第8章_雷电和静电

第8章 雷电和静电
8.1 8.2 防雷技术 静电防护技术
8.1
防雷技术
一、雷电的产生 带电积云是构成雷电的基本条件。当带不 同电荷的积云互相接近到一定程度，或带电积 云与大地凸出物接近到一定程度时，发生强烈 的放电，发出耀眼的闪光。由于放电时温度高 达20000℃，空气受热急剧膨胀，发出爆炸的 轰鸣声。这就是闪电和雷鸣。

3）建筑物等效面积Ae,为实际面积向外扩大 后的面积。
避 雷 针 保 护 范 围 计 算
（二）滚球法计算单支避雷针保护范围
A:当避雷针的高度 h hr 时：
d
d
避 雷 针 保 护 范 围 计 算
（二）滚球法计算单支避雷针保护范围
C
F P Q
hx
G
hx
E
rx
D
避雷针在高度 hx水平面上的 保护半径为 rx GQ PQ
引下线
接地装置
三、雷电防护装置--接闪器 防 雷 电 装 置
避雷针
三、雷电防护装置--接闪器 防 雷 电 部 分
避雷线
避雷网
法拉第笼
防 雷 电 装 置
金属网的屏蔽作用使 笼内的电场强度为零
三、雷电防护装置--接闪器
防 雷 电 装 置
避雷带
三、雷电防护装置--引下线 防 雷 电 装 置
三、雷电防护装置--接地装置 防 雷 电 装 置
雷暴日 雷电流幅值 雷电流陡度
u z i Rc L di dt
雷电冲击过电压
四、雷电的危害 由于雷电具有电流很大、电压很高、冲击 性很强等特点，有多方面的破坏作用，且破坏 力很大。就其破坏因素来看，雷电具有电性质、 热性质和机械性质、电磁伤害等四方面的破坏 作用。
（三）雷电的危害 雷 电 基 础 知 识
1、建筑物防雷分类
一类防雷建筑、二类防雷建筑、三类防雷建筑
2、建筑物防雷总要求
A、各类防雷建筑均应防直击雷；
B、一类防雷建筑、二类防雷建筑应防感应雷。 C：应采用等电位连接
D：不是防雷建筑应采取防雷波侵入措施。
3、建筑物防雷措施
一类防雷建筑：防直击雷、感应雷、防雷电波侵入 二类防雷建筑：防直击雷、防雷电波侵入、感应雷 三类防雷建筑：防直击雷
建筑物等效面积Ae，应为其实际平面积向外 扩大后的面积。其计算方法应符合下列规定： （1）当建筑物的高H小于100m时，其每边的扩 大宽度和等效面积应按下列公式计算确定

（2）当建筑物的高H等于或大于100m时，其每 边的扩大宽度应按等于建筑物的高H计算；建 筑物的等效面积应按下式确定： Ae＝［LW＋2H（L＋W）＋πH2］· 10 （3）当建筑物各部位的高不同时，应沿建筑物 周边逐点算出最大扩大宽度，其等效面积Ae 应按每点最大扩大宽度外端的连接线所包围的 面积计算。
直击雷 感应雷 雷电波侵入 球雷
雷电击中户外架空 线路、地下电缆或 金属管道时，雷电 波就会沿着这些导 体侵入室内，损坏 设备，以致危及人 身安全。
三、雷电参数 雷电参数是防雷设计的重要依据之一。雷 电参数系指雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、 冲击过电压等电气参数。 1. 雷暴日 只要一天之内能听到雷声的就算一个雷暴 日。通常说的雷暴日都是指一年内的平均雷暴 日数，单位 d/a。我国把年平均雷暴日不超过 15d/a的地区划为少雷区，超过40d/a划为多雷 区。
防 雷 电 基 础 知 识
（一）雷电的起因
雨滴分裂作用 理论
雷云形成的三个基本条件： 空气中应有足够的水蒸气； 有使潮湿空气能够上升,并开始凝结为 水珠的气象或地形条件； 有使气流能强烈持久上升的条件。
雷 电 基 础 知 识
（一）雷电的起因
雷电最常出现在暖、 潮的陆地上空和山 区。
（二）雷击的形式与特点 雷 电 基 础 知 识
避 雷 针 保 护 范 围 计 算
（二）滚球法计算单支避雷针保护范围
A: 当避雷针的高度 h hr 时：
rX h(2hr h) hX (2hr hX )
r0 h(2hr h)
B: 当避雷针的高度 h hr 时：按 h hr 带入A式中：
rX hr hX (2hr hX )
建 筑 物 防 雷 分 类 依 据
建筑物年预计雷击次数N计算

1）建筑物年预计雷击次数N计算
N=KNgAe
K----校正系数一般取1； 旷野 K=2； 金属屋面砖木K=1.7；河、湖、山坡下、电阻率较小，潮 湿建筑等K=1.5；

2）雷击大地年平均密度计算

Ng=0.024Td 1.3
Td-----年平均雷暴日（天/年）]
（二）雷击的形式与特点 雷 电 基 础 知 识
直击雷 感应雷 雷电波侵入 球雷
球雷的形成是个迷 它是伴随大气中雷电现象而产 生的一种灼热的等离子体。球 雷常常沿地面滚动或在空气中 飘行，有时会经门窗等缝隙进 入建筑物内部，碰到障碍物就 会发生剧烈的爆炸。
（二）雷击的形式与特点 雷 电 基 础 知 识
2. 感应雷 感应雷也称为雷电感应或感应过电压。它分为静电 感应雷和电磁感应雷。 （1）静电感应雷：是由于带电积云接近地面，在架 空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引 起的。它将产生很高的电位。 （2）电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷 电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。这种 迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动 势。雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可 能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电事故。
三、雷电防护及装置
防 雷 电 部 分
现代预防措施:
B
— Bonding C — Conducting D — Dividing G — Grounding S — Shie1ding
“等电位连接” “传导”
“分流”
“接地” “屏蔽”
三、雷电防护装置
防 雷 电 部 分
一套完整的防雷 装置应包括： 接闪器
雷电具有以下四方面的破坏作用：
电效应
热效应 机械效应 电磁效应
1. 电性质的破坏作用
(1)可能毁坏发电机、电力变压、断路器、绝缘子等 电气设备的绝缘，烧断电线或劈裂电杆，造成 大规模停电； (2) 绝缘损坏可引起短路，导致火灾或爆炸事故； (3) 二次放电的电火花也可能引起火灾或爆炸，二次 放电也能造成电击； (4) 绝缘损坏后，可能导致高压窜入低压，在大范围 内带来触电的危险； (5) 数十至百千安的雷电流流入地下，可能直导致接 触电压电击和跨步电压的触电事故。
三、雷电防护装置--避雷针保护范围计算—— 滚球法
防 雷 电 部 分
避雷针的保护范围是跟据雷电理论、高压模拟试验以及雷 击事故统计等三方面的研究结果而规定出来的。
基本原理
雷云形成的初期，在 空间的运动方位是不 确定的，当雷云运动 到距地面被击目标的 距离等于空气击穿距 离时，才受到地面被 击目标的影响而开始 定位。
避 雷 针 保 护 范 围 计 算
（一）滚球半径 －地面目标的雷击距离
GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》按防雷要求划分
建筑物防雷类别 第一类防雷建筑物 第二类防雷建筑物
滚球半径hr (单位: m) 30 45
第三类防雷建筑物
60
30m
a图
b图
建 筑 物 防 雷 规 范
建筑物防雷分类与防雷措施
直击雷 感应雷 雷电波侵入 球雷
二、雷电的分类 1. 直击雷 带电积云与地面目标之间的强烈放电称为直击 雷。直击雷的放电过程如图7-1所示。
（二）雷击的形式与特点 雷 电 基 础 知 识
直击雷 感应雷 雷电波侵入 球雷
直接作用在建 筑物或其他物 体上的雷电叫 直击雷。



雷电直接击在受害物上，产生电效应、热效应 和机械力，从而对设施或设备造成破坏和人畜 造成伤害。 地球上每年若发生31亿次闪电，直击雷占1/5-1/6。直击雷放电电流可达200KA以上，并有 1MV以上的高电压。 雷云放电大多具有重复放电的性质，一次雷电 的全部时间一般不超过500ms，大约50%的直 击雷每次雷击有三四个冲击，最多能出现几十 个冲击。
二、雷电参数
防 雷 电 部 分
雷暴日 雷电流幅值 雷电流陡度
雷电的破坏作用主要 是雷电流引起的。雷 电流具有冲击特性。 雷电流幅值即雷电流 冲击电流的最大值， 亦即主放电时雷电流 的最大值。
雷电冲击过电压
3. 雷电流陡度 雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。 雷电流冲击波波头陡度可达到50kA/μs，平均 陡度约为30kA/μs。做防雷设计时，一般取波 头形状为斜角波，时间按2.6μs考虑。雷电流 陡度越大，对电气设备造成的危害也越大。
建筑物应根据其重要性、使用性质、发生雷电 事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。 遇下列情况之一时，应划为第一类防雷建筑物： 一、凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、 火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而 引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。 二、具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。 三、具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花 而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。
电 磁 感 应
静 电 感 应
3. 球雷 球雷是雷电放电时形成的发红光、橙光、紫 光或其他颜色光的火球。球雷是一团处在特殊 状态下的带电气体。 球雷出现的概率约为雷电放电次数的2%， 其直径多为20cm左右，运动速度约为2m/s或 更高一些，存在时间为数秒钟到数分钟。球雷 通常沿地面滚动或在空中飘行，能从门、窗、 烟囱等通道侵入室内，造成火灾和爆炸事故。
雷电云层的先导头部与目标之 间的平均电场强度达到其临界击穿 值时按最短路径击向地面目标的这 样一段距离 击距rs与雷电流幅值I的关系 (电气-几何模型)
简化为:
五、防雷分类 建筑物年预计雷击次数N按下式计算： N=0.024KTD1.3Ae*10-6