《雷电防护概述》PPT课件

I——雷击电流的幅值（kA）。
.
21
滚球法就是将雷击地面或地面物体的过程，等值地描述为一个以击 距为半径的假想球体从天而降，沿随机路径逼近地面或地面上的物体 时，球体所能接触到的物体都有可能遭受雷击；球体最先触及的且处 于地电位的点是最可能的雷击点（如接闪杆）。反之，滚球不能接触 到的地方，则可认为是由建筑物的接闪器能够保护的区域。
雷电防护概述
Outline of Protection against lightning
.
1
前言
闪电是自然界强大的脉冲放电现象，地球上平均每秒钟有100 次，已成为十大自然灾害之一（地震、水涝、旱灾、雷电、瘟疫、 泥石流、台风、冰雹、霜冻、病虫害）。
自然灾害都是低概率事件，一旦遇上，损失很大。不能侥幸。
Hr(击距)
.
20
雷闪的电气-几何模型
在该模型中，雷击先导的发展起初是随机的，直到先导头部足以击 穿它与地面目标间的间隙时，也即先导与地面目标的距离等于击距 时，才受到地面影响而开始定向。
滚球法是基于以下的雷闪的数学模型（电气-几何模型）：
hr=10I0.65 式中：hr——雷闪的最后闪络距离（击距），即所谓的滚球半径（m）
.
16
山西应县木塔
.
17
1.4 接闪杆的保护范围
- 保护角 W 为网格尺寸 接闪器
W
h
保护角
引下线
r
滚球半径
接地系统
.
18
避雷针的保护范围
英、日标准： 对于单支避雷针的保护范围可以近似认为：以尖顶为中心 的45º锥体内的空间。 我国的确定方法： 滚球法.
.
19
1.5 滚球法
I(雷击电流)
建筑物
λ=c/f
式中：c--传播速度（3×108m/s）； f--频率（Hz）。
近场的边界距离为λ/2π，所以
λ/2π=c/(2πf)=3×108/（2×3.14×25×103)≈ 2(km)
.
11
3）在无屏蔽时的磁场强度：
Ho = io／（2·л·Sa） （A／m ） 式中：io──雷电流（A）；
Sa──雷击点与观测点之间的平均距离（m）。
旁侧闪络
旁侧闪络是受害人根本没有直 接接触受雷击的物体，只是在它 的附近，而直接被雷击的物体的 高电压击穿附近的空气触及受害 人。（安全距离一般为5m）
.
电位分布曲线
14
旁侧闪络的例子（ 1967年6月24日，北京和平里）
U2=U1C1/(C1+C2)
毛巾架 U2
C1 U1
C2 晒衣铁丝
晒衣架
.
设： io=200kA, Sa=2km, 则 Ho =200/（ 2·л·2）=16 （A／m ），一般的电子设备能
够承受。
笔者认为危险半径为1km左右,此时H0=32 （A／m ）。
.
12
1.2 雷击（云对地）的选择性
放电——即位能的释放，总是沿着易导电路程（阻抗小）的地方。例如：
1）高大建筑物的尖顶（因为该处的静电感应的电场强度最大）；
.
8
感应雷示意图
.
9
雷电流传播的途径和危险半径
MCR 110 kV
ABC Company
数据线缆
电话
230/400 V
移动基站
TV
.
10
关于危险半径2km的讨论
1）全球公认（见【德】Peter Hasse 低压系统防雷保护，第7页）。
2）首次雷（强度最大）的主频率约为25kHz，因为波长和传播速度以及 频率的关系如下式所示。
.
4
2）线状雷 (云对地放电，占5%,对建筑物和信息系统均构成威胁）
通常下部的雷云带负电，上部的雷 云带正电，由于静电感应使地面积聚正 电荷，从而使地面与雷云之间形成强大 的电场（电场强度达到2500～3000kV/m）。 和云间放电一样，当某处积聚的电荷密度很 大，造成电场强度达到空气游离的临界值， 就为线状闪电落雷的发展创造了条件。
2）旷野中的突出物，即便不高，因为孤立、突出；
3）潮湿的土壤（因为电阻率低）；
4）金属结构的建筑物，包括金属线缆等（因为具有良好的导电性能）；
5）高层建筑物有遭侧击雷的可能，即天面以下，地面以上。
（案例：2004年6月26日，浙江临海市杜桥镇，在5棵大树底下的简易塑料 棚，死17人，伤13人）
.
13
直击雷的高电压、强电流侵入各处，袭击人，破坏建筑物、输 电网，引发森林火灾（半数是雷击引起的）是很常见的事。
伴随着雷电产生的雷电电磁脉冲，以电磁感应和静电感应的作 用（俗称感应雷） ，通过金属管道和电缆将雷电波（即闪电电涌， 过电压、过电流）引入控制系统。随着控制系统的集成化程度与对 雷击敏感度水平在同步提高，因此雷击电磁脉冲的危害日趋严重。 而且间接损失远大于直接损失。
.
2
1 雷电的基础知识
1.1 雷云结构和雷电的分类
带电云层生成的三个条件：水汽充沛、 地表气温高、垂直气 流对流旺盛。
由于在实验室內，无法模拟带电云层的 生成，所以许多科学 家提出了各种带电云层生成的的假说。
在大气中有带正电的冰晶和带负电的水粒，由于它们的比重不 一，于是形成了一种气流，使得带正电的冰晶和带负电的水粒分离， 形成一部分带正电和一部分带负电的雷云。
.
3
1）片状雷
（云间放电，占95%，对电子信息系统构成威胁）
由于异性电荷的不断积累，不 同极性的云块之间的电场强度不断 增大；当某处的电场强度超过了空 气可能承受的击穿强度时，就形成 了云间放电。
不同符号的电荷通过一定的电 离通道互相中和，产生强烈的光和 热。放电通道所发出的这种强光称 之谓“闪”。而通道所发出的热， 使附近空气突然膨胀，发出霹雳的 轰鸣，人们称之谓“雷”。
.
5
下行闪击可能的雷击组合
.
6
上行闪击可能的雷击组合
.
7
3）球雷
球状闪电特指雷电过程中发生的一种运动着的发光球，看上去 像一团火球。
特点：直径10～100cm； 呈橙色和红色，亮白色，也有黄色、蓝色和绿色； 存在时间约10秒左右； 可以水平运动(随风而飘），也可垂直降落； 一般不伤人。
（占云对地放电中的8%，1983年8月15日，北京焦化厂被球雷烧毁两 个100立方米的酒精罐）
15
1.3 外部防雷装置的基本原理——引雷入地
它包括三个部分： 1）接闪器； 2）引下线； 3）接地体。
接闪器的四种形式： 1）接闪杆（避雷针）； 2）接闪线（避雷线，用在高压线路
上）； 3）接闪带（避雷带，沿屋顶四周）； 4）接闪网。
（现还有“绝缘防雷”之说，依
据是山西应县的67.13米高的木
塔已900多年安然无恙。）