第5讲 闪电效应

1、1第5讲 闪电的危害主讲人：王身云主讲人：王身云 现代防雷技术基础办公室：学科楼2#N301室电 话邮 箱： 2重点掌握：重点掌握：（1） 了解雷电危害的分类； （2）掌握磁感应电压估算； （3）掌握雷电反击条件的计算； （4）掌握暂态电位的计算； （5）了解暂态电位升高的危害）了解暂态电位升高的危害学习目标学习目标3雷电危害有哪些？雷电危害有哪些？ 41.雷电流的雷电流的热效应热效应危害危害 大电流从雷击点注入被击物体，数值可达数十至数百千安，可以雷击点局部范围内产生600010000OC的高温，可使金属溶化，草木燃烧；侵入低压供配电线时，可将其熔断； 雷击点处的

2、热量估算：（雷电流持续时间的积分计算） UAR为雷击点处电弧压降，取经验值2030V 因为： 所以有：第第1节节 直击雷的危害直击雷的危害51.雷电流的雷电流的热效应热效应危害危害 由于雷电流的作用时间很短，雷击点及雷电流通过金属物体所产生的温升可以忽略散热作用： 是比热（J/kg.0C） 所以 单位电荷产生的热效应熔化能力是有限的（铝：12mm3/C、 铜：5.4mm3/C、钢：4.4mm3/C），金属屋面钢板壁厚超过4mm时，可直接承受雷击。 第第1节节 直击雷的危害直击雷的危害ARUQTm WTm 61.雷电流的雷电流的热效应热效应危害危害 针对建筑受雷击，雷电流通过建筑体内各种金属通路

3、流入大地，金属体电阻为R，则： 在防雷分析中，常用单位欧姆热这一参数： 第第1节节 直击雷的危害直击雷的危害 2WR i tdt 2Wi tdtR72.雷电流的雷电流的电动力电动力效应危害效应危害 由物理学可知，在载流导体周围空间存在磁场时，载流导体会受到电磁力的作用，这种作用力叫电动力电动力。 第第1节节 直击雷的危害直击雷的危害83.雷电流的雷电流的内压力内压力效应危害效应危害 雷电流经过物体途径，焦耳楞次热效应导致物体内的水份剧烈蒸发，产生气体，气体膨胀的机械作用可使树木劈裂、房屋破坏，器物爆裂焊爆炸等。 第第1节节 直击雷的危害直击雷的危害94.闪电的闪电的冲击波冲击波效应效应 闪电回

4、击通道的初始平均温度和气压很高，使得通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。与爆炸时产生的冲击波类似，可以使附近的建筑物、人、畜受到破坏或伤害。 第第1节节 直击雷的危害直击雷的危害101.雷电的雷电的静电感应静电感应及危害及危害 静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压具有更大的危害范围，它能损坏建筑内的信息系统与电气设备，甚至造成人员伤亡。 例1. 金属顶建筑物的静电感应 建筑物上空有雷云生成并向下 发展下行先导时，雷云或先导 通道电荷感应作用，在建筑物 顶部金属体上出现反极性电荷。 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害111.雷电的雷电的静电感应静电感应及危害及危害

5、例1. 金属顶建筑物的静电感应 回击发生时，负电荷立即消失， 屋顶正电荷失去束缚，变为自 由电荷，将金属体与大地等效 为一电容器，RC放电过程： 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害tRC0uU-e121.雷电的雷电的静电感应静电感应及危害及危害 例2. 架空导线上的静电感应 回击前，先导附近感应正电荷，回 击后，正电荷将向两侧运动，形成 过电压波，速度较快（过电压波幅 值较大）。 此外，回击通道与导线垂直，互感 较小，这种磁感应电压可以不考虑。 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害132.雷电的雷电的电磁感应电磁感应及危害及危害 由于雷击的电磁干扰辐射，周围区域听雷击在设备环路 上感应出浪通

6、电压或电流。 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害142.雷电的雷电的电磁感应电磁感应及危害及危害 脉冲磁场在回路中感应出的电压大小 与回路尺寸、雷电流波头陡度 以及回路与载流导体之间的距 离有关，载流导体产生脉冲电 磁场对其附近回路的电磁感应 作用可用两者互感系数来表征： 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害1cdiuMdt1cfIUM152.雷电的雷电的电磁感应电磁感应及危害及危害 互感系数M的工程计算 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害6210.2 10ln()Maa r621330.2 10lnMaaaa1mincLfLMIUdEE163.雷电在信号线上的耦合雷电在信号线上的耦合 雷

7、电流产生的暂态脉冲电磁场在建筑内的导体回路上可以通过阻性耦合、感性耦合和容性耦合感应出过电压和 过电流来影响设备。 1）阻性耦合：电位抬高绝缘击穿2次信号线上产生 浪涌电流 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害173.雷电在信号线上的耦合雷电在信号线上的耦合 2）感性耦合：地下电缆也可以发生以上类似情况外，还会在金属护套上产生暂态电压梯级分布（护套自身电阻）。 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害183.雷电在信号线上的耦合雷电在信号线上的耦合 2）感性耦合：其他耦合方实例。 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害193.雷电在信号线上的耦合雷电在信号线上的耦合 3）容性耦合：雷电通道或接闪器与

8、信号线之间存在耦合 电容，其被充电后，会引起“注入”电流。 第第2节节 感应雷的危害感应雷的危害20 雷电闪击过程中，沿接闪器的引下线和雷电闪击的通道产生的瞬态过电压会通过电源线、信号线等线咱传输和电磁场感应等方式危害通信、计算机等信息系统。 直击雷产生的电位升高，可造成设备的间接雷击；产生过大的夸步电压和接触电压，危害人身安全等 第第3节节 暂态电位抬高及危害暂态电位抬高及危害211.暂态电位升高暂态电位升高 引下线或分分导体可看成是分布参数的电感或电阻，接地体等值看成是集中参数电阻，即接地电阻；雷电流会在电感、电阻和接地电阻上产生压降，使防雷装置中各个部位的对地电位都有不同程度的提高，由于

9、电流时间很短，所以称为暂态电位升高。 第第3节节 暂态电位抬高及危害暂态电位抬高及危害221.暂态电位升高暂态电位升高 建筑防雷装置结构： 接闪器（避雷针、避雷线、避雷网等） 引下线 接地体（接地线、接地棒和基础接地网） 点A处产生的暂态电位： 第第3节节 暂态电位抬高及危害暂态电位抬高及危害0AgdiUiRhLdt231.暂态电位升高暂态电位升高 电阻压降可以空气击穿场强： 电感压降产生的空气击穿场强： 第第3节节 暂态电位抬高及危害暂态电位抬高及危害1600 1LfE500/REKVm242.雷电反击雷电反击 由暂态电位升高使防雷装置中某些部位与周围金属体之间发生空气间隙击穿的现象称为雷电反击。 发生条件： 第第3节节 暂态电位抬高及危害暂态电位抬高及危害00RRfI RgL hIdEE252.雷电反击雷电反击 多次雷电反击与远处雷电反击（如通过地下金属管道） 第第3节节 暂态电位抬高及危害暂态电位抬高及危害263.跨步电压与接触电压跨步电压与接触电压 雷电流经接地体散入大地，在周围土壤中产生电压降，使附近地面上不同地点之间出现电位差。 工程上，将人跨一步的步长取为0.8m，并把这一距离两端的电位差称为跨步电