防雷复习总结

第一部分雷电物理研究雷电现象举例及雷电产生的原因（了解）（1）现象举例：（2）产生原因：大气中的带电粒子和正负离子通过对流、传导、扩散等作用产生分离和积聚，使大气显电性，当大气中的电场强度达到3×103v/cm（该临界值需要记忆）时，就会产生雷电流。雷电发生的过程第一闪击：由梯阶先导到回击这一完整的放电过程叫第一闪击。四个阶段：初始击穿阶段、梯阶先导阶段、连接光导阶段、回击阶段第二闪击：由箭式先导到回击这一完整的放电过程叫第二闪击。两个阶段：箭式先导阶段、回击阶段梯式先导——105m/s（3）雷电流的平均传播速度箭式先导——106m/s回击——107m/s闪电的分类按形状分：线状闪电、带状闪电、片状闪电、链珠状闪电以及球状闪电按空间位置（性质）分：分为晴天放电和雷云闪电，雷云闪电包括云内闪电、云际闪电、云地闪电，云地闪电分为正地闪和负地闪相对于建筑物分：直击雷、侧击雷、雷电感应3.雷电的表现形式：单极脉冲波4.雷电的特征参数（1）时间分布参数雷暴日：表征不同地区雷暴活动的频繁程度。指该天发生雷暴的日子，即在一天内，只要听到雷声一次或一次以上的就算一个雷暴日，而不论该天雷暴发生的次数和持续时间。雷暴日的统计通常分月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日等。平均年雷暴日：是指年雷暴日的多年平均结果，单位天。它反映一个地区雷暴的活动日的多年平均情况，更接近实际，在雷暴气候统计中常被使用。（2）空间分布参数总闪密度：地闪、云闪密度之和。单位为次/km2·秒，或次/km2·年。对一个区域研究，所取面积1000km2。地面落雷密度（Ng）：每个雷电日每平方公里上的平均落雷次数，又称闪电频数。从防雷角度分析，地闪发生的频数是确定地闪对人类和建筑物的最重要的参数。（3）雷电流的波形特征参数波头时间：雷电的脉冲电流上升到幅值的时间幅值：雷电的脉冲电流所能达到的最高值半波值时间波头陡度：雷电流随时间上升的变化率电荷量单位欧姆能量：单位阻值上的能量（4）首次雷击和后续雷击需要防御的波形分别为10/350,0.25/100第二部分雷电灾害研究（个人认为，此部分理解为主）直击雷的危害热效应的危害（理解为主）雷电击中人体、建筑物或设备时，强大的电流转变成热能，使人体灼伤，建筑物燃烧，设备部件熔化。防护的对象：易燃、易爆场所、房屋和古建筑物、树木和电子线路等。防护方法：接闪、接地、等电位连接等疏导、分流的外防雷技方法。（２）机械效应的危害两种形式（重要）：①雷电流流过金属物体时产生的电动力；②雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力。电动力防护：由安培定律可知，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以当拐弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小。（此段作理解，防护措施是关键，如下）因此，在防雷设计与施工中，避雷引下线的走线方式应尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，应采取钝角并带圆弧向下走线，而应避免采用锐角或绕直角向下走线。当避雷引下线非要走锐角路径不可时，应在线路的锐角拐弯处采取牢固的机械固定措施，以防被电动力拉动。内压力及危害（了解）：当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌。冲击波效应的危害冲击波衰减转化为声波，从而听到雷鸣声。雷电感应的危害雷电感应是指闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生电火花。静电感应过电压a.在建筑物顶部金属体上静电感应的危害，建筑物金属屋顶的对地电压u将按以下规律变化：b.在架空线路上静电感应的危害回路感应过电压概念：雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场。根据电磁感应定律，这种快速变化的脉冲磁场交链导体回路时，能在回路中感应出电动势，产生过电压和过电流。回路中的感应电压可表示为：式中，u1—回路感应电压，V；M—互感系数，H；ic—分支导体上流过的雷电流，A。在防雷设计中，当载流导体为感应回路的一部分，且a1，a2≫r时，式中，M—互感系数，H；a1，a2—感应回路的宽和长，m；b.当载流导体与感应回路分离，两者之间的互感系数可近似表示为:雷电电磁辐射及其危害:感应雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场。暂态高电位引起的反击（暂态高电位的计算需掌握）a.在建筑物遭受雷击时，雷电流沿防雷装置中各分支导体流动，经接地体汇入大地。会在分支导体的电感、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升高。由于雷电流持续时间很短，这种电位升高现象所持续的时间也很短，所以称为暂态电位升高。在雷电流的传输过程中，防雷装置中任意一点A处的暂态电位可表示为：式中，uA—A点对真实地的暂态电位，kV；di/dt—雷电流波头时间变化率，kA/s；i—雷电流，kA；Rg—接地体的冲击接地电阻，Ω；L0—引下线单位长度电感，µH/m；ｈ—A点到接地体的长度，m。b.由暂态电位升高使防雷装置中的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。c.跨步电压与接触电压（个人认为属名词解释范畴）在发生雷击时，雷电流流经接地体散入大地，将在周围土壤中产生压降，使附近地面上不同点之间出现电位差。如果人站在这块具有不均匀电位分布的地面上，则在人的两只脚之间就存在着一定的电压。在工程上，常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压。（接触电压概念需补充）操作过电压的危害3.雷电灾害风险评估规范：GB/T2171422008IEC62305-2.2006第三部分雷电防护研究雷电监测工具：闪电定位仪（可测得闪电的时间、位置、强度、极性）和大气电场仪。直击雷的防护建筑物的分类根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，将建筑物分为三类。第一类防雷建筑物：凡制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物以及具有炸危险环境、因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。（注意：重点考虑雷击后可能造成的巨大破坏和人身伤亡的严重后果。）第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物（大致能区分清就可）（2）建筑物年预计雷击次数按下式计算N=kNgAe N为建筑物预计雷击次数（次/a）式中，K为雷击次数校正系数，越易受雷击的地方，K越大。一般取1，在空旷地区的孤立建筑物K取2。Ng为建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2·a）]，按以下公式计算Ng=0.1Td,Td为年平均雷暴日。（此公式为重点）Ae为与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2），建筑物等效截收面积定义为与建筑物具有相同的年直接雷击的大地表面积，其面积应为其实际平面向外扩大后的面积。接闪器：避雷针、避雷带(线)、避雷网以及大型的可做接闪器的金属体,用于拦截雷电闪击。接闪杆接闪的原理：接闪器与先导连线之间的电场发生畸变，电场强度梯度最大，空气最先被击穿，从而引雷。避雷针保护范围的计算（滚球法原理及滚球法的思路要了解）雷击距：被雷击的点距下行先导的距离都等于hr，hr称为雷击距，即滚球半径(hr)。ａ．单只避雷针的保护范围两种计算题型：给定保护高度，计算保护范围；给定保护范围，计算保护高度。ｂ．双支等高避雷针的保护范围ｃ．建筑物顶部突出屋面上避雷针长度的确定（５）引下线：外部防雷装置中用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的那一部分．对引下线间距，规范根据GB50057-94标准，第一类、第二类、第三类防雷建筑物的引下线间距相应应为10、15、25m。但考虑到我国工业建筑物的柱距，一般均为6m，因此，按6m的倍数考虑，故对引下线间距相应定为12、18、25m。接地装置：外部防雷装置中用于将雷电流传导及散流入地的那一部分。接地体是接地装置的一部分，它直接与大地有电气接触并将雷电流散流入大地。（６）为了防止雷电流流过防雷装置时所产生的高电位对被保护的建筑物或与有联系的金属物发生反击。应使防雷装置与这些物体之间保持一定的安全距离。对于第一类建筑物，独立避雷针及其接地装置与道路或建筑物的出入口等的距离应大于3m。当小于3m时，应采取均压措施或铺设卵石或沥青地面。独立避雷针的接地装置与建筑物接地网的地中距离不应小于3m。第二类和第三类，2米。（７）防雷接地的定义:避雷针、避雷线、避雷器和雷电电涌保护器件等都需要接地，把雷电流泄放入大地，这就是防雷接地。接地电阻的概念和影响因子：①接地电阻的定义为：当接地电流一流入接地电极，接地电极的电位就比接地电流流入前升高U[V]，把R=U/I（Ω）作为那个接地电极的接地电阻R。防雷工程中提到的接地电阻是指接地极的对地电阻和接地线电阻的总和，也称接地装置的接地电阻。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。影响接地电阻的因子A、接地电极的形状和尺寸（次要因子）a.当其形状和尺寸确定后，电极的接地电阻可用下式表示：R=ρ×ｆ式中，R为接地电阻，ρ为大地电阻率。f表示接地电阻的形状、尺寸；b.当电极形状确定后，接地电阻可表示如下：R=kρ/L式中，L为电极的特征几何尺寸，k是形状系数。在一定的大地电阻率条件下，如形状变化，接地电阻会明显变大变小，这在电极设计上很重要。B、土壤的电阻率（主要因子）当接地极在形状确定后，土壤电阻率影响接地电阻的大小。土壤电阻率大的地方，接地电阻也大。影响土壤电阻率的主要因素:a.土壤的种类和结构:不同种类的土壤之间的电阻率可能会相差数百至数千倍，甚至是上万倍（上表）。国外研究者将土壤划分为四大类，即泥土类、黏土类、砂土类和砂岩类。b.含水量：绝对干燥的土壤是绝缘体，随着土壤颗粒中含有水分的增加，其电阻率会下降。c.温度:当土壤温度降低到0℃及以下时，由于土壤中水分结冰，土壤冻结，其电阻率急剧增大；当土壤温度从0℃上升时，由于土壤中的冰冻水分溶化和电解质电离熔解等作用，土壤电阻开始下降。但是，当土壤温度上升得很高，达到100℃以上时，土壤中含有的水分开始蒸发，其电阻率又会增大。高土壤电阻率地区的降低接地电阻的措施:换土；接地体埋于较深的低电阻率的土壤中；使用降阻剂；多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度，有效长度应符合要求。(８)冲击接地电阻与工频接地电阻及其换算关系工频接地电阻：对于工作接地和保护接地来说，通过接地体流入地中的是工频电流，所求得的电阻基本上是接地体周围土壤的欧姆散流电阻，称之为工频接地电阻。冲击接地电阻：在避雷接地中，冲击电位降的峰值与冲击电流的峰值之比应该是一个阻抗，通常情况下，把这一阻抗称之为冲击接地电阻。在大多数实际情况下，接地体的分布参数效应对接地电阻的影响弱于土壤放电效应，接地体的冲击地电阻小于其工频接地电阻。在高电阻率土壤地区采用泄散陡波头雷电流的较长接地体等特殊场合下，分布参数效应会强于土壤放电效应，这些场合下接地体的冲击接地阻抗会大于其工频接地电阻，甚至可能远大于工频接地电阻。对于同一接地体，其中冲击接地电阻与工频接地电阻之比定义为冲击系数A=Rg/RI式中：Rg为接地装置各支线的长度取值小于或等于接地体的有效长度le，或者有支线大于le而取其等于le时的工频接地电阻(Ω)；A为换算系数；RI为所要求的接地装置冲击接地电阻(Ω)。关于接地体的长度和接地体见的铺设距离问题 ３.第一类防雷建筑物防侧击雷措施当建筑物高度超过30m时，尚应采取以下防侧击雷措施：①从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连；②30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。４.防雷分区LPZ0A：完全暴露的未设防区；LPZ0B:充分暴露的直击雷防护区；LPZ1：本区内的电磁场因屏蔽措施而有所衰减。(本区一般指在钢筋结构的建物内）；LPZ2：为了进一步减小导体部件上的雷电流和电磁场而引入的后续雷电防护区；LPZn区：须要进一步减小雷击电磁冲，以保护敏感度水平高的设备的后续雷电保护区。划分防雷保护区的实际意义：可以通过公式计算出各LPZ内LEMP的强度，并依据计算结论采取相应的屏蔽保护措施；可以确定等电位连接的位置；③可以确定不同LPZ交界处选用电涌过电压保护器的具体型号和参数；④可以确定敏感性设备的放置位置和合适的连接点；⑤可以确定在不同LPZ交界处等电位连接导体的选用。５.屏蔽（１）概念：使用金属网、箔、壳、管子等导体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。（２）屏蔽的作用:LEMP主要以场和路两种形式耦合影响设备。屏蔽技术是减少干扰（场形式）的基本措施。（３）屏蔽保护的原因因为利用金属屏蔽体吸收、反射、折射的方法可衰减施加在设备上的电磁干扰和过电压能量。屏蔽吸收，是指通过金属屏蔽体与防雷系统的等电位连接使屏蔽体与泄流入地的引下线、接地体等电位，等同于泄流入地。屏蔽反射或折射，是指雷电电磁波在线路传输中，常会遇到线路突然改变的情况，例如，雷电电磁波从波阻抗较大的架空线进入波阻抗小的电缆以及在线路中间或末端接入电阻、电感、电容或非线性元件（这些通称为集总参数），雷电电磁波将在参数突变的边界处发生折射和反射，理论上可以证明这种反射和折射可衰减施加在设备上的电磁干扰和过电压能量。（４）屏