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，會產(chǎn)生極高的過電壓和極大的過電流，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。我國是世界上受雷電嚴重危害的國家之一，每年春末我國大部分地區(qū)進入雨季，降雨時時常會伴有雷電發(fā)生。近幾年我國各地年平均雷電日數(shù)為40余天，并且呈上升趨勢，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，發(fā)生強烈的放電，發(fā)出耀眼的閃光。由于放電時溫度高達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、下部以負電荷為主，云的下部前方的強烈上升氣流中還有一小范圍的正電區(qū)。因此，云的上、下之間形成一個電位差，當電位差達到一定程度后，就產(chǎn)生放電，當云層很低時，有時可形成云地間放電，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)雷帶有大量負電荷的雷云所產(chǎn)生的電場將會在架空明線上感生出被電場束縛的正電荷，當雷云對地放電或?qū)υ崎g放電時，云層中的負電荷瞬間大大減弱，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，或擊在避雷針上會產(chǎn)生強大的交變電磁場，此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并最終作用到設(shè)備上，對用電設(shè)備造成極大危害。3．球形雷球形雷是一團處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體，是雷電放電時形成的發(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，運動速度約為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，接近地面時突然改向，作水平移動，可穿過門窗、煙囪進入建筑物，甚至可以在導(dǎo)線上滑動并發(fā)出“嗡嗡”得響聲。多數(shù)火球無聲消失，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電壓（三）雷電參數(shù)1．雷暴日只要一天之內(nèi)能聽到雷聲就算一個雷暴日。年雷暴日數(shù)用來衡量雷電活動的頻繁程度。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，說明雷電活動愈頻繁。例如：我國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、濟南約為30d/a等。我國把年平均雷暴日不超過15d/a的地區(qū)劃為少雷區(qū)，超過40d/a劃為多雷區(qū)。在防雷設(shè)計時，需要考慮當?shù)乩妆┤諚l件。雷電沖擊過電壓是指由雷電直接對地面物體放電或雷電感應(yīng)引起的過電壓。直擊雷沖擊電壓可高達數(shù)千千伏。雷電感應(yīng)過電壓可達數(shù)百千伏。4．雷電過電壓雷電流陡度是指雷電流隨時間上升的速度。雷電流沖擊波波頭陡度可達50kA/s，平均陡度約為30kA/s。雷電流陡度越大，對電氣設(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沖擊電流的最大值。雷電流幅值可達數(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)百萬伏乃至更高的沖擊電壓，可能毀壞發(fā)電機、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)帶來觸電的危險。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)。巨大的雷電流通過導(dǎo)體，在極短的時間內(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)。巨大的雷電流通過導(dǎo)體，在極短的時間內(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．機械性質(zhì)的破壞作用巨大的雷電流通過被擊物時，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物的地位，把雷電引向自身，攔截閃擊，通過引下線和接地裝置，把雷電流泄入大地，使被保護物免受雷擊。接閃器所用材料應(yīng)能滿足機械強度和耐腐蝕的要求，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，滿足機械強度、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超過25m或高度超過40m時，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，以限制防雷裝置對地電壓不致過高。二、防雷裝置(二)避雷器避雷器并聯(lián)在被保護設(shè)備或設(shè)施上，防止雷電產(chǎn)生的過電壓沿線路侵入后破壞被保護電氣設(shè)備的絕緣。正常時，避雷器對地保持絕緣狀態(tài)；當雷電沖擊波到來時，避雷器被擊穿，將雷電引入大地。沖擊波過去后，避雷器自動恢復(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3Ω，起各種保護作用。IEC標準中指出，等電位連接是內(nèi)部防雷措施的一部分,當雷擊建筑物時，雷電傳輸有梯度，垂直相鄰層金屬構(gòu)架節(jié)點上的電位差可能達到10kV量級，危險極大。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，形成一個等電位連接網(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、生命危險和設(shè)備損壞。除雷擊防護外，等電位聯(lián)結(jié)同時具有靜電防護、電磁干擾防護、觸電保護和接地故障保護的功能。二、防雷裝置(五)電涌保護器（SPD）

電涌保護器（SPD）也叫防雷器，指用于限制瞬態(tài)過電壓和分泄電涌電流的器件。其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬態(tài)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)姶蟮睦纂娏餍沽魅氲?，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、使用或儲存火炸藥及其制品的危險建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會造成巨大破壞和人身傷亡者。具有0區(qū)或20區(qū)爆炸危險場所的建筑物（參見本章第四節(jié)電氣防爆中爆炸危險場所的劃分，同下）。具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險場所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會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、汽油提煉車間等。2．第二類防雷建筑物

國家級重點文物保護的建筑物。國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站和飛機場、國賓館，國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經(jīng)濟有重要意義的建筑物。國家特級和甲級大型體育館。制造、使用或儲存火炸藥及其制品的危險建筑物，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重點文物保護的建筑物及省級檔案館。預(yù)計雷擊次數(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)危險場所。預(yù)計雷擊次數(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1直擊雷防護4人身防雷2閃電感應(yīng)防護1．直擊雷防護第一類防雷建筑物、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，要求裝設(shè)獨立接閃桿、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?？赡茉馐芾讚簦乙坏┰馐芾讚艉蠊容^嚴重的設(shè)施或堆料，如：裝卸油臺、露天油罐、露天儲氣罐等。露天裝設(shè)的有爆炸危險的金屬儲罐和工藝裝置，當其壁厚不小于4mm時，一般不再裝設(shè)接閃器，但必須接地，接地點不應(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)防護為了防止靜電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓，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金屬物，其凈距小于100mm時，應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點之間的距離不應(yīng)超過30m。當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處也應(yīng)用金屬線跨接。2．閃電感應(yīng)防護

3．雷電侵入波防護變配電裝置的防護10kV變配電站采用閥型避雷器防護。無變壓器的3～10kV配電所，可僅在進線上裝設(shè)閥型避雷器或管型避雷器。建筑物的防護第一類防雷建筑物全長宜采用直接埋地電纜供電。爆炸危險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)減少在戶外活動時間，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；不要撥打移動電話。如果一時找不到合適的避雷場所，千萬不能靠近空曠地帶或山頂上的樹木，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，防雷效果就會更好。（1）直