第六讲雷电和工业静电

避雷针的高度和支数，应按不同保护对象和保护范 围选择。
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单支避雷针的保护范围可看作是一折线圆锥体。设针 的顶点离地面高度为h， 如果h≤30m，则这条折线的 轨迹是：从针的顶点向下作45°斜线，与高度为ｈ/2 的水平线相交，再从此交点向下作斜线与地平面相交， 地平面上的交点离针的垂足距离为1.5h，如图７-１所 示。因此，在任一高度hx平面上避雷针的保护半径rx 可按下式计算：
防雷措施
防直击雷 防直击雷的主要措施是装设避雷针、避雷线、避雷网 和避雷带。 避雷针分独立和附设两种。独立避雷针是离开建筑物 单独安装的，其接地装置一般也是独立的，接地电阻 一般不超过10Ω。严格禁止通讯线、广播线和低压线 架设在避雷针构架上。独立避雷针构架上若装有照明 灯，其电源线应采用金属护套电缆或穿铁管，并将其 埋在地中长度10m以上，深度0.5～0.8m•，然后才能 引进室内。
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雷电分类
直击雷 直击雷是雷云对大地凸出物的强烈放电过程。
感应雷 感应雷有静电感应和电磁感应两种起因，静电感应是由于雷云接近 地面，在地面感应物上感应出大量异性电荷，当雷云与其它物体 放电后，凸出物顶部电荷失去束缚，产生对地面很高的静电电位， 以雷电波形式沿凸出物极快泄放，此时极易产生火花放电。电磁 感应雷是雷击时幅度和陡度都很大的雷电流，在周围空间产生迅 速变化的磁场，导致附近的金属导体上感应出高电压，一旦与其 它金属设备接触或接近时，则可能产生火花放电。
表1 防雷装置各部分的最小材料尺寸
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为防止泄放雷电流时形成跨步电压伤人，防直 击雷接地装置距建筑物入口和人行道的距离不 应小于3m。当小于3m时，应采取接地体局部 深埋，采用均压条或铺设砾石、沥青高阻地面 等安全措施。
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表7-2 防雷接地电阻值
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接闪器应耐腐蚀，一般采用镀锌材料制成，如 避雷针、避雷线（用镀锌钢绞线制成）、避雷 带（采用镀锌钢管、圆钢或扁钢制成）。接闪 器的材料尺寸应满足通过强大雷电流时动稳定 和热稳定的要求。
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引下线
应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求， 通常采用 圆钢或扁钢制成，并采取镀锌或刷漆等防腐措施，绝 对不可采用铝线作引下线。
引下线应取最短途径，尽量避免弯曲，并每隔 （1.5～2）m设1•个固定点加以固定。可以利用建筑 物的金属结构作为引下线，但金属结构的连接点必须 焊接可靠。
引下线在地面以上2m至地面以下0.2m的一段应该用 角钢、钢管、竹管或塑料管等加以保护，角钢、钢管 应与引下线连接，以减小通过雷电流时的电抗。
接地装置担负向大地泄放雷电流的任务。 接 地装置与接闪器一样具有防腐要求，接地体一 般采用镀锌钢管或角钢制作，其长度为2～ 2.5•m，垂直打入地下，其顶端低于地面0.6ｍ。 接地体之间用圆钢或扁钢焊接， 并采用沥青 漆防腐，各种接地装置的接地电阻值见表2。
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接闪器、引下线与接地装置应牢固地焊接，它 们的最小材料尺寸见表1。
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（二） 雷电危害
电破坏 数十万乃至百万伏高电压可能会毁坏发电机、变压器及线路绝缘子 等电气设备的绝缘，引起短路，甚至导致大规模停电。
热破坏 强大的雷电流通过导体时发出大量热量，引起绝缘材料燃烧和金属 熔化。烧断电线，引起火灾。
机械破坏 当强大的雷电流通过被击物时，被击物缝隙中的空气急剧膨胀， 缝隙中的水分迅速蒸发，致使被击物破坏或爆炸。 同性电荷的静电斥力，同方向电流的电磁斥力也有很大破坏作用。 雷击时的气浪也有一定破坏作用。
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附设安装在建筑物上的避雷针，其接地装置可以与其 他接地装置共用，可以沿建筑物四周敷设。附设避雷 针与建筑物顶部的其他接闪器应互相连接起来。
露天装设的金属封闭容器，其壁厚大于4mm时，一般 可以不装避雷针， 而利用金属容器本身作接闪器，但 至少作两个接地点，其间距不应大于30m•，每个接地 点的冲击接地电阻值不大于30Ω。
雷电侵入波 雷电侵入波是雷击在线路或金属管道上产生的冲击电压，沿着线 路或管道迅速传播侵入建筑物内形成的。
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防雷装置的组成
完整的防雷装置通常由接闪器、引下线和接地 装置三部分组成。 1、接闪器 用于直接接受雷击的金属体，如避雷针、避雷 线、避雷带、 避雷网 ，安装在被保护设施的 上方更接近于雷云，雷云首先对接闪器放电， 使强大的雷电流沿接闪器、引下线和接地装 置泄入大地，从而使被保护设施免遭雷击。
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如果建筑物顶部设有多支互相连接的避雷针， 或者设有避雷线、避雷网、避雷带等，其引下 线不得少于2根，每2根之间距离不得大于18～ 30m。 采用多根引下线和多处接地时，应在 引下线距地面约1.8m处设置断开卡，以便检 查各引下线和测量各接地电阻值。
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接地装置
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防雷保护
雷电现象及其危害 雷电分类 防雷装置的组成 防雷措施
象，也就是正负电荷的中和 过程。
雷云在形成过程中，某些云积累起正电荷，另一些 云积累起负电荷。随着电荷的积累，电压逐步升高， 当带不同电荷的雷云互相接近到一定距离时，将发生 激烈放电，出现耀眼的闪光。由于闪光时温度高达 20000℃，空气受热膨胀， 发出震耳轰鸣。这就是闪 电和雷鸣。
有时雷云很低，在地面凸出物上将感应出异性电荷， 到一定程度时也将出现雷云对地面凸出物的放电，这 就是常说的雷击。
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（一）雷电特点
电流大 雷电电流幅值可高达几万至几十万安，设计避雷装置时可按15万安考
虑。 时间短
一般雷击分为三个阶段，第一个阶段为先导放电，时间为5～10•毫 秒，第二阶段为主放电，时间仅为50～100微秒，第三阶段为余光， 时间为30～50•毫秒，雷击完成一次放电过程总共不超过60毫秒。 频率高 雷电电流大，放电时间极短，这样放电陡度极大，高达30•千安/微 秒。所以具有高频特性。 电压高 雷电感应电压可高达300～400千伏， 而直接雷的电压还要高得多。