第八章雷电和静电

第八章雷电和静电第一节雷电及防护雷电是一种自然现象。雷击会产生：极高的过电压(数千kV～数万kV)

极大的过电流(数十kA～数百kA)——造成设施或设备的毁坏，可能造成大规模停电，可能造成火灾或爆炸，还可能直接伤及人身。有关资料表明，全球平均每年因雷电灾害死亡人数超过3000人。直接损失80亿元。事故教训1989年，山东黄岛油库雷击事故，引发的大火烧了104小时才扑灭，死亡19人（其中消防人员17人）；烧掉原油3.6万吨，油库区沦为一片废墟。直接和间接损失达7千万元。1992年，北京气象局16层气象中心大楼遭受雷击，楼内计算机、电子设备受损，中断通讯24小时，损失达数十万元。1994年4月，成都市周围有12个邮电局被雷电击中，损失达几百万元。一、雷电的产生

密集在大地上空的水雾称为云，由于某种原因带有正电或负电的云称为雷云，当雷云中电荷量增加到使其所产生的电场强度达到一定值时，周围空气的绝缘性能就会遭到破坏，也就是被击穿，于是正、负雷云之间或雷云对大地之间就会发生强烈的放电现象，形成大自然中的闪电和雷鸣。雷电的放电：先导放电、主放电、余辉阶段二、雷电的种类直击雷——带电积云与地面目标之间的强烈放电称为直击雷。直击雷是雷电直接击中电气设备或线路，造成强大的雷电流通过击中的物体泄放入地。感应雷——感应雷也称为雷电感应或感应过电压。感应雷是指附近发生雷击时设备或线路产生静电感应或电磁感应所产生的雷击，它分为:静电感应雷和电磁感应雷。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。——在带电积云与其他客体放电后，架空线路导线或导电凸出物顶部的电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波——雷电波的形式，沿线路导线或导电凸出物极快地传播。又称为感应过电压（感应雷）。感应过电压一般为200～300kV。最高可达400～500kV。雷电侵入波的传播速度在架空线路中约为300m/μs，在电缆中约为150m/μs。电磁感应雷——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→在邻近的导体上感应出很高的电动势。如系开口环状导体，开口处可能由此引起火花放电；如系闭合导体环路，环路内将产生很大的冲击电流；如闭合导体环路某处接触不良，→局部发热→危险温度。球雷球雷是雷电放电时形成的发红光、橙光、白光或其他颜色光的火球。是一团处在特殊状态下的带电气体。其直径多为20cm左右，运动速度约为2m/s，存在时间为数秒钟到数分钟。出现概率——约为雷电放电次数的2%。在雷雨季节，球雷可能从门、窗、烟囱等通道侵入室内。三、雷电参数1.雷暴日——只要一天之内能听到雷声的就算一个雷暴日。用年平均雷暴日数来衡量雷电活动的频繁程度。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。2.雷电流幅值IsM——主放电时冲击电流最大值。3.雷电流幅值概率P

年平均雷暴日大于20的一般地区：4.雷电流陡度

雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。雷电流陡度越大，对电气设备造成的危害也越大。5.雷击冲击过电压

前一部分决定于雷流的大小和雷电流通道的电阻；后一部分决定于雷电流通道的电感。

四、雷电的危害1.电性质的破坏作用

(1)毁坏电气设备的绝缘，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。2.热性质的破坏作用

表现在直击雷放电的高温电弧能直接引燃邻近的可燃物，从而造成火灾。3.机械性质的破坏作用

表现为被击物遭到破坏，甚至爆裂成碎片。五、建筑物防雷的分类建筑物按其重要性、生产性质、遭受雷击的可能性和后果的严重性分为三类。第一类防雷建筑物会造成大量人员伤亡和巨大财产损失的易燃、易爆场所。2.第二类防雷建筑物国家级重要场所、楼堂馆所，一般易燃易爆场所，年预计雷击次数大于0.06的省部级办公楼和人员密集场所，年预计雷击次数大于0.3的普通民宅、办公楼。3.第三类防雷建筑物省部级楼堂馆所，火灾危险区域的建筑物，年预计雷击次数比较少的地方。

雷电危害的防护一般采用避雷针、避雷器、避雷网、避雷线等装置将雷电直接导入大地。

避雷针主要用来保护露天变配电设备、建筑物和构筑物；避雷线主要用来保护电力线路；避雷网和避雷带主要用来保护建筑物；避雷器主要用来保护电力设备。

包括接闪器、引下线和接地装置。

六、防雷装置接闪器接闪器都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置，把雷电流泄入大地，以此保护被保护物免受雷击。接闪器所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，还应有足够的热稳定性，以能承受雷电流的热破坏作用。

接闪器的保护范围——

一般只要求保护范围内被击中的概率在＜0.1%即可。保护范围计算—滚球法

以过针尖并相切于地面的半径为hr的圆弧，水平自旋一周所形成的曲面圆锥体内，为该避雷针的保护范围。

nmnBAB线PhA

单支（）单支（）避雷器避雷器并联在被保护设备或设施上，正常时处在不通的状态。出现雷击过电压时，击穿放电，将雷电流或过电压引入大地，发挥保护作用。过电压终止后，避雷器迅速恢复不通状态，恢复正常工作。避雷器主要用来保护电力设备和电力线路，也用作防止高电压侵入室内的安全措施。避雷器有保护间隙、管型避雷器和阀型避雷器和氧化锌避雷器。

阀型避雷器

阀型避雷器由火花间隙和阀片串联组成，并联于电气设备的外侧。

避雷器设备阀片接地装置雷电波三相线路火花间隙1、基本元件①火花间隙单个火花间隙由两个圆蝶形黄铜电极中间夹一个绝缘用的云母垫圈构成。②阀片阀片由碳化硅和粘合剂在一定的温度下烧结而成，形状为扇形圆柱体，它的电阻具有较强的非线性。主要作用是限制工频续流。2、保护原理雷电波到→间隙击穿→阀片电阻↓→雷电流入地→设备被保护→雷电消失→阀片电阻↑→间隙恢复绝缘→线路恢复正常。

引下线防雷装置的引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。引下线一般采用圆钢或扁钢，其尺寸和防腐蚀要求与避雷网、避雷带相同。防雷接地装置接地装置是防雷装置的重要组成部分。接地装置向大地泄放雷电流，限制防雷装置对地电压不致过高。除独立避雷针外，在接地电阻满足要求的前提下，防雷接地装置可以和其他接地装置共用。冲击接地电阻的概念

七、防雷技术1、直击雷防护（1）应用范围

①第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物的易受雷击部位应采取防直击雷的措施；

②可能遭受雷击，且一旦遭受雷击后果比较严重的设施或堆料(露天油罐、露天储气罐等)也应采取防直击雷的措施；

③高压架空电力线路、发电厂和变电站等也应采取防直击雷的措施。(2)基本措施

直击雷防护的主要措施——装设避雷针、避雷线、避雷网、避雷带。（3）二次放电防护避雷针落雷时，雷电流在引下线和接地电阻上产生很高的电压降，可能在离被保护物最近处击穿它们之间的空气而损坏被保护物，这种现象叫作“反击”（二次放电）直击雷配电装置反击Ah越高越危险高压母线最小间距的规定：空气中：地中：（指变配电装置）第一类建筑：第二类建筑：（民用建筑）

2、感应雷防护防感应雷的措施主要是将建筑物或构筑物上的金属体以及其保护范围内的金属体可靠接地。可单设接地装置，接地电阻不大于10Ω，也可与电气设备接地装置共用。3.雷电侵入波防护

属于雷电冲击波造成的雷害事故很多。在低压系统，这种事故占总雷害事故的70%以上。防雷电波的侵入，对于电力线路及变配电装置主要采用避雷器和避雷线保护；对于各类建筑物则主要采用相应部位接地的措施，低压线路有时也采用避雷器。

4、人身防雷

雷暴时，由于带电积云直接对人体放电，雷电流入地产生对地电压，以及二次放电等都可能对人造成致命的电击。

附：防雷九不要1）不要把羽毛球拍、锄头等扛在肩上和使用有金属杆的雨伞。2）打雷时不要开窗、打手机和电话，离开照明线、电话线、电视和网络线，不要拿喷头洗澡。3）不要快速开摩托车、骑自行车，在野外要关闭手机。4）不要使用电器和水龙头。5）不要接触天线、金属门窗等带电设备或金属装置。6）不要躲入没有防雷设施的建筑物和孤零零的棚屋、岗亭、路亭。7）不要游泳，不要站立于山顶、楼顶。8）不要站在空旷场地以及树木、桅杆边上。9）野外遇雷不要平躺地面，应两脚并拢，双手抱头，蹲下身体，披上不透水的雨衣。

第二节静电防护技术

物体内部失去平衡的相对静止的电荷叫静电。静电在工业民用中的应用叫静电技术，静电可能引起爆炸，静电也可能造成二次事故。据统计，静电灾害目前已占整个事故的10%左右，个别领域高达34%之多。

静电灾害事故案例某企业将小型汽油储罐中的汽油用泵经底部阀门全部抽出来时，因阀门安装在比罐底稍高的地方，为了稍稍提高油的水平面，往油罐里注水。水是从储罐油面上约4.5m处自由落下的。在注水14min后……储罐发生了——爆炸！原因？一、

静电的起电方式1、接触-分离起电——不同物体原子得失电子的能力不同，当紧密接触时将发生电子转移，在分界面两侧出现大小相等、极性相反的两层电荷，称之为双电层，形成接触电位差，约为几mV～几百mV。

当突然分离时，便分别带异号静电。

双电层丝绸（得电子）玻璃（失电子）2破断起电——可能因破断而造成整体性正、负电荷分离产生静电的现象叫破断起电。如固体粉碎、液体分离所产生的静电。3

感应起电——当导体B与接地体C相连时，在带电体A的感应下，B的端部出现正电荷，但B对地电位仍然为零；当B离开C时，B成为带电体。4电荷迁移——当一个带电体与一个非带电体接触时，电荷将重新分配，即发生电荷迁移而使非带电体带电。二、静电的种类固体静电：固体物质大面积的接触-分离或大面积的摩擦，以及固体物质的粉碎等过程中，都可能产生强烈的静电。几万～几十万V，静电火花可引起火花和爆炸；人体静电：人在活动过程中，人的衣服、鞋以及所携带的用具与其他材料摩擦或接触-分离时，均可能产生静电。人体静电可达10000V，能量小不会有致伤致死的危险。粉体静电：粉体是处在特殊状态下的固体，其静电的产生也符合双电层的基本原理。粉体具有分散性，与空气的接触面积增加，使得材料的稳定度降低。由于悬浮状态，颗粒与大地之间总是通过空气绝缘的。静电电压可达几万V，部分物质容易被引爆；液体静电：流动液体与管道内壁产生的双电层，终端积累静电；气体静电：高速喷出，因接触－分离或分裂等原因产生静电。三、静电的特点静电从整体上来说，其特点是电压高、能量小，而危害大。具体有：1、静电的电量小，静电电压高。2、静电的能量不大或者说放电后的电流不大。一般不大于毫焦级。3、绝缘体上的静电消失或泄漏的很慢，因此，必须设置消除静电的装置。4、静电会放电。人体或金属体尖端放电都有极大的危险性，特别是在爆炸和火灾危险场所。5、静电会产生静电感应。可能会在导体或人体上产生电荷而且电压很高，而导致危险的火花放电。6、静电是可以屏蔽的。四、静电的消失1、静电中和是通过空气发生的。由于空气中存在带电粒子，当带电体在同空气的接触时，其所带电荷逐渐得到中和。空气中的自然存在的带电粒子极为有限，中和是极为缓慢的，一般不会被觉察到。带电体上的静电通过空气迅速的中和发生在放电时。2、静电泄漏绝缘体上较大的泄漏有两条途径：一条是绝缘体表面泄漏；（遇到的是表面电阻）；另一条是绝缘体内部泄漏。（遇到的是体积电阻）。半值时间——泄漏到Q=Q0/2时所用的时间。用于衡量静电泄漏的快慢，亦即衡量危险性的大小。湿度对泄漏影响——随着湿度增加绝缘体表面电阻大为降低静电泄漏加速。五、静电的影响因素1、

的高阻材料容易产生和积累静电，影响材料电阻率的杂质将影响其静电特性。一般情况下，杂质有增加静电的趋势；但如杂质能降低原有材料的电阻率，则加入杂质有利于静电的泄漏。2、接触面积，接触压力越大，分离速度越高，静电越强。管道内壁越粗糙，接触面积越大，冲击和分离的机会也越多，流动电流就越大。对于粉体，颗粒越小者，一定量粉体的表面积越大，产生静电越多。3、干燥环境容易产生静电（相对湿度低于30%）

六、静电的危害1.爆炸和火灾

静电能量虽然不大，但电压高则易放电出现电火花，该火花在有爆炸性气体、爆炸性粉尘或可燃性物质且浓度达到爆炸或燃烧极限时，可能发生爆炸和火灾。静电在一定条件下引起爆炸和火灾，其充分和必要条件是：（1）周围空间必须有可燃性物质存在；（2）具有产生和积累静电的条件，包括物体本身和周围环境有产生和积累静电的条件；（3）静电积累到足够高的电压后，发生局部放电，产生静电火花；（4）静电火花能量大于或等于可燃物的最小点火能量。2.静电电击

当人体接近静电体或带静电的人体接近接地体时，都可能遭到电击，但由于静电能量很小，电击本身对人体不致造成重大伤害，然而很容易造成坠落等二次伤害事故。3.妨碍生产

有些生产工艺过程，静电会妨碍生产或降低产品质量。如纺织、粉体加工、塑料、橡胶、印刷、胶片等行业，以及电子控制元件、自动化仪表由于静电而误动作，使其控制的生产线程序混乱，导致产品不合格。七、防静电的措施1．环境危险程度的控制静电引起爆炸和火灾的条件之一是有爆炸性混合物存在。为了防止静电的危害，可采取以下控制所在环境爆炸和火灾危险性的措施。取代易燃介质。在不影响工艺过程、产品质量和经济许可的情况下，尽量用不可燃介质代替易燃介质。(2)降低爆炸性混合物的浓度。在爆炸和火灾危险环境，采用通风装置或抽气装置及时排出爆炸性混合物。(3)减少氧化剂含量。这种方法实质上是充填氮、二氧化碳或其他不活泼的气体，减少爆炸性混合物中氧的含量不超过8%时即不会引起燃烧。2．工艺控制材料的选用限制摩擦速度或流速改变注油方式

1）往油箱、油罐注油时，应从底部压入。

2）从顶部往油箱、油罐注油时，可改变注油管头的形状或将注油管插到底部。清除油罐或管道内的杂