某高校全套建筑电气消防课件

第6章雷电和静电第一节雷电种类及危害第二节雷电防护措施第三节静电的产生及危害第四节静电防护措施第一节雷电种类及危害重点：掌握雷电种类及形成过程雷电的危害雷电的破坏作用1.1、雷电雷电概念雷电是宇宙间的一种静电自然现象最早把雷称为电的是富兰克林，闪电是雷云正负电荷之间，或带电荷的雷云对地放电引起的现象。1750年提出了避雷针的建议雷是闪电冲击波衰减为声波的结果超级闪电：威力比普通闪电大100多倍的稀有闪电。普通闪电产生的电力约为10亿瓦特，而超级闪电产生的电力则至少有1000亿瓦特，甚至可能达到万亿至100000亿瓦特。纽芬兰的钟岛在1978年曾受到一次超级闪电的袭击，连13公里以外的房屋也被震得格格响，整个乡村的门窗都喷出蓝色火焰。闪电形式线状闪电带状闪电球状闪电联珠状闪电雷电的形成基本条件：带电积雨云，积雨云是一大团翻腾、波动的水、冰晶和空气产生电荷：积云里的气流使云滴、冰晶受到冲击而发生剧烈的碰撞和摩擦，因而破裂分离，同时带上电荷电荷分离：带正电的小冰晶被气流带到云的顶部，带负电的大冰晶较重，下沉到云的下层。因此垂直方向的气流运动起到了引起大规模电荷分离的作用空气层击穿：当云层的电荷积累达到一定强度时，或带不同电荷的积云互相接近到一定程度时，以及带电积云与大地凸出物接近到一定程度时，会发生空气层击穿被击穿的空气层形成导电通道，电流很大，空气被烧得极为炽热，发出耀眼的白光——闪电闪道上的高温，使空气膨胀、水滴汽化膨胀，产生冲击波，发出强烈的爆炸般的轰鸣——雷声电荷的载体：雷云中的水滴和冰晶电荷的运输：上升气流湿气的供给：太阳加热空气层雷电系统可以看作是包括供给能源的太阳在内的一个巨大的静电发电机雷电种种类直击雷雷带电积积云接接近地地面至至一定定程度度时，，与地地面目目标之之间的的强烈烈放电电感应雷雷也称作作雷电电感应应或感感应过过电压压球雷（（球闪闪）球形闪闪电，，民间间称为为滚地地雷1、直击击雷直击雷雷的每每次放放电含含有先导放放电、主放电电、余光三个阶阶段直击雷雷的形形成过过程负电荷荷聚集集，达到到104V/cm，大气击击穿并并游离离产生大大量离离子，，形成导导电介介质（流光光或流流柱））在电场场作用用下，，电子雪雪崩，碰撞气气体分分子，使导电气气体沿着电电场作作用力力方向向向下发发展。同时时由于于惯性性和碰碰撞概概率，，并不不是垂垂直向向下，，加之之随机机因素素，呈现出出弯曲曲有分分叉的的折线线段折线段段光柱柱逐级级向下下方推推进，称为为梯级级先导导或梯梯式先先导（（1.5*105m/s，长度度50m左右））。各各梯级级间平平均间间歇时时间50ms具有负负电荷荷的梯梯式先先导到到达离离地3-5m时，形成成强烈烈的地地面大大气电电场，，会引引起地面空空气产产生向向上的的流光光，称为为回击击；流流光与与下行行的先先导接接通，，形成直直通云云中负负电荷荷区的的导电电通道道，地面感感应正正电荷荷迅速速流入入，冲向向云中中，形形成巨巨大的的电流流和很很亮的的光柱柱，此此即为主放放电或或主闪闪击主放电电结束束后，，继续续有微微弱的的余光光第一次次闪击击后，，由于于积云云中电电荷互互相被被空气气绝缘缘分隔隔，其其电荷荷迁移移聚积积需要要时间间，因因此过过几十十毫秒秒后，，重新新聚集集到负负电荷荷中心心后，，会循循已有有离子子的原原通道道再次次放电电，出出现第第二次次闪击击。平平均每每次雷雷击有有三四四个闪闪击。。第一次次闪击击的先先导放放电是是梯级级式先先导放放电，，之后后的先先导放放电是是循原原通道道再次次放电电，不不再逐逐级推推进，，而是是顺利利快捷捷完成成，称称其为为箭形形先导导放电电2、感应应雷静电感感应雷雷、电电磁感感应雷雷静电感感应雷雷是由于于带电电积云云在架架空线线路导导线或或其他他导电电凸出出物顶顶部感感应出出大量量电荷荷，在在带电电积云云与其其他客客体放放电后后，感感应电电荷失失去束束缚，，以大大电流流、高高电压压冲击击波的的形式式，沿沿线路路导线线或导导电凸凸出物物的传传播雷电种种类静电感感应雷雷的产产生静电感感应雷雷在长长导体体上时时，一一旦电电荷可可以移移动，，会以以光速速向导导线两两端传传播，，形成成感应应过电电压波波（脉脉冲波波）梯级式式先导导放电电时，，先导导通道道里的的电荷荷在架架空长长导线线产生生异号号电荷荷，回回击放放电后后，通通道电电荷消消失，，长导导线电电荷失失去束束缚，，产生生感应应过电电压波波沿低压架空空线路侵入入高电位造造成的事故故占雷害事事故的70%以上电磁感应雷雷雷电的电磁感应效效应引起的电磁感应雷雷是由于雷雷电放电时时，巨大的的冲击雷电电流在周围围空间产生生迅速变化化的强磁场场，在邻近近的导体上上产生的很很高的感应应电动势，，闭合回路路则产生很很大的冲击击电流避雷装置附附近，会产产生强烈的的迅变脉冲冲电磁场，，形成一种种干扰源（（雷电电磁磁脉冲、雷雷击电磁脉脉冲），对对电子设备备和系统产产生干扰或或永久性破破坏雷电种类3、球雷（球球闪）雷电放电时时形成的发发红光、橙橙光、白光光或其他颜颜色光的火火球。从电电学角度考考虑，球雷雷应当是一一团处在特特殊状态下下的带电气气体出现概率大大约为雷电电放电次数数的2%球闪寿命1~5s，长的可达达数分钟多数消失时时伴有爆炸炸，并产生生硫黄、臭臭氧或二氧氧化氮气味味球闪机理涡旋-孤子理论：：有电磁效效应的球闪闪是等离子子体孤子，，孤子是物物质非线性性效应的一一种特殊产产物，孤子子具有出奇奇的稳定性性，与非线线性系统遵遵守无穷多多个守恒定定律有关化学反应模模型：靠内内部含有的的混合气体体的化学反反应释放出出的热量来来维持长寿寿命球闪预防预防球闪主主要方法是是关闭门窗窗，防备球球形闪电飘飘进室内；；如果球形形闪电意外外飘进室内内，千万不不要跑动，，因为球形形闪电一般般跟随气流流飘动。如如果在野外外遇到球形形闪电，也也不要动，，可拾起身身边的石块块使劲向外外扔去，将将球形闪电电引开，以以免误伤人人群。1.2、雷电参数数防雷设计的的重要依据据雷暴日、雷雷电流幅值值、雷电流流陡度、冲冲击过电压压雷电参数1.雷暴日表征雷电活活动的频繁繁程度，一一般用年雷暴日数数来衡量，即即一年之内内能听到雷雷声的天数数雷暴日数与与纬度有关关：赤道附附近大，两两极小；山山地大，平平原小（3:1）广东雷州半半岛、海南南一带，80d/a长江流域以以南40-80d/a长江以北大大部分地区区20-40d/a西北地区20d/a以下西藏地区50-80d/a以下雷暴日等级级我国雷暴日日等级划分分：少雷区：年年平均雷暴暴日不超过过15d/a的地区多雷区：超超过40d/a的地区强雷区：超超过90d/a的地区电子信息系系统中，雷雷暴日等级级划分：少雷区：20d/a及以下多雷区：20-40d/a高雷区：40-60d/a强雷区：60d/a以上雷电参数2、雷电流幅幅值主放电时冲冲击电流的的最大值与气象、自自然条件有有关，可达达数十至数数百千安我国的雷电电流幅值概概率计算公公式：P：幅值超过过I的概率，%ISM：雷电流幅幅值，kA大于20d/a的地区不超过20d/a的地区3、雷电流陡陡度雷电流随时时间上升的的速度，受受雷电流幅值值和雷电流流波头时间间决定防雷设计时时，要求将雷电流波波形典型化化等值，使其可用用公式表达达，便于计计算，常用用斜角波和半余弦波作为等值波波形斜角波：半余弦波：：最大陡度：：4、雷击冲击击过电压u—直击雷冲击击过电压，，kVi—雷电流，kARi—防雷接地装装置的冲击击接地电阻阻，Wdi/dt—雷电流陡度度，kA/msL—雷电流通路路的电感，，mH1.3、雷电的危危害雷电特点：：电流大、、电压高、、冲击性强强雷电效应：：高电压、、静电感应应效应、电电磁感应效效应、热效效应、机械械效应、冲冲击波效应应、电动力力效应人身伤害、、大规模停停电、设备备设施的损损坏、森林林大火、干干扰通讯等等雷电的破坏坏作用1.电性质的破破坏作用冲击电压破破坏电力系系统设备绝绝缘，大规规模停电绝缘损坏