)速度約為2m/s，存在時(shí)間為數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘。出現(xiàn)概率——約為雷電放電次數(shù)的2%。在雷雨季節(jié)，球雷可能從門、窗、煙囪等通道侵入室內(nèi)。三、雷電參數(shù)1.雷暴日——只要一天之內(nèi)能聽(tīng)到雷聲的就算一個(gè)雷暴日。用年平均雷暴日數(shù)來(lái)衡量雷電活動(dòng)的頻繁程度。單位d/a，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)。2.雷電流幅值IsM——主放電時(shí)沖擊電流最大值。3.雷電流幅值概率P

年平均雷暴日大于20的一般地區(qū)：4.雷電流陡度

雷電流陡度是指雷電流隨時(shí)間上升的速度。雷電流陡度越大，對(duì)電氣設(shè)備造成的危害也越大。5.雷擊沖擊過(guò)電壓

前一部分決定于雷流的大小和雷電流通道的電阻；后一部分決定于雷電流通道的電感。

四、雷電的危害1.電性質(zhì)的破壞作用

(1)毀壞電氣設(shè)備的絕緣，燒斷電線或劈裂電桿，造成大規(guī)模停電；

(2)絕緣損壞可引起短路，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故；

(3)二次放電的電火花可能引起火災(zāi)或爆炸，二次放電也能造成電擊；

(4)絕緣損壞后可能導(dǎo)致高壓竄入低壓，在大范圍內(nèi)帶來(lái)觸電的危險(xiǎn)；

(5)數(shù)十至百千安的雷電流流入地下，可能直導(dǎo)致接觸電壓電擊和跨步電壓的觸電事故。2.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)。3.機(jī)械性質(zhì)的破壞作用

表現(xiàn)為被擊物遭到破壞，甚至爆裂成碎片。五、建筑物防雷的分類建筑物按其重要性、生產(chǎn)性質(zhì)、遭受雷擊的可能性和后果的嚴(yán)重性分為三類。第一類防雷建筑物會(huì)造成大量人員傷亡和巨大財(cái)產(chǎn)損失的易燃、易爆場(chǎng)所。2.第二類防雷建筑物國(guó)家級(jí)重要場(chǎng)所、樓堂館所，一般易燃易爆場(chǎng)所，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.06的省部級(jí)辦公樓和人員密集場(chǎng)所，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于0.3的普通民宅、辦公樓。3.第三類防雷建筑物省部級(jí)樓堂館所，火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域的建筑物，年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)比較少的地方。

雷電危害的防護(hù)一般采用避雷針、避雷器、避雷網(wǎng)、避雷線等裝置將雷電直接導(dǎo)入大地。

避雷針主要用來(lái)保護(hù)露天變配電設(shè)備、建筑物和構(gòu)筑物；避雷線主要用來(lái)保護(hù)電力線路；避雷網(wǎng)和避雷帶主要用來(lái)保護(hù)建筑物；避雷器主要用來(lái)保護(hù)電力設(shè)備。

包括接閃器、引下線和接地裝置。

六、防雷裝置接閃器接閃器都是利用其高出被保護(hù)物的突出地位，把雷電引向自身，然后通過(guò)引下線和接地裝置，把雷電流泄入大地，以此保護(hù)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。

接閃器的保護(hù)范圍——

一般只要求保護(hù)范圍內(nèi)被擊中的概率在＜0.1%即可。保護(hù)范圍計(jì)算—滾球法

以過(guò)針尖并相切于地面的半徑為hr的圓弧，水平自旋一周所形成的曲面圓錐體內(nèi)，為該避雷針的保護(hù)范圍。

nmnBAB線PhA

單支（）單支（）避雷器避雷器并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備或設(shè)施上，正常時(shí)處在不通的狀態(tài)。出現(xiàn)雷擊過(guò)電壓時(shí)，擊穿放電，將雷電流或過(guò)電壓引入大地，發(fā)揮保護(hù)作用。過(guò)電壓終止后，避雷器迅速恢復(fù)不通狀態(tài)，恢復(fù)正常工作。避雷器主要用來(lái)保護(hù)電力設(shè)備和電力線路，也用作防止高電壓侵入室內(nèi)的安全措施。避雷器有保護(hù)間隙、管型避雷器和閥型避雷器和氧化鋅避雷器。

閥型避雷器

閥型避雷器由火花間隙和閥片串聯(lián)組成，并聯(lián)于電氣設(shè)備的外側(cè)。

避雷器設(shè)備閥片接地裝置雷電波三相線路火花間隙1、基本元件①火花間隙單個(gè)火花間隙由兩個(gè)圓蝶形黃銅電極中間夾一個(gè)絕緣用的云母墊圈構(gòu)成。②閥片閥片由碳化硅和粘合劑在一定的溫度下燒結(jié)而成，形狀為扇形圓柱體，它的電阻具有較強(qiáng)的非線性。主要作用是限制工頻續(xù)流。2、保護(hù)原理雷電波到→間隙擊穿→閥片電阻↓→雷電流入地→設(shè)備被保護(hù)→雷電消失→閥片電阻↑→間隙恢復(fù)絕緣→線路恢復(fù)正常。

引下線防雷裝置的引下線應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求。引下線一般采用圓鋼或扁鋼，其尺寸和防腐蝕要求與避雷網(wǎng)、避雷帶相同。防雷接地裝置接地裝置是防雷裝置的重要組成部分。接地裝置向大地泄放雷電流，限制防雷裝置對(duì)地電壓不致過(guò)高。除獨(dú)立避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。沖擊接地電阻的概念

七、防雷技術(shù)1、直擊雷防護(hù)（1）應(yīng)用范圍

①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應(yīng)采取防直擊雷的措施；

②可能遭受雷擊，且一旦遭受雷擊后果比較嚴(yán)重的設(shè)施或堆料(露天油罐、露天儲(chǔ)氣罐等)也應(yīng)采取防直擊雷的措施；

③高壓架空電力線路、發(fā)電廠和變電站等也應(yīng)采取防直擊雷的措施。(2)基本措施

直擊雷防護(hù)的主要措施——裝設(shè)避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶。（3）二次放電防護(hù)避雷針落雷時(shí)，雷電流在引下線和接地電阻上產(chǎn)生很高的電壓降，可能在離被保護(hù)物最近處擊穿它們之間的空氣而損壞被保護(hù)物，這種現(xiàn)象叫作“反擊”（二次放電）直擊雷配電裝置反擊Ah越高越危險(xiǎn)高壓母線最小間距的規(guī)定：空氣中：地中：（指變配電裝置）第一類建筑：第二類建筑：（民用建筑）

2、感應(yīng)雷防護(hù)防感應(yīng)雷的措施主要是將建筑物或構(gòu)筑物上的金屬體以及其保護(hù)范圍內(nèi)的金屬體可靠接地。可單設(shè)接地裝置，接地電阻不大于10Ω，也可與電氣設(shè)備接地裝置共用。3.雷電侵入波防護(hù)

屬于雷電沖擊波造成的雷害事故很多。在低壓系統(tǒng)，這種事故占總雷害事故的70%以上。防雷電波的侵入，對(duì)于電力線路及變配電裝置主要采用避雷器和避雷線保護(hù)；對(duì)于各類建筑物則主要采用相應(yīng)部位接地的措施，低壓線路有時(shí)也采用避雷器。

4、人身防雷

雷暴時(shí)，由于帶電積云直接對(duì)人體放電，雷電流入地產(chǎn)生對(duì)地電壓，以及二次放電等都可能對(duì)人造成致命的電擊。

附：防雷九不要1）不要把羽毛球拍、鋤頭等扛在肩上和使用有金屬桿的雨傘。2）打雷時(shí)不要開窗、打手機(jī)和電話，離開照明線、電話線、電視和網(wǎng)絡(luò)線，不要拿噴頭洗澡。3）不要快速開摩托車、騎自行車，在野外要關(guān)閉手機(jī)。4）不要使用電器和水龍頭。5）不要接觸天線、金屬門窗等帶電設(shè)備或金屬裝置。6）不要躲入沒(méi)有防雷設(shè)施的建筑物和孤零零的棚屋、崗?fù)ぁ⒙吠ぁ?）不要游泳，不要站立于山頂、樓頂。8）不要站在空曠場(chǎng)地以及樹木、桅桿邊上。9）野外遇雷不要平躺地面，應(yīng)兩腳并攏，雙手抱頭，蹲下身體，披上不透水的雨衣。

第二節(jié)靜電防護(hù)技術(shù)

物體內(nèi)部失去平衡的相對(duì)靜止的電荷叫靜電。靜電在工業(yè)民用中的應(yīng)用叫靜電技術(shù)，靜電可能引起爆炸，靜電也可能造成二次事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，靜電災(zāi)害目前已占整個(gè)事故的10%左右，個(gè)別領(lǐng)域高達(dá)34%之多。

靜電災(zāi)害事故案例某企業(yè)將小型汽油儲(chǔ)罐中的汽油用泵經(jīng)底部閥門全部抽出來(lái)時(shí)，因閥門安裝在比罐底稍高的地方，為了稍稍提高油的水平面，往油罐里注水。水是從儲(chǔ)罐油面上約4.5m處自由落下的。在注水14min后……儲(chǔ)罐發(fā)生了——爆炸！原因？一、

靜電的起電方式1、接觸-分離起電——不同物體原子得失電子的能力不同，當(dāng)緊密接觸時(shí)將發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，在分界面兩側(cè)出現(xiàn)大小相等、極性相反的兩層電荷，稱之為雙電層，形成接觸電位差，約為幾mV～幾百mV。

當(dāng)突然分離時(shí)，便分別帶異號(hào)靜電。

雙電層絲綢（得電子）玻璃（失電子）2破斷起電——可能因破斷而造成整體性正、負(fù)電荷分離產(chǎn)生靜電的現(xiàn)象叫破斷起電。如固體粉碎、液體分離所產(chǎn)生的靜電。3

感應(yīng)起電——當(dāng)導(dǎo)體B與接地體C相連時(shí)，在帶電體A的感應(yīng)下，B的端部出現(xiàn)正電荷，但B對(duì)地電位仍然為零；當(dāng)B離開C時(shí)，B成為帶電體。4電荷遷移——當(dāng)一個(gè)帶電體與一個(gè)非帶電體接觸時(shí)，電荷將重新分配，即發(fā)生電荷遷移而使非帶電體帶電。二、靜電的種類固體靜電：固體物質(zhì)大面積的接觸-分離或大面積的摩擦，以及固體物質(zhì)的粉碎等過(guò)程中，都可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電。幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)V，靜電火花可引起火花和爆炸；人體靜電：人在活動(dòng)過(guò)程中，人的衣服、鞋以及所攜帶的用具與其他材料摩擦或接觸-分離時(shí)，均可能產(chǎn)生靜電。人體靜電可達(dá)10000V，能量小不會(huì)有致傷致死的危險(xiǎn)。粉體靜電：粉體是處在特殊狀態(tài)下的固體，其靜電的產(chǎn)生也符合雙電層的基本原理。粉體具有分散性，與空氣的接觸面積增加，使得材料的穩(wěn)定度降低。由于懸浮狀態(tài)，顆粒與大地之間總是通過(guò)空氣絕緣的。靜電電壓可達(dá)幾萬(wàn)V，部分物質(zhì)容易被引爆；液體靜電：流動(dòng)液體與管道內(nèi)壁產(chǎn)生的雙電層，終端積累靜電；氣體靜電：高速噴出，因接觸－分離或分裂等原因產(chǎn)生靜電。三、靜電的特點(diǎn)靜電從整體上來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)是電壓高、能量小，而危害大。具體有：1、靜電的電量小，靜電電壓高。2、靜電的能量不大或者說(shuō)放電后的電流不大。一般不大于毫焦級(jí)。3、絕緣體上的靜電消失或泄漏的很慢，因此，必須設(shè)置消除靜電的裝置。4、靜電會(huì)放電。人體或金屬體尖端放電都有極大的危險(xiǎn)性，特別是在爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所。5、靜電會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)?？赡軙?huì)在導(dǎo)體或人體上產(chǎn)生電荷而且電壓很高，而導(dǎo)致危險(xiǎn)的火花放電。6、靜電是可以屏蔽的。四、靜電的消失1、靜電中和是通過(guò)空氣發(fā)生的。由于空氣中存在帶電粒子，當(dāng)帶電體在同空氣的接觸時(shí)，其所帶電荷逐漸得到中和?？諝庵械淖匀淮嬖诘膸щ娏Ｗ訕O為有限，中和是極為緩慢的，一般不會(huì)被覺(jué)察到。帶電體上的靜電通過(guò)空氣迅速的中和發(fā)生在放電時(shí)。2、靜電泄漏絕緣體上較大的泄漏有兩條途徑：一條是絕緣體表面泄漏；（遇到的是表面電阻）；另一條是絕緣體內(nèi)部泄漏。（遇到的是體積電阻）。半值時(shí)間——泄漏到Q=Q0/2時(shí)所用的時(shí)間。用于衡量靜電泄漏的快慢，亦即衡量危險(xiǎn)性的大小。濕度對(duì)泄漏影響——隨著濕度增加絕緣體表面電阻大為降低靜電泄漏加速。五、靜電的影響因素1、

的高阻材料容易產(chǎn)生和積累靜電，影響材料電阻率的雜質(zhì)將影響其靜電特性。一般情況下，雜質(zhì)有增加靜電的趨勢(shì)；但如雜質(zhì)能降低原有材料的電阻率，則加入雜質(zhì)有利于靜電的泄漏。2、接觸面積，接觸壓力越大，分離速度越高，靜電越強(qiáng)。管道內(nèi)壁越粗糙，接觸面積越大，沖擊和分離的機(jī)會(huì)也越多，流動(dòng)電流就越大。對(duì)于粉體，顆粒越小者，一定量粉體的表面積越大，產(chǎn)生靜電越多。3、干燥環(huán)境容易產(chǎn)生靜電（相對(duì)濕度低于30%）

六、靜電的危害1.爆炸和火災(zāi)

靜電能量雖然不大，但電壓高則易放電出現(xiàn)電火花，該火花在有爆炸性氣體、爆炸性粉塵或可燃性物質(zhì)且濃度達(dá)到爆炸或燃燒極限時(shí)，可能發(fā)生爆炸和火災(zāi)。靜電在一定條件下引起爆炸和火災(zāi)，其充分和必要條件是：（1）周圍空間必須有可燃性物質(zhì)存在；（2）具有產(chǎn)生和積累靜電的條件，包括物體本身和周圍環(huán)境有產(chǎn)生和積累靜電的條件；（3）靜電積累到足夠高的電壓后，發(fā)生局部放電，產(chǎn)生靜電火花；（4）靜電火花能量大于或等于可燃物的最小點(diǎn)火能量。2.靜電電擊

當(dāng)人體接近靜電體或帶靜電的人體接近接地體時(shí)，都可能遭到電擊，但由于靜電能量很小，電擊本身對(duì)人體不致造成重大傷害，然而很容易造成墜落等二次傷害事故。3.妨礙生產(chǎn)

有些生產(chǎn)工藝過(guò)程，靜電會(huì)妨礙生產(chǎn)或降低產(chǎn)品質(zhì)量。如紡織、粉體加工、塑料、橡膠、印刷、膠片等行業(yè)，以及電子控制元件、自動(dòng)化儀表由于靜電而誤動(dòng)作，使其控制的生產(chǎn)線程序混亂，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。七、防靜電的措施1．環(huán)境危險(xiǎn)程度的控制靜電引起爆炸和火災(zāi)的條件之一是有爆炸性混合物存在。為了防止靜電的危害，可采取以下控制所在環(huán)境爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)性的措施。取代易燃介質(zhì)。在不影響工藝過(guò)程、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)許可的情況下，盡量用不可燃介質(zhì)代替易燃介質(zhì)。(2)降低爆炸性混合物的濃度。在爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境，采用通風(fēng)裝置或抽氣裝置及時(shí)排出爆炸性混合物。(3)減少氧化劑含量。這種方法實(shí)質(zhì)上是充填氮、二氧化碳或其他不活潑的氣體，減少爆炸性混合物中氧的含量不超過(guò)8%時(shí)即不會(huì)引起燃燒。2．工藝控制材料的選用限制摩擦速度或流速改變注油方式

1）往油箱、油罐注油時(shí)，應(yīng)從底部壓入。

2）從頂部往油箱、油罐注油時(shí)，可改變注油管頭的形狀或?qū)⒆⒂凸懿宓降撞?。清除油罐或管道?nèi)的雜