防雷与防静电

关于防雷与防静电第一部分防雷

自从有了人类以来，人类就对闪电感到神秘莫测，创造了好多神话、传说。直到二百年前，富兰克林证实雷电是电，并发明避雷针以后，人类才开始能主动的去避免雷电造成的危害。打雷时，出现耀眼的闪光，发出震耳的轰呜。打雷的时间短（一次雷击时间约60毫秒），电流大（可高达几万~几十万安），电压高（可高达数十万~数百万伏）。当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特点是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。

第2页,共33页，星期六，2024年，5月一、雷电的形成

有关雷云形成的假说很多，但至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说，这里我们只介绍其中被认为比较完善并经常被推荐的假说。

根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器。通常大地稳定地带负电荷50万库仑左右，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300KV左右，并且场强为上正下负。

第3页,共33页，星期六，2024年，5月雷电的形成

当地面含水蒸汽的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被垫高都会产生向上的气流。这些含蒸气的上升气流上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹（称为水成物），这些水成物在地球静电场的作用下被极化负电荷在上，正电荷在下，它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（这二者称为云粒子）要大，因此极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞。碰撞的结果是其中一部分云粒子被水成物所捕获，增大了水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去。而反弹回去的云粒子带走水成物前端的部分正电荷，使水成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐渐分离如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而负电的水成物在云的下部，或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。当上面所讲的带电云层一经形成，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气的电场强度，使大气中水成物的极化更厉害、在上升气流存在的情况下更加剧力分离作用，使雷云发展得更快。

第4页,共33页，星期六，2024年，5月雷电的形成从上面的分析,好像雷云总是上层带正电荷，下层带负电荷。实际上气流并不单是只有上下移动，而比这种运动更为复杂。因此雷云电荷的分布也比上面讲的要复杂得多。根据科学工作者大量直接观测的结果,典型的雷云中的电荷分布大体如下图所示。左端是按理论归纳的理想模式，右面是雷云常见的电荷实际分布。第5页,共33页，星期六，2024年，5月二、雷电的种类1、按危害方式分：直击雷：雷电直接击在建筑物上，产生电效应、热效应和机械力者。雷电感应：雷电放电时，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火花。雷电波侵入：由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。2、按形状分：线形类、片形雷和球形雷。第6页,共33页，星期六，2024年，5月三、雷电的危害雷电的冲击电压很高，一般为几十到几千KV；雷电电流幅值很大，一般为几十KA，最大可达几百KA；雷电放电时间很短，一般为十几微秒，最大为500毫秒。电作用的破坏：雷电的高电压使电气设备或线路的绝缘击穿，造成停电、短路和爆炸；当雷电流通过人体时，人将因雷击而死亡。

热作用的破坏：雷电流产生的高温会产生火灾与爆炸，特别是对易燃易爆物品。机械作用的破坏：雷击有很强的破坏作用，建筑物、构筑物受雷击后将现遭到毁灭性破坏，发生倒塌、崩裂。第7页,共33页，星期六，2024年，5月雷电的危害雷击的途径主要有两种形式：

A.

直接雷击：雷云之间或雷云对地面某一点的迅猛放电现象称之为直接雷击。直接雷击的主要破坏对象是：建筑物、野外工作台、森林、架空配电线路、人畜等。

B.

感应雷击：雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。装有避雷针的建筑物，可以避免雷击损坏建筑物，但是雷击通过避雷针的地线从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候，会产生很强的电场，建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压。感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。

C．地电位反击：建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线引入设备，造成设备的损坏。第8页,共33页，星期六，2024年，5月雷公一年打脱2个亿

办公楼信息系统是重灾区来源：重庆晚报雷公威力大，一年击脱我市2个亿。昨日召开的气象依法行政暨防雷管理工作会透露，我市的办公楼信息系统是遭雷击的重灾区。雷电灾害是联合国“国际减灾十年”公布的最严重的10大自然灾害之一，我市是全国雷暴高发区，年平均雷暴日达41天，强雷暴的秀山地区最高年份雷暴日达到105天。从今年6月至今不完全统计，全市雷击造成已11人死亡，经济损失达2亿左右。防雷中心负责人介绍说，来自保险公司的统计显示，办公楼的通信、计算机设备等信息系统是雷击的重灾区，占整个雷击损失的一半左右。这位负责人说，从今年6月开始，我市新建建筑物设计已要求要考虑建筑物信息系统防雷技术。据悉，为减少雷击损失，我市将在2—3年内，实现防雷行政管理的电子化和网络化。（记者何英）第9页,共33页，星期六，2024年，5月雷电击伤广西26名中学师生来源：北京娱乐信报

据《南国今报》报道，6日上午一场雷雨，为干旱的广西武宣农村带来了喜悦，却也给三里中学带来了建校40年来最大的灾害——26名师生在这场雷雨中被雷电击伤，所幸没有人员死亡。6日下午4时，记者闻讯赶到武宣县人民医院内一科，上午遭遇雷击的23名三里中学的学生全部住在这里治疗；另外3名教师因伤势较轻，自己在家休息。三里中学初中二年级七班的潘泽西同学回忆说：“大约上午8时40分，我们当时正在上第二节课。这时窗外下起了雨，雨点不大，接着就闪起了电。可闪了两三次电之后，突然一声炸雷，我就感到全身麻木，动弹不得了。中间有几秒钟眼前一片漆黑。”据悉，当天两个教室同时遭雷击，房顶被击破。遭受雷击的校舍位于学校所有建筑最低处，是一栋1960年代初期建校时建的砖瓦房。据带路的雷老师介绍，该校早就被认定是雷区。她1999年住在学校宿舍时，家里的电视机等电器就曾被击坏过。第10页,共33页，星期六，2024年，5月四、防雷装置防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置三部分。接闪器：作用是将雷电引至本身，沿引下线经接地装置流入大地，使被保护物免遭雷击的破坏，常用的防雷装置有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器和保护间隙等。引下线：用来连接接闪器和接地装置。第11页,共33页，星期六，2024年，5月防雷装置接地装置：防雷装置必须按规定正确选用与安装。通常采用独立的接地装置，接地电阻一般不大于10欧姆。接地装置应远离通道3米以上，远离电气设备5米以上，并尽可能避开行人来往之处，以防雷电流入地时产生的接触电压或跨步电压的伤害。为防止雷电反击，在避雷针下的构架上严禁架设各种线路和无线电天线。第12页,共33页，星期六，2024年，5月防雷装置避雷针主要用来保护高耸弧立的建筑物或构筑物及其周围的设施，也常用来保护室外的变配电装置。避雷线常线与架空线路同杆架设，用来保护架空线路。避雷网主要用来保护不顶县城面积较大的建筑物。避雷带常用来保护高层建筑的侧面。避雷器是专用防雷设备，常与设备线路连接，用来保护线路、电气设备及其他电气设施。保护间隙是一种简易的防雷装置，主要用来保护线路和电气设备。

第13页,共33页，星期六，2024年，5月防雷装置避雷器的分类：保护间隙：结构简单，价格低廉，便于自制，但性能较差，一般常用于电压不高且不太重要的线路上或农村线路上。管型避雷器：结构复杂，常用于10KV配电线路上，作为变压器、开关、电容器、电缆头等电气设备的防雷保护。适用于工频电网容量小、线路长、短路电流不在而雷电活动又很强而且频繁的农村或山区。阀型避雷器：结构复杂，常用于3~~550KV电气线路、变配电设备、电动机、开关等的防雷。适用于交直流电网，不受容量、线路长短、短路电流的限制，工业系统中的变配电所，电所设备及线路都能使用。氧化锌避雷器：一种新型避雷器，无放电延时，大气过电压工作后无工频续流，可经受多重雷击，残压低，通流量大，体积小，重量轻，运行维护简单，常用于0.25~~550KV电气系统及电气设备的防雷及过电压保护，也适用于低压侧的过电压保护。第14页,共33页，星期六，2024年，5月五、防雷措施1、架空线路防雷措施：①架设避雷线。电压等级在60kV及以上全线架设，35kV在进出变电所1.5~2kM架设；②提高线路本身绝缘水平；③三角形排列顶相装设保护间隙；④装设ZCH减少停电时间。第15页,共33页，星期六，2024年，5月防雷措施2、变电站防雷措施：①装设避雷针；②进出变电站的线路架设避雷线；③每段（条）母线上装设避雷器；第16页,共33页，星期六，2024年，5月防雷措施3、建筑物防雷措施：第一类防雷建筑物是指：制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药等；具有0区或10区爆炸环境的建筑物。所谓0区爆炸环境是指正常情况下能形成爆炸性混合物的场所；所谓10区是指粉尘或纤维爆炸性混合物的爆炸危险场所。

防雷措施：1、装设独立避雷针或架空避雷线（网），使被保护建筑物及突出屋面的物体均处于保护范围内。

2、排放爆炸危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸管的管口外的以下空间处于保护范围内。

3、排放爆炸性危险气体、蒸汽或粉尘的放散管、呼吸阀等，当其排放物达不到爆炸浓度，长期点火燃烧，一排放就点火燃烧时，及发生事故时排放物才达到爆炸浓度的通风管、安全阀，接闪器的保护范围可保护到管帽。

4、独立避雷针的杆塔、避雷线的端部和避雷网的各支柱处至少设一根引下线。

5、独立避雷针和架空避雷线（网）的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道等金属物之间的距离不得小于3M。

6、避雷线至屋面和突出屋面的风帽、放散管等物体之间的距离不应小于3M。

7、独立避雷针，避雷线或架空避雷网应有独立的接地装置，接地电阻不宜大于10Ω。8、在电源引入的总配电箱处宜装设避雷器。第17页,共33页，星期六，2024年，5月防雷措施第二类防雷建筑物是指：国家级重点文物保护的建筑物、国家级的会堂、办公、大型展览建筑物，大型火车站、给水泵房等特别重要的建筑物、国家级计算中心、国际通信枢纽等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物、制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，而电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者等。防雷措施：突出屋面的危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等管道其防雷保护要求：（1）金属物体可不装接闪器，但应和屋面避雷装置相连。（2）在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面避雷装置相连。（3）当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地等。第18页,共33页，星期六，2024年，5月防雷措施第三类建筑物指不属于一二类的建筑。防直击雷的措施：

1、宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）、避雷针。避雷网（带）应沿屋角、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。

3、平屋面的建筑物，当其宽度不大于20M时，可仅沿周边敷设一圈避雷带。每根引下线的接地电阻不宜大于30Ω。其接地装置宜与电气设备等接地装置共用。避雷的接地装置宜与埋地金属管道相连。在共用接地装置宜与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设环形接地体。第19页,共33页，星期六，2024年，5月防雷措施4、人身防雷：雷雨时，尽量不在室外，野外逗留。野外遇雷雨时，应寻找有宽大金属构架或有防雷设施的建筑物内躲避，不能站在高大的树下躲雨（保持8m距离以外）。不要站在河边、湖边、水池旁，避免接触靠近高处的金属物体及与之相连的金属体，要离开小山，小丘等高处。不要与许多人拥挤在一起，应分别选择最低处，或立即蹲下，尽可能缩小自己的目标，将手上、身上的金属物放弃。在室内时离电线、电话线、天线及金属管道1.5米以下，室内禁止使用室外天线。雷雨时，关闭门窗，防止球形雷侵入。在汽车、火车、轮船上遇到雷雨时，因这些交通工具就是一种避雷器，电流会通过它们的金属外壳传到地面，车内的人在安全上大多不成问题，所以最好留在交通工具内，待雷雨过后方可下去。预防雷电错误的知识：如有人以为脚穿胶鞋，身披雨衣便为自己包裹了一层绝缘体，可万无一失，其实这样毫无防雷作用。另外，通常遭到雷击的人，可能心脏及呼吸骤然停止，若在数分钟内能得到人们的帮助，紧急采取心脏胺摩、人工呼吸等急救措施，绝大多数遭受雷击者都会起死回生的。

第20页,共33页，星期六，2024年，5月第二部分防静电在高科技迅速发展的今天，静电已成为现代工业的大敌。在石油、化学、纺织、印刷、军需、兵器和电子等许多工业部门，生产过程中因静电直接或间接引起的燃烧、爆炸、产品质量差或停产等事故时有发生。静电是人们看不见摸不着但又无处不在、无时不有。任何物体、人员甚至空气都可能产生静电，有时可能产生几千甚至上万伏静电，如何降低静电和控制ESD的发生？在空气干燥的季节，当你开门时偶尔会有电击的感觉，这就是静电放电（ESD）。当你感觉电击时，你身上的静电电压已超过2000伏！当你看到放电火花时你身上的静电已高达5000伏！当你听到放电声音时，你身上的静电已高达8000伏！人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。第21页,共33页，星期六，2024年，5月认识静电静电是相对静止的电荷。静电现象是一种常见的带电现象，在固体物质的摩擦、粉碎、研磨过程，高电阻液体在管中流动，液体注入容器发生冲击、冲刷或飞溅时，都极易发生电子的转移而产生静电。静电的特点是：静电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短。静电电压很高，可达数万伏，而静电电压能量很小，只不过数毫焦。绝缘体因对其上面的电荷束缚力很强使静电消散很慢；静电带电体周围发生静电感应现象及尖端放电，产生放电火花与电弧。静电放电（ESD）是一个上升时间可以小于1ns（10亿分之一秒）甚至几百ps(1ps=10000亿分之一秒)的非常快的过程，ESD可以产生几十kv/m甚至更大的强电磁脉冲。第22页,共33页，星期六，2024年，5月一、静电的产生物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子是由带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子儿而侵入其他的原子因缺少电子数而带有正电,而得到电子带负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。第23页,共33页，星期六，2024年，5月静电的产生摩擦起电是通过两种材料的接触和分离，引起电子转移而产生电荷。摩擦电序是根据普通材料因摩擦起电获得或失去电子趋势的一种排序。普通材料的摩擦电序为：空气←人的皮肤←兔毛←醋酸纤维←玻璃←人发←尼龙←羊毛←毛皮←铅制品←丝←铝←纸←棉纤维（带正电荷趋势按箭头方向越来越强）钢（不带电荷）（带负电荷趋势按箭头方向越来越强）木材→硬质橡胶→铜→银→黄金、白金→醋酸人造丝→腈纶纤维→聚氨基甲酸酯纤维→聚酯纤维→聚丙烯→聚氯乙烯（简称PVC）→硅酮→特氟纶（聚四氟乙烯长丝或短纤维）。第24页,共33页，星期六，2024年，5月二、静电的危害静电的危害有三类引起火灾和爆炸：在有可燃液体（如油品）、爆炸性粉尘（如煤粉、铝粉、棉麻尘）、爆炸性气体场所都有可能因静电火花引起火灾和爆炸。电击：当人体接触或接近带静电物体时，发生瞬间电击，通常生产工艺过程中静电引起的电击不致直接使人致命，但可能使工作人员从高处坠落或摔倒，造成二次事故。对于电容器、长距离线路及电缆等电量较大，发生电击时的危险较大，因此在进行检修或试验工作中应先进行放电。防碍生产和降低产品质量。

第25页,共33页，星期六，2024年，5月三、静电防治技术

1、容易产生静电的的生产工艺：①固体物质相互大面积摩擦时；②高电阻液体在管道中流动且流速超过1m/s时、液体喷出管口时，注入容器发生冲击、冲刷或飞溅时等；③液化气体、压缩气体在管道中流动、喷出管口时；④固体物质粉碎、研磨过程，悬浮粉尘高速运动时；⑤在混合器中搅拌各种高电阻物质时。第26页,共33页，星期六，2024年，5月静电防治技术2、控制静电的基本方法是：“接地”、“泄漏”、“中和”、“屏蔽”以及“工艺控制”等。接地主要是消除导电体上的静电，而不宜消除绝缘体上的静电；为了静电能及时“泄漏”走，必须为静电提供泄漏通路；为了能“中和”掉静电，必须提供相反符号的带电粒子；为了能“屏蔽”静电，必须提供具有屏蔽功能的环境以及在生产工艺中减少高阻物质的互相摩擦等。第27页,共33页，星期六，2024年，5月静电防治技术①接地法：对于可能引起事故的静电带电体，最有效最简单的办法就是通过接地将静电荷及时泄漏，从而消除静电的危害，防静电接地电阻不超过100欧即可。接地主要是消除导电体上的静电，而不宜消除绝缘体上的静电，将绝缘体接地反而易产生火花放电，此时绝缘体与地之间应保持106-109欧姆的高电阻。凡用来加工、储存、运输各种易