安全用电第二讲 防雷

关于安全用电第二讲防雷课堂训练人体站在干燥的木梯上检修照明电路下列情况不造成触电的是：？A、一手握紧火线，一手握零线B、一手握火线C、一手握火线，一手扶墙壁分析：一手握火线另一手握零线，电流形成回路；一手握墙壁，电流通过人体进入墙壁也形成回路当然会触电√第2页,共64页，2024年2月25日，星期天复习小结1、接地电网里的单相触电比不接地电网里的危险性（）。1、避免单线触，操作时必须（）。2、遇到高压输电线断线落地的情况，在接地点附近的人应采取什么措施避免危险？应双脚并拢或单脚跳离危险区3、安全用电原则是什么？不接触低压带电体，不靠近高压带电体4、防止直接触电基本措施？绝缘措施、间距和屏护大穿上胶鞋或站在干燥的木凳上第3页,共64页，2024年2月25日，星期天5、防止触及意外带电体基本措施？电气保护接地和电气保护接零6、一般低压系统中，保护接地电阻值应（）。7、保护接地是（）低压系统的主要安全措施。8、保护接零除中性点必须采用工作接地外，必须将保护线（）。9、保护接零适用于（

）的三相四线制低压电网。10、剩余电流保护器按工作原理分为哪三类？电压动作型、电流动作型（RCD)、交流脉冲型11、一般情况下：（）的电压是安全的，水下作业安全电压是（）。小于4欧姆中性点不接地中性点接地6V重复接地36V以下第4页,共64页，2024年2月25日，星期天第三章防雷保护第5页,共64页，2024年2月25日，星期天1、过电压：电气线路或电气设备上出现的超过正常工作电压要求的电压过电压内部过电压操作过电压谐振过电压外部过电压直接雷过电压感应雷过电压侵入波过电压一、防雷装置的种类与作用第6页,共64页，2024年2月25日，星期天2、雷电的形成原理（1）雷云（2）导电通道（3）先导放电（4）主放电阶段（回击放电）第7页,共64页，2024年2月25日，星期天第8页,共64页，2024年2月25日，星期天第9页,共64页，2024年2月25日，星期天雷电灾害

估计在大地上，每秒受到数十次的地闪。雷电造成的灾害是世界上十大自然灾害之一，对人们的生命财产构成巨大威胁。例：①在美国，雷害的直接年损约为20亿美元。②据不完全统计，我国每年死于雷击的人数有数百人(据某些资料此数目为一千多或人员伤亡三千多)；50％以上的森林火灾是由雷击引发的；我国每年因雷击造成的财产损失估计在50～100亿元之巨。3、雷电与人类的关系第10页,共64页，2024年2月25日，星期天配电柜被损坏第11页,共64页，2024年2月25日，星期天建筑物被烧毁第12页,共64页，2024年2月25日，星期天电路板及元器件损坏第13页,共64页，2024年2月25日，星期天第14页,共64页，2024年2月25日，星期天第15页,共64页，2024年2月25日，星期天广东惠阳市元祥制品厂遭雷击现场图第16页,共64页，2024年2月25日，星期天第17页,共64页，2024年2月25日，星期天第18页,共64页，2024年2月25日，星期天第19页,共64页，2024年2月25日，星期天人类生存离不开雷电雷电发生在大气中，但它和大气及地球发生的相互作用不只是一种破坏关系。雷电与首次产生氨基酸有关，而可能是生物进化中不可缺少一环。闪电可能是人类第一个火种的源泉。闪电放电有固氮作用，有利于农作物生长。闪电导致臭氧的产生，在一定程度上，有利于人类。闪电引燃林火，只要不过度，也会对森林生态平衡起到良好的调节作用，它抑制一种植物的过度生长，又保持土壤的肥力。第20页,共64页，2024年2月25日，星期天1）雷暴日：为了统计雷电活动的频繁度，采用雷暴日为单位，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。平均年雷暴日不超过15日的地区叫少雷区；平均年雷暴日超过40日的地区叫多雷区；平均年雷暴日超过90日的地区叫强雷区；

广东省雷州半岛和海南岛一带是雷电活动最频繁的地区3、雷电流的特征参数第21页,共64页，2024年2月25日，星期天全国雷电灾害事故在各地区的分布图第22页,共64页，2024年2月25日，星期天2）幅值：指雷电的脉冲电流达到的最高值。其值不同地方差异很大。我国雷电流幅值大小的经验计算公式P为出现雷电流大小幅值的概率

第23页,共64页，2024年2月25日，星期天

3）雷电流的波形E点与D点之间的时间即定义为波头时间，用

t1

表示G点与D点之间的时间即定义为波长时间，用t2

表示由于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间,它习惯上也被称为半幅值时间。这里t1和t2一般采用

s作单位。第24页,共64页，2024年2月25日，星期天

指雷云直接通过人体、建筑物或设备等对地所产生的电击现象。产生的高温可达到某些物体的燃点或熔点，强大的冲击波可使建筑物或设备毁坏。（1）闪电对人体的生理效应4、大气过电压的基本形式直接雷直接雷危害简析第25页,共64页，2024年2月25日，星期天①人的心脏停止供血。当血液停止循环约4分钟即可导致死亡；②呼吸停止。a）当电流通过胸部，使肌肉收缩，呼吸受到阻碍，但无生命危险；b）当电流通过脑下部的呼吸中枢，人就要长期停止呼吸了；③雷击对人体神经系统的效应；④雷击对人体的热效应。第26页,共64页，2024年2月25日，星期天①由于瞬间产生大热量，致使物体内部的水分大量变成蒸汽，并形式膨胀产生爆炸，产生冲击波。（2）雷电产生的冲击波（机械）效应和次声波效应②雷雨云迅速放电而突然收缩会产生0.1~10Hz的次声波，对人、畜有伤害作用。第27页,共64页，2024年2月25日，星期天（3）闪电的光辐射效应

闪电的强大电流，使得闪电通道内的气体分子和原子被激发到高能级，从而产生光辐射。造成升温、升压现象。所以在雷雨云下，一般都伴随着雷暴高压。第28页,共64页，2024年2月25日，星期天4）雷电的磁效应

在雷电流通过的周围，将有强大的电磁场产生，使附近的导体或金属结构以及电力装置中产生很高的感应电压，可达几十万伏，足以破坏一般电气设备的绝缘；在金属结构回路中，接触不良或有空隙的地方，将产生火花放电，引起爆炸或火灾。第29页,共64页，2024年2月25日，星期天1）静电感应：指云中放电使云中电荷突然消失，导致地面物体静电感应的电荷产生很高的电压，引起放电，但比直接雷电流小，相应破坏程度小于直接雷。

2）电磁感应：指直接雷击电流在闪电通道周围空间产生磁场，使附近金属导体上激发感应电动势或感应电流，致使某些用电设备电击而毁坏。感应雷击第30页,共64页，2024年2月25日，星期天感应雷击示意图第31页,共64页，2024年2月25日，星期天雷暴引起直接雷及感应雷过电压直击雷或邻近雷击:击在外部防雷系统，如保护框架（工业装置上.）电缆上等。浪涌电流在接地电阻Rst上引起电压降。闭合环路感应产生过电压信息系统电源系统L1L2L3PEN20kVRst2c1a1b12a2b11a1b远处雷击:击在远处架空输送线缆上雷云之间的放电通过架空线缆引起感应雷电波及过电压。在野外,雷电击中通信线缆2a2b2c第32页,共64页，2024年2月25日，星期天邻近建筑物之间危险的浪涌雷击几100kA几10kV几100kV几kA几10kA几10kV通信线缆OV230V~几10kA几kAWater/Gas几kA几

几kA几

几kA几

230V第33页,共64页，2024年2月25日，星期天

由于架空线路或架空金属管道上遭受直接雷或感应雷而产生的高压冲击雷电荷，可能沿线路或管道侵入室内。雷电波侵入而造成的雷害事故，约占雷电总数的一半以上。侵入波第34页,共64页，2024年2月25日，星期天

公元前1500年殷商甲骨文中就有“雷”字，稍晚的西周青铜器上亦有“电”字，它指的就是闪电。中国古代对雷电的认识东汉哲学家王充（27~97年）北宋科学家沈括（1031~1095）明代科学家方以智（1611~1671）1、最早见诸文字记载的对雷电作科学观察的学者：防雷技术历史沿革第35页,共64页，2024年2月25日，星期天

王充在《论衡》中对雷电就作过如下描述:“雷者火也。以人中雷而死，即询其身，中火则须发烧憔。中身则皮肤灼嘻，临其尸上闻火气，一验也。道术之家，以为雷烧石色赤，投于井中，石憔井寒，激声大鸣，若雷之状，二验也。人伤于寒，寒气入腹，腹中素暖，温寒分争，激气雷鸣，三验也。当雷之时，电光时见，大若火之摧，四验也。当雷之击，时或播人室屋及地草木，五验也。夫论雷之为火有五验，言雷为天怒无一效。

沈括著《梦溪笔谈》描述更详:“内侍李舜举家曾为雷暴所震。其堂之西屋，雷火自窗间出，赫然出槽。人以为堂屋已焚，皆出避之。及雷止，其舍宛然，墙壁窗纸皆黔。有一木格，其中杂贮诸器，其漆器银扣者，银悉熔流在地，漆器皆不焦灼。有一宝刀，极坚钢，就刀室中熔为汁，而室亦俨然。人必谓火当先焚草木，然后流金石.今乃金石皆拣而草木无一毁者，非人情所测也。佛书言，‘龙火得水而炽，人火得水而灭夕，此理信然。”

方以智进一步概括之:“雷火所及，金石销熔而漆器不坏。”第36页,共64页，2024年2月25日，星期天

2、关于雷击人与物留下纹迹的现象

最早论述的人也是王充。当时人们有鬼神之念者说雷击死者的尸体上的纹迹乃天神写的罪状，他在《论衡》卷六的《雷虚篇》中斥为虚妄之言.理由是天若要百姓知其罪，就应让人看清所写的字，可是无人识尸体上的字迹，所以它根本不是什么天神之书，乃是火烧之痕迹而已。

3、关于尖端放电产生的电晕现象

《汉书西域传》载:“元始中(公元3年)······矛端生火。”晋《搜神记》云:公元304年，成都王发兵邺城，夜间见“戟锋皆有火光，遥望如悬烛。”我们若留心细察古书，揭去古人添加的神秘之说，当可更多地看出他们记叙到的一些自然界的物理现象。历史上还有无云而雷这种罕见现象的记载，《太平御览》记有。“秦二世六年天无云而雷。”“成帝建始四年，无云而风，夭雷如击连鼓音，可四、五刻，隆隆如车声。”第37页,共64页，2024年2月25日，星期天

我国历代也有少数进步学者勇敢地反对以神鬼说明雷电及其灾害，包括唯物主义和唯心主义者，除王充、沈括这两位著名学者外，文学家柳宗元就是其中较杰出的一位，他在《断刑论下》中说:“夫雷霆雪霜者特一气耳，非有心于物者也。”“春夏之有雷霆也，或发而震，破巨石，裂大木，木石岂为非常之罪也哉”宋代理学家程朱等人吸收佛学的优点，在哲理思索上下功夫，反对雷灾是天神惩罪之说。陆佃在《埤雅》(初名《物性门类》)中说:“电、阴阳、激耀，与雷同气发而为光者也。”“其光为电，其声为雷。”朱熹认为雷电是“阴阳之气，闭结之极，忽然迸散出。”元代末刘基(1311一1375年，他就是被传为神化人物的刘伯温)在《刘文正公文集》中讲;“雷何物也?曰雷者，大气之郁而激发也，阴气团于阳，必迫，迫极而迸，进而声为雷，光为电。”4、反对以神鬼说明雷电及其灾害第38页,共64页，2024年2月25日，星期天

对雷电现象作了忠实客观记述，反对以鬼神来说明雷电及其灾害。在这一千多年历史中，他们的认识比起同时期的欧美学者，是更接近科学的，可惜他们只停留在观察自然界，作理性思辩，没有动手制作仪器，变革所研究的对象，进行实验工作，寻找其规律。因而对雷电的认识没有什么大的变化。早于欧美逾千年以上，而研究并明了其本质却又晚于欧美百余年。这一现象在其他自然科学领域也存在。第39页,共64页，2024年2月25日，星期天

在欧洲中世纪，相当多的人把雷电当作神的意志，认为只能靠祈祷和敲响教堂里的钟，才能避免雷电的袭击。对闪电的认识带有迷信色彩。据慕尼黑1784年出版的一本书统计，在此之前的33年内共有386个教堂的尖顶遭到雷击，103名教堂司钟员在钟楼内敲钟时死于雷击。在意大利威尼斯城的圣马可钟楼，从1388到1762年间，9次毁于雷击。位于Brittany城的24个教堂，1718年4月14日夜间全部遭受雷击，一个教堂被彻底毁掉，2个司钟员毙命。欧美雷电科学建立1、中世纪第40页,共64页，2024年2月25日，星期天3、18世纪①把实验室中的电（地电）和自然界的闪电（天电）联系起来，即科学猜想。英国伦敦皇家学会馆长的豪克斯比，1706年用玻璃棒摩擦起电，发现静电放电产生的闪光与闪电很相似。英国华尔1707年用琥珀摩擦起电，发现放电不仅产生闪光，而且产生类似雷鸣的响应。第41页,共64页，2024年2月25日，星期天

这张图形象地表明本杰明·富兰克林著名的闪电实验，他于1752年发现闪电带电。富兰克林把一个金属钥匙绑住风筝线端，在雷雨天把风筝放到天上去。很幸运他没有被电击。

②将云中的闪电引到地面来作实验鉴定，是雷电科学发展史上关键的一步。解决了雷的定性认识。美国科学家富兰克林（1706~1790），以科学的理性思维探索了雷电的本质。第42页,共64页，2024年2月25日，星期天

“岗亭实验”，所谓岗亭就是设计的一个可以容纳一个人的小房子，有遮雨的顶盖，在顶盖上方竖起一根铁棒，上端磨尖，铁棒固定在绝缘底座上，小房子置于高塔或教堂顶上，人可以在小房内观察、作实验。

法国著名科学家巴黎Navarre学院物理学教授AbbéNollet在1753年在他别墅里就建立了这样的一个“岗亭”。第43页,共64页，2024年2月25日，星期天

1751年富兰克林著作《电的实验与观察》，指出：“关于尖端的功能的知识，可以为人们利用来保护房屋、教堂、船等避免闪电袭击，其方法是在这些物体的最高顶上固定一支更高的镀金的磨尖铁棒，在其下端接一导线挂在建筑物外通到地下，对于船则是通到水中。”

③避雷针防雷法，开创了雷电科学的重要分支防雷技术这一新领域。至今仍是防雷的基本方法。第44页,共64页，2024年2月25日，星期天20世纪防雷技术的进展1、从富兰克林发明避雷针到20世纪初，防雷技术无进展的两个原因。①建筑物已有避雷针作了有效保护；②大气电学的理论探索进展很少。2、进入20世纪，防雷技术才有了新的进展。①电讯的发展，出现了最早的电话避雷器；②电力的发展，出现了电力避雷器、避雷线；③避雷线的应用，建筑物的避雷装置出现了避雷带；④避雷带在建筑物的应用，出现了笼式避雷网；第45页,共64页，2024年2月25日，星期天3、70年代后，防雷技术又面临新的问题。

①微电子设备频频遭损坏；

②航天部门频频遭到雷击；

4、防雷技术已进入一个新的时期。

①KSC的防雷系统；

KSC的防雷系统首次将雷电遥测预警纳入防雷工程；

②消雷工程——人工影响闪电的工程；

触发闪电、人工引雷第46页,共64页，2024年2月25日，星期天防雷的装置一般由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器---专门用来接受直接雷击的物体。常用防雷装置避雷针避雷线避雷带避雷网避雷器5、常用防雷装置的种类和作用第47页,共64页，2024年2月25日，星期天避雷针：利用尖端放电原理。避雷针高于被保护物，其作用是将雷电吸引到避雷针本身上来并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。避雷针的本质：引雷。采用镀锌圆管或镀锌钢管针长：1m以下时，直径>12mm针长：1～２m时，直径>16mm第48页,共64页，2024年2月25日，星期天

图中顶角α称为避雷针的保护角．对于平原地区α取45°；对于山区，保护角缩小，α取37°。单支避雷针保护范围计算折线法避雷针在地面上的保护半径为

r=1.5h。在被保护物高度hx水平面上的保护半径为当hx<h/2时，rx=（h-hx）P=haP；当hx<h/2时，rx=（1.5h-2hx）P。P计算如下：第49页,共64页，2024年2月25日，星期天例题：有一座防雷建筑物，高10m其屋顶最远的一角距离一高50m的烟囱15m远。烟囱上装有一根2.5m避雷针。试计算此避雷针能否保护该建筑物。解：避雷针高度h=52.5m,避雷针在地面上的保护半径

r=1.5h=1.5×52.5=78.75（m），避雷针对烟囱顶部水平面的保护半径rx=（1.5h-2hx）P=（78.75-20）×1=58.75（m）

58.75m>15m，能保护第50页,共64页，2024年2月25日，星期天

双支等高避雷针随着所要求保护的范围增大。单支避雷针的高度要升高，但如果所要求保护的范围比较狭长（如长方形），就不宜用太高的单支避雷针，这时可以采用两支较矮的避雷针。第51页,共64页，2024年2月25日，星期天

每支避雷针外侧的保护范围和单支避雷针的保护范围相同；两支避雷针中间的保护范围由通过两避雷针的顶点以及保护范围上部边缘的一最低点O作一圆弧来确定。h0=h-D/(7P)

两避雷针之间高度为hx水平面上保护范围的一侧的最小宽度

bx=1.5（h0—hx）．

当两避雷针间距离D=7hP时，h0=0，这意味着此时两避雷针之间不再构成联合保护范围。需要注意的是，雷电时期内，在避雷针接地装置附近，由于跨步电压甚高，人员接近时有触电的危险，一般在避雷针接地装置附近约10米的范围内是比较危险的。双支避雷针保护范围计算第52页,共64页，2024年2月25日，星期天避雷线（又称架空地线）采用截面不小于镀锌钢绞线避雷带和避雷网主要用类保护建筑物特别是高层建筑物。主要用来保护架空线路。110kV及以上架空输电线路防雷措施是沿全线架设避雷线第53页,共64页，2024年2月25日，星期天避雷器避雷器应与被保护设备并联，且安装在被保护设备电源侧避雷器的类型阀式避雷器管型避雷器保护间隙氧化锌避雷器第54页,共64页，2024年2月25日，星期天1）阀式避雷器阀型避雷器分普通型和磁吹型两类火花间隙用铜片冲制而成，每对间隙用云母垫圈隔开，在雷电过电压作用下，火花间隙被击穿放电。阀片具有非线性特性，正常电压下其电阻很大，而过电压下其电阻就变得很小。阀式避雷器组成由火花间隙和阀片第55页,共64页，2024年2月25日，星期天2）排气式避雷器（通称管型避雷器）组成产气管内部间隙外部间隙适于室外架空场所，主要是架空线路上仅用作线路上雷电过电压特别大或绝缘薄弱点的防雷保护。它能免除线路绝缘的冲击闪络，并使建弧率降为零。实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙第56页,共64页，2024年2月25日，星期天3）保护间隙（羊角避雷器）只用于室外且负荷不重要的线路上

a)双支柱瓷瓶单间隙b)单支柱瓷瓶单间隙C)双支柱瓷瓶双间隙

第57页,共64页，2024年2月25日，星期天4）ZnO避雷器氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料，氧化锌具有很理想的非线性伏安特性。无火花间隙只有压敏电阻片的避雷器。在正常工频电压下，它呈现极大的电阻，能迅速有效地阻断工频续流