防雷接讲义地与电气安全

图8-2 架空线路上的感应过电压 a) 雷云在线路上方时 b) 雷云对地或对其他雷云放电后
图8-3 开口金属环上的电磁感应过电压
二. 防雷设备 (一) 接闪器 接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属杆，称为 避雷针。接闪的金属线，称为避雷线，亦称架空地线。接闪的金属带，称为避雷带。 接闪的金属网，称为避雷网。
(二) 雷电的形成原理 1. 直击雷的形成原理 雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地或物
体之间产生急剧放电的一种自然现象。 关于雷云形成的理论或学说较多，但比较公认的看法是：
在闷热的天气里，地面上的水汽蒸发上升，在高空低温影响 下水汽凝结成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂。 气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云”，而 另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云”。由 于高空气流的流动，所以正、负雷云均在天空中飘浮不定。 据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。
雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离，称为“闪击距离”，简称“击距”。 雷电的闪击距离，与雷电流的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的“滚球半径”大小（参看后面表8-1），就与闪 击距离有关。 2. 感应雷（感应过电压）的形成原理 架空线路在其附近出现对地雷击时，极易产生感应过电压。当雷云出现在架空线路上方时，线路上由于静电感应而积聚 大量异性的束缚电荷，如图8-2a所示。当雷云对地放电或与其他异性雷云中和放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由 电荷，向线路两端泄放，形成很高的感应过电压，如图8-2b所示，这就是“感应雷”。高压线路上的感应过电压，可高达几 十万伏，低压线路上的感应过电压也可达几万伏，对供电系统的危害都很大。 当强大的雷电流沿着导体如接地引下线泄放入地时，由于雷电流具有很大的幅值和陡度，因此在它周围产生强大的电磁 场。如果附近有一开口的金属环，如图8-3所示，则其电磁场将在该金属环的开口（间隙）处感生相当大的电动势而产生火 花放电。这对存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危险的。为了防止雷电的电磁感应引起的危险过电压，应该用跨接导体或 用焊接将开口金属环（包括包装箱上的铁皮箍）连成闭合回路后接地。
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防雷接地与电气安全
第八章 防雷、接地与电气安全
内容提要：本章首先讲述过电压与防雷，包括过电压和雷电的有关概念、防雷设备及电气装置的防雷、建筑物及电子信 息系统的防雷等；然后讲述电气装置的接地及低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结；最后讲述电气安全与 触电急救知识。本章内容贯穿一条“电气安全” 的主线。
当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很 大的雷电场。由于静电感应作用，使地面上出现与雷云的电 荷极性相反的电荷，如图8-1a所示。
图8-1 雷云对大地放电（直击雷）示意图 a) 负雷云出现在大地建筑物上方时 b) 负雷云对建筑物顶部尖端放电时
当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到25～30kV/cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气 通道，称为雷电先导。大地感应出的异性电荷集中的上述方位尖端上方，在雷电先导下行到离地面100～300m时，也形成 一个上行的迎雷先导，如图8-1b所示。当上、下雷电先导相互接近时，，正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流， 并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段。这时间极短，一般只有50～100μs。主放电阶段之后，雷云中的剩余电荷 继续沿着主放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段，时间约为0.03～0.15s，电流较小， 约几百安。
第一节 过电压与防雷
一. 过电压及雷电的有关概念 (一) 过电压的形式 过电压是指在电气线路上或电气设备上出现的超过正常工作电压的对绝缘很有危害的异常电压。在电力系统中，过电压 按其产生的原因，可分为内部过电压和雷电过电压两大类。
1. 内部过电压 内部过电压是指由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或发生故障等原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统 内部出现电磁能量转换、振荡而引起的过电压。 内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作或负荷剧变而引起的过电压。谐 振过电压是由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利的组合下发生谐振或由于故障而出现断续性接地电弧所引起的过电压， 也包括电力变压器铁心饱和而引起的铁磁谐振过电压。 运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的3～4倍，因此对电力系统和电 气设备绝缘的威胁不是很大。 2. 雷电过电压 雷电过电压又称大气过电压，也称外部过电压，它是由于电力系统中的线路、设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷 击或雷电感应而引起的过电压。 雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因 此对供电系统的危害极大，必须加以防护。 雷电过电压有两种基本形式： (1) 直接雷击 它是雷电直接击中电气线路、设备或建（构）筑物，其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电入 地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁脉冲和闪络放电。这种雷电过电压称为直击雷。
1. 避雷针 避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一个附加电场，这附加电 场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的，它使雷电场畸变，从而将雷云放电的 通道，由原来可能向被保护物体发展的方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针 相连的引下线和接地装置，将雷电流泄放到大地中去，使被保护物体免受雷击。所 以，避雷针实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物 等。 避雷针一般采用镀锌圆钢（针长1m以下时直径不小于12mm、针长1～2m时直 径不小于16mm）或镀锌钢管（针长1m以下时内径不小于20mm、针长1～2m时内 径不小于25mm）制成。它通常安装在电杆（支柱）或构架、建筑物上，它的下端 要经引下线与接地装置相连。
(2) 间接雷击 它是雷电没有直接击中电力系统中的任何部分，而是由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁 感应所产生的过电压。这种雷电过电压，也称为感应雷，或称雷电感应。
雷电过电压除上述两种雷击形式外，还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波， 沿着架空线路或金属管道侵入变配电所或其他建筑物。这种雷电过电压形式，称为高电位侵入或雷电波侵入。据我国几个 大城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%～70%，比例很大，因此对雷电波侵 入的防护应予以足够的重视。