《雷電防護概述》

雷電防護概述

OutlineofProtectionagainstlightning1整理ppt前言

閃電是自然界強大的脈沖放電現(xiàn)象，地球上平均每秒鐘有100次，已成為十大自然災害之一（地震、水澇、旱災、雷電、瘟疫、泥石流、臺風、冰雹、霜凍、病蟲害）。

自然災害都是低概率事件，一旦遇上，損失很大。不能僥幸。

直擊雷的高電壓、強電流侵入各處，襲擊人，破壞建筑物、輸電網(wǎng)，引發(fā)森林火災（半數(shù)是雷擊引起的）是很常見的事。伴隨著雷電產(chǎn)生的雷電電磁脈沖，以電磁感應和靜電感應的作用（俗稱感應雷），通過金屬管道和電纜將雷電波（即閃電電涌，過電壓、過電流）引入控制系統(tǒng)。隨著控制系統(tǒng)的集成化程度與對雷擊敏感度水平在同步提高，因此雷擊電磁脈沖的危害日趨嚴重。而且間接損失遠大于直接損失。

2整理ppt1雷電的基礎知識

1.1雷云結(jié)構(gòu)和雷電的分類帶電云層生成的三個條件：水汽充沛、地表氣溫高、垂直氣流對流旺盛。由于在實驗室內(nèi)，無法模擬帶電云層的生成，所以許多科學家提出了各種帶電云層生成的的假說。

在大氣中有帶正電的冰晶和帶負電的水粒，由于它們的比重不一，于是形成了一種氣流，使得帶正電的冰晶和帶負電的水粒分離，形成一部分帶正電和一部分帶負電的雷云。

3整理ppt1）片狀雷

（云間放電，占95%，對電子信息系統(tǒng)構(gòu)成威脅）由于異性電荷的不斷積累，不同極性的云塊之間的電場強度不斷增大；當某處的電場強度超過了空氣可能承受的擊穿強度時，就形成了云間放電。不同符號的電荷通過一定的電離通道互相中和，產(chǎn)生強烈的光和熱。放電通道所發(fā)出的這種強光稱之謂“閃”。而通道所發(fā)出的熱，使附近空氣突然膨脹，發(fā)出霹靂的轟鳴，人們稱之謂“雷”。4整理ppt2）線狀雷

(云對地放電，占5%,對建筑物和信息系統(tǒng)均構(gòu)成威脅）通常下部的雷云帶負電，上部的雷云帶正電，由于靜電感應使地面積聚正電荷，從而使地面與雷云之間形成強大的電場（電場強度達到2500～3000kV/m）。和云間放電一樣，當某處積聚的電荷密度很大，造成電場強度達到空氣游離的臨界值，就為線狀閃電落雷的發(fā)展創(chuàng)造了條件。5整理ppt下行閃擊可能的雷擊組合6整理ppt上行閃擊可能的雷擊組合7整理ppt3）球雷球狀閃電特指雷電過程中發(fā)生的一種運動著的發(fā)光球，看上去像一團火球。

特點：直徑10～100cm；呈橙色和紅色，亮白色，也有黃色、藍色和綠色；存在時間約10秒左右；可以水平運動(隨風而飄），也可垂直降落；

一般不傷人。（占云對地放電中的8%，1983年8月15日，北京焦化廠被球雷燒毀兩個100立方米的酒精罐）8整理ppt感應雷示意圖

9整理ppt電話2km

數(shù)據(jù)線纜TV230/400VMCR110kVABCCompany移動基站雷電流傳播的途徑和危險半徑10整理ppt關于危險半徑2km的討論

1）全球公認（見【德】PeterHasse低壓系統(tǒng)防雷保護，第7頁）。2）首次雷（強度最大）的主頻率約為25kHz，因為波長和傳播速度以及頻率的關系如下式所示。

λ=c/f

式中：c--傳播速度（3×108m/s）；

f--頻率（Hz）。

近場的邊界距離為λ/2π，所以

λ/2π=c/(2πf)=3×108/（2×3.14×25×103)≈2(km)11整理ppt3）在無屏蔽時的磁場強度：

Ho=io／（2·л·Sa）（A／m）式中：io──雷電流（A）；

Sa──雷擊點與觀測點之間的平均距離（m）。

設：io=200kA,Sa=2km,

則Ho=200/（

2·л·2）=16（A／m），一般的電子設備能夠承受。

筆者認為危險半徑為1km左右,此時H0=32（A／m）。12整理ppt1.2雷擊（云對地）的選擇性

放電——即位能的釋放，總是沿著易導電路程（阻抗?。┑牡胤?。例如：1）高大建筑物的尖頂（因為該處的靜電感應的電場強度最大）；2）曠野中的突出物，即便不高，因為孤立、突出；3）潮濕的土壤（因為電阻率低）；4）金屬結(jié)構(gòu)的建筑物，包括金屬線纜等（因為具有良好的導電性能）；5）高層建筑物有遭側(cè)擊雷的可能，即天面以下，地面以上。（案例：2004年6月26日，浙江臨海市杜橋鎮(zhèn)，在5棵大樹底下的簡易塑料棚，死17人，傷13人）

13整理ppt旁側(cè)閃絡

旁側(cè)閃絡是受害人根本沒有直接接觸受雷擊的物體，只是在它的附近，而直接被雷擊的物體的高電壓擊穿附近的空氣觸及受害人。（安全距離一般為5m）電位分布曲線14整理ppt旁側(cè)閃絡的例子（1967年6月24日，北京和平里）

U2=U1C1/(C1+C2)毛巾架曬衣鐵絲曬衣架U1C1C2U215整理ppt1.3外部防雷裝置的基本原理——引雷入地

它包括三個部分：1）接閃器；2）引下線；3）接地體。接閃器的四種形式：1）接閃桿（避雷針）；2）接閃線（避雷線，用在高壓線路上）；3）接閃帶（避雷帶，沿屋頂四周）；4）接閃網(wǎng)。（現(xiàn)還有“絕緣防雷”之說，依據(jù)是山西應縣的67.13米高的木塔已900多年安然無恙。）16整理ppt山西應縣木塔17整理ppt1.4接閃桿的保護范圍接閃器引下線接地系統(tǒng)保護角h滾球半徑rW為網(wǎng)格尺寸W-保護角18整理ppt避雷針的保護范圍

英、日標準：

對于單支避雷針的保護范圍可以近似認為：以尖頂為中心的45o錐體內(nèi)的空間。

我國的確定方法：

滾球法.19整理ppt1.5滾球法

Hr(擊距)I(雷擊電流)建筑物20整理ppt雷閃的電氣-幾何模型

在該模型中，雷擊先導的發(fā)展起初是隨機的，直到先導頭部足以擊穿它與地面目標間的間隙時，也即先導與地面目標的距離等于擊距時，才受到地面影響而開始定向。滾球法是基于以下的雷閃的數(shù)學模型（電氣-幾何模型）：hr=10I0.65式中：hr——雷閃的最后閃絡距離（擊距），即所謂的滾球半徑（m）

I——雷擊電流的幅值（kA）。21整理ppt

滾球法就是將雷擊地面或地面物體的過程，等值地描述為一個以擊距為半徑的假想球體從天而降，沿隨機路徑逼近地面或地面上的物體時，球體所能接觸到的物體都有可能遭受雷擊；球體最先觸及的且處于地電位的點是最可能的雷擊點（如接閃桿）。反之，滾球不能接觸到的地方，則可認為是由建筑物的接閃器能夠保護的區(qū)域。

22整理ppt滾球半徑表建筑物防雷類別滾球半徑hr(m)避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸(m)

第一類防雷建筑物30≤5×5或≤6×4

第二類防雷建筑物45≤10×10或≤12×8

第三類防雷建筑物60≤20×20或≤24×16hr=45mhr=30mhr=60m滾球法確定外部防雷的保護范圍制造、使用、貯存炸藥、火藥、煤氣等大量爆炸物質(zhì)的建筑物。文物保護建筑和有大量電子設備的建筑，具有2區(qū)或11區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。一般性的民用和工業(yè)建筑、甲級辦公樓和一些高聳的建筑物（如水塔、煙囪等）。23整理ppt雷電流與滾球半徑

參數(shù)單位防護等級一類二類三類最小峰值電流kA51016滾球半徑m304560據(jù)統(tǒng)計，滾球半徑為30m時，涵蓋了97%的雷擊。滾球半徑為45m時，涵蓋了93%的雷擊。滾球半徑為60m時，涵蓋了80%的雷擊。24整理ppt2雷電活動區(qū)、雷電防護區(qū)和防護措施分級2.1雷電活動區(qū)雷電活動區(qū)的強度是根據(jù)年平均雷暴日的多少進行劃分的。年平均雷暴日的確定，原則上依據(jù)裝置所在地區(qū)的氣象部門提供的數(shù)據(jù)，也可參照由國家公布的當?shù)啬昶骄妆┤?。按地區(qū)年平均雷暴日多少，宜將雷電活動區(qū)劃分為：a.少雷區(qū)：年平均雷暴日在25天及以下的地區(qū)；b.多雷區(qū)：年平均雷暴日大于25天，不超過40天的地區(qū)；c.高雷區(qū)：年平均雷暴日大于40天，不超過90天的地區(qū)；d.強雷區(qū)：年平均雷暴日超過90天以上的地區(qū)。

25整理ppt上海、沈陽、杭州的年平均雷暴日（d/a）地區(qū)地區(qū)氣象部門提供的數(shù)據(jù)《中國地面氣象資料》統(tǒng)計的數(shù)據(jù)上海49.928.4沈陽31.526.9杭州4337.631.526整理ppt2.2雷電防護區(qū)(LPZ)的劃分

劃分的目的:在對控制系統(tǒng)進行雷電電磁脈沖防護時,為采取相應的防雷措施和配制防雷器件的方便，將被保護設備、系統(tǒng)所在的空間由外到內(nèi)分為不同的雷電防護區(qū)（LPZ）。

劃分的原則:遭直擊雷的可能性大小；空間電磁場強度衰減的程度。27整理ppta.直擊雷非防護區(qū)（LPZ0A）：本區(qū)內(nèi)的各物體完全暴露在外部防雷裝置的保護范圍之外，均可能遭直擊雷，電磁場強度沒有衰減。b.直擊雷防護區(qū)（LPZ0B）：本區(qū)內(nèi)的各物體處在外部防雷裝置的保護范圍之內(nèi)，很少遭到大于所選定的滾球半徑的直擊雷，電磁場強度沒有衰減。c.第一防護區(qū)（LPZ1）：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭直擊雷，由于建筑物的屏蔽措施，流經(jīng)各類導體的雷電流比直擊雷防護區(qū)（LPZ0）要小，電磁場強度得到了初步的衰減。d.第二防護區(qū)（LPZ2）：進一步減小所導引的雷電流或電磁場的后續(xù)防護區(qū)。e.后續(xù)防護區(qū)（LPZn）:需要進一步減小雷電電磁脈沖，以保護敏感度水平高的設備的后續(xù)防護區(qū)。28整理ppt空間劃分為不同的防護區(qū)的一般原則

（但不一定要有實物界面）

29整理ppt一座內(nèi)置控制系統(tǒng)的建筑物劃分為幾個雷電防護區(qū)LPZ0ALPZOALPZ0ALPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ0BLPZ1LPZ1LPZ1LPZ1LPZ2LPZ1LPZ3機柜屏蔽室接閃器30整理ppt一種不適用于控制系統(tǒng)防雷的等電位31整理pptLPZ0ALPZ2計算機機房LPZ0B外部防雷裝置在LPZ0A,0B

和LPZ1界面上的等電位連接排1LPZ1電纜電線在LPZ1和LPZ2界面上的等電位連接排2

兩層屏蔽的等電位連接屏蔽房間2屏蔽建筑物1接地裝置系統(tǒng)32整理ppt一個”避雷網(wǎng)“雷擊防護系統(tǒng)情況下的雷擊防護區(qū)屏蔽建筑物LPZ0BLPZ0ALPZ1接地系統(tǒng)LPZ0B引下線原理接閃器例子接地系統(tǒng)建筑物LPZ1LPZ0BLPZ0ALPZ0B接閃器33整理ppt一個”建筑物本身“雷擊防護系統(tǒng)情況下的雷擊防護區(qū)屏蔽建筑物LPZ0A原理例子LPZ1接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)建筑物LPZ1LPZ0A引下線LPZ0BLPZ0B接閃器34整理ppt建筑物外部的電子設備系統(tǒng)的雷擊防護區(qū)和在分區(qū)界面的連接energie-ü屏蔽房間MLPZ1LPZ1LPZ0ALPZ0ALPZ3滾球半徑20mSEMPLEMPLEMPLEMPLPZ0BLPZ0BLPZ0BüüüüüüüüLPZ2LPZ2通風裝置電源系統(tǒng)信息，通信網(wǎng)絡終端設備

I類SPD(避雷器)üII和III類SPD

(浪涌保護器)üü35整理ppt2.3雷電防護等級（LPL）

目的:雷電防護措施的分級即雷電防護等級（LPL），它是用相關雷擊電流參數(shù)去設計防護措施的，其目的系防護措施的設置應按雷電防護等級而有合理的差異?？刂葡到y(tǒng)所在建筑物直接雷擊防護措施(雷擊防護系統(tǒng))可按《建筑物防雷設計規(guī)范（GB50057-2010）》分為一類、二類、三類。

控制系統(tǒng)雷電電磁脈