防雷的基本原则与方法.ppt

防雷的基本原则与方法 概述 防雷的基本原则 防雷的基本方法 概述 雷电灾害的严重性主要表现在灾害 发生的短暂突发性上。雷电的能量虽然 不大，以一个中等闪电所释放的能量为 例，每次放电释放的能量为： Q表示一次地闪所传递给地面的电荷，中等闪电大约为20C V表示闪电通道上端与大地之间的电位差，一般为107109 V 这里 取108V 这样，每次闪电放电所释放的能量则只有109 焦耳。该值仅仅相当于100W的灯泡照明100多天而 已。不过由于闪电放电持续时间太短了，放电如此 之快，以至其功率是非常大的。一次闪电的最大功 率，通常称之为闪电功率，它可以表示为： P=ImV Im为闪电电流的脉冲峰值典型值为104A V表示闪电通道上端与大地之间的电位差，一般为 107109 V 这里取108V 这样，闪电功率P=1012 W，即10亿 千瓦，它远远超过了世界上任何一个发 电厂的输出功率。因此，一旦发生雷击 损毁事故，一切救援措施和补救办法都 来不及了，而且面对这样大的闪电功率 也无济于事，所以我们必须在雷击事故 前就做好保护工作。 防雷的基本原则 从闪电过程的观测结果得知，闪电电 源不是一个电压源而是一个电流源。更严 格的说，它是一个电流波，犹如洪水暴发 。因此就防雷保护而言，必须给闪电放电 电流提供一条低阻抗的通道，就好像开一 条河道泄放洪水一样，把洪水疏导到大海 而不能采取筑坝堵塞洪水的办法。弗兰克 林200多年前发明的避雷针，其功能正是通 过低阻抗的导电通道，把闪电放电电流传 导到大地中去，从而保护地面的建筑物和 居住在内的人们。 经过200多年的摸索与实践，现在人 们已经得到这样一个结论，即防雷的基 本途径就是提供一条使雷电（包括雷电 电磁脉冲辐射）对地泄放的合理低阻抗 路径，而不能让其随机性选择放电通道 。这里面的含义就是要控制雷电能量的 血放与转换，这就是我们提出的防雷基 本原则。 防雷的基本方法 接闪 均压连接 接地 分流 屏蔽 躲避 接闪 接闪就是让一定范围内出现的闪电 放电不能任意选择放电通道，而只能按 照人们事先设计的防雷系统的规定通道 将能量泄放到大地中去。所以一个防雷 工程设计成功与否，在很大程度上取决 于我们能不能利用接闪装置，把一定保 护范围的闪电放电捕获到，纳入须先设 计的对地泄放的合理途径之中。 避雷针 避雷针在雷云形成的大气电场作用下，会产生向 上先导。该先导的传播可以改变从雷云发出的向下先 导的走向，将雷电引诱到自己身上来，不让闪电电流 随意选择放电通道，所以是一种良好的接闪装置。避 雷针的英文原名是：Lightning Conductor，原意应为闪 电引导器，即是指它的功能就是把闪电电流引导入地 。避雷线和避雷带是在避雷针基础上发展起来的，他 们的引雷作用较小。不过，一般都将他们敷设在被保 护物易受雷击的部位或上方，因而也比较容易捕获到 闪电电流，从而保护他们要保护的对象，至于避雷网 则是将被保护物包围起来，只要网格大小适当，凡是 指向被保护物的闪电放电电流，都首先遇到避雷网格 而被它所捕获，纳入防雷系统规定合理泄放通道。 避雷针的引雷作用说明它是一种主动式接 闪装置，不应该称为拦截闪电。 将被保护范围出现的闪电电流主动引入防 雷系统，这本来应该说是一件好事，可是现在 却有人视为避雷针的缺点，原因就在于雷电泄 放的通道形成瞬时高电压，会对周围物体产生 旁侧闪络，以近雷电流通到泄放电流时会产生 交变电磁场，使周围物体，尤其是导体产生感 应电动势或感生电流。其实这些均属于防雷系 统要考虑的问题，不能期望从一个接闪装置上 就解决全部问题。 均压连接 作为雷电对地泄放的通道应该是低阻抗的，因 此接闪装置必须通过引下线以最短的路径接地。如 果只有一根引下线来疏导全部雷电流，则接闪装置 在捕获雷电时可能升高到最大电位，在引下线上下 端将出现巨大的电位差，从而会对防雷系统周围的 物体，尤其是导线产生旁侧闪络。 为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用 多根引下线。为防止多根引下线上出现不均匀的雷 电流，就需要每隔一定高度距离，设置一个均压环 ，把所以引下线做等电位连接起来，一直到接地装 置为止。 在多雷区和强雷区，建筑物顶上还应敷设均压 网以保持电位均衡。 至于建筑物内安装的金属设施、电气装 置和电子设备，如果他们与防雷系统的导体 ，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全 要求时，则应该用较粗的导线把他们与防雷 系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过 时，大家的电位同时升高，保证相互之间处 于等电位，因此就不会产生旁侧闪络放电了 。 等电位连接也包括同一物体各个部分与 外套之间，电缆接头与金属外皮之间的电气 连接。因为结构连接处如果不是良好的电气 连通，则接触电阻所产生的电位也可以引起 电火花，损坏连接部位的表层，或导致火灾 。 完善的等电位连接还可以防止闪电电流 入大地造成的地电位升高所产生的反击，所 以利用环形接地装置或建筑物基础接地是使 电位均衡的一个好办法。这样的接地装置， 其接地电阻就不再影响建筑物本身和内部装 置的防雷保护了。 如果不需要更低的接地电阻，就无需附 加别的接地装置。如果还需要更低的接地电 阻，比如计算机所要求的那样，则可以另做 一个专用接地装置。该接地装置可通过保护 间隙或放电器与环形接地装置或基础接地相 连接，以保证正常时间两接地隔离，电击时 两接地连通，电位均衡，这既是所谓的“暂 态均衡”。 接地 接地就是让已经纳入防雷系统的闪电电 流顺利流入大地，而不能让雷电能量集中在 防雷系统的某处对被保护物产生破坏作用。 良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低 引下线上的电位，避免发生反击。 接地也是为其他防雷措施，如分流与屏 蔽等服务的。接地不好，所有的防雷措施的 防雷效果都不能发挥出来，所以它是整个防 雷系统中最基础的一个环节，也是最花钱， 最费工时和材料的，也是特别重要的一环。 分流 分流是现代防雷技术中迅猛发展的 重点，是防护各种电气、电子设备的关 键措施。近年来频繁出现的新形式雷害 几乎都需要采用这种措施来解决。 所谓分流就是在一切从室外来的导线（包括电力 电源线，电话线或信号线，天线的馈线等）与接地装 置或接地线之间并联一种适当的避雷器。不仅在入户 处要装避雷器，而且在一些电子设备的入机壳处也要 装避雷器。 当直击累或感应雷在线路上产生过电压波沿着这 些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降至低 值，近于短路状态，闪电电流就由此处分流进入大地 了。 雷电流在分流之后，仍会有少部分沿导线进入设 备。这对于一些不耐高压的微电子设备来说仍然是很 危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进 行多级分流。 现在电信避雷器的研究与发展，也超过 了分流的范围。有些避雷器可直接串联在信 号线或天线的馈线上，它们能让有用的信号 顺畅的通过进入设备，而对雷电过电压波来 说，它们则把设备与之隔离开来，只让过电 压波传送到大地去。这已是广义的分流，即 有用的信号与雷电过电压波分别流到不同的 地方去。 采用分流这一方类措施时，应特别注意 选择适当参数、性能的避雷器，这些避雷器 的安装位置，以及安装避雷器的数量多少。 屏蔽 屏蔽就是用金属网、铂、壳或管子 等把需要保护的对象包围起来，使闪电 的电磁脉冲波从空间入侵的通道全部截 断。 采用微电子技术的现代电子设备，一般都 对雷电电磁脉冲波比较敏感，因此要从电磁场 理论来考虑其保护问题。用屏蔽这种方法足以 防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备的影响。 有些电缆除了有铜网的屏蔽外套之外，为 了加强屏蔽作用，有时还得穿入铁管之内。 所有的屏蔽套、壳灯具需要接地。没有 妥善的接地，就会影响屏蔽作用。需要屏蔽 到