附录R 雷电知识.pdf

防雷知识防雷知识 雷电是由雷云（带电的云层）对地面建筑物及大地的自然放电引起的，它会对人、建筑物以及大地上的生命体都形成了严重的危害。因此，对雷电的形成过程及其放电条件应有所了解，从而采取适当防雷的措施。一、一、雷电的形成雷电的形成 资料图片：雷资料图片：雷电的形成电的形成 在天气闷热潮湿的时候，地面上的水受热变为蒸汽，并且随地面的受热空气而上升，在空中与冷空气相遇，使上升的水蒸汽凝结成小水滴，形成积云。云中水滴受强烈气流吹袭，分裂为一些小水滴和大水滴，较大的水滴带正电荷，小水滴带负电荷。细微的水滴随风聚集形成了带负电的雷云；带正电的较大水滴常常向地面降落而形成雨，或悬浮在空中。由于静电感应，带负电的雷云，在大地表面感应有正电荷。这样雷云与大地间形成了一个大的电容器。当电场强度很大，超过大气的击穿强度时，即发生了雷云与大地间的放电，就是一般所说的雷击。二、二、雷电的特点雷电的特点 在任何给定时刻，世界上都有 1800 场雷雨正在发生，每秒大约有 100 次雷击。在美国，雷电每年会造成大约 150 人死亡和 250 人受伤。全世界每年有 4000 多人惨遭雷击。在雷电发生频率呈现平均水平的平坦地形上，每座 300 英尺高的建筑物平均每年会被击中一次。每座 1200 英尺的建筑物，比如广播或者电视塔，每年会被击中 20 次，每次雷击通常会产生 6 亿伏的高压。每个从云层到地面的闪电实际上包含了在 60 毫秒间隔内发生的 3 到 5 次独立的雷击，第一次雷击的峰值电流大约为 2 万安培，后续雷击的峰值电流减半。最后一次雷击之后，可能会有大约 150 安培的连续电流，持续时间达 100 毫秒。经测量，这些雷击的上升时间大约为 200 纳秒或者更快。通过 2 万安培和 200 纳秒，不难计算得到 dI/dt 的值是每秒 1011安培！雷电的主要特点：（1）放电时间短，一般约为 50100 微妙（1 微妙=10-6秒）。（2）冲击电流大，其电流可高达几万到几十万安培。（3）冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达万伏。（4）释放热能大，瞬间能使局部空气温度升高至数千度以上。（5）产生冲击电压大，空气的压强可高达几十个大气压。因此，雷电极具破坏力。三、三、雷电的雷电的形状形状 闪电的形状有好几种：最常见的有线状(或枝状)闪电和片状闪电，球状闪电是一种十分罕见的闪电形状。如果仔细区分，还可以划分出带状闪电、联珠状闪电和火箭状闪电等形状。线状闪电或枝状闪电是人们经常看见的一种闪电形状。它有耀眼的光芒和很细的光线。整个电好像横向或向下悬挂的枝杈纵横的树枝，又象地图上支流很多的河流。线状闪电与其它放电不同的地方是它有特别大的电流强度，平均可以达到几万安培，在少数情况下可达 20 万安培。这么大的电流强度。可以毁坏和摇动大树，有时还能伤人。当它接触到建筑物的时候，常常造成“雷击”而引起火灾。线状闪电多数是云对地的放电。线状闪电线状闪电 片状闪电也是一种比较常见的闪电形状。它看起来好象是在云面上有一片闪光。这种闪电可能是云后面看不见的火花放电的回光，或者是云内闪电被云滴遮挡而造成的漫射光，也可能是出现在云上部的一种丛集的或闪烁状的独立放电现象。片状闪电经常是在云的强度已经减弱，降水趋于停止时出现的。它是一种较弱的放电现象，多数是云中放电。片状闪电片状闪电 球状闪电虽说是一种十分罕见的闪电形状，却最引人注目。它像一团火球，有时还像一朵发光的盛开着的“绣球”菊花。它约有人头那么大，偶尔也有直径几米甚至几十米的。球状闪电有时候在空中慢慢地转游，有时候又完全不动地悬在空中。它有时候发出白光，有时候又发出象流星一样的粉红色光。球状闪电“喜欢”钻洞，有时候，它可以从烟囱、窗户、门缝钻进屋内，在房子里转一圈后又溜走。球状闪电有时发出“咝咝”的声音，然后一声闷响而消失；有时又只发出微弱的噼啪声而不知不觉地消失。球状闪电消失以后，在空气中可能留下一些有臭味的气烟，有点像臭氧的味道。球状闪电的生命史不长，大约为几秒钟到几分钟。球状闪电球状闪电 火箭状闪电比其它各种闪电放电慢得多，它需要 l1.5 秒钟时间才能放电完毕。可以用肉眼很容易地跟踪观测它的活动。火箭状闪电火箭状闪电 人们凭自己的眼睛就可以观测到闪电的各种形状。不过，要仔细观测闪电，最好采用照相的方法。高速摄影机既可以记录下闪电的形状，还可以观测到闪电的发展过程。使用某些特种照相机(如移动式照相机)，还可以研究闪电的结构。四、四、雷电的种类雷电的种类及危害及危害 雷电，也就是我们通常所说的闪电，可分为云内闪、云际闪和云地闪。前者对飞行器危害大，后者对建（构）筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。雷电流总是选择距离最近，最易导电的路径向大地泄放，凡是空气中导电微粒较多、地面上高耸物体、地面与地下的电阻率较小的地段均容易落雷。雷电造成的危害主要由于：1、雷电先导在主放电阶段与地面上雷击对象之间的最小空间距离，称为“闪击距离”。雷电的闪击距离与雷电流波形的幅值和陡度有关，由于雷电流具有很大的幅值和陡度，因此在它周围产生强大的电磁场，由于电磁感应原理将使雷场附近的框形金属物或断开金属环体产生很大的电动势或电流，在间隙处形成火花放电，对建筑物的可燃体十分危险，经常引发火灾。2、在架空线路附近出现雷击时极易产生感应过电压，在高压线上的感应过电压可达几十万伏，对供电系统造成很大破坏，当过电压进入低压系统时，可能形成超万伏脉冲电压，将导致用电设备烧毁或电击人身。感应过电压在线路传播速度接近光速。3.雷电的破坏作用有三个方面：电作用破坏、热作用破坏、机械作用破坏。雷电侵入地面的建（构）筑物、设备、人、畜等会造成灾害。其危害形式主要有以下三种：直击雷、感应雷和球形雷，最常见的是直击雷和感应雷。其中，直击雷顾名思义就是直接打击到物体上的雷电；感应雷即通过雷击目标旁边的金属物等导电体感应，间接打击到物体上；球形雷则像火球一样，会飘进室内。直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。其雷电过点压引起的强大电流通过这些物体直接入地从而产生破坏作用极大的热效应和机械效应。相伴还有电磁脉冲和闪络放电。直击雷的每次放电含有先导放电、主放电、余光三个阶段。大约50的直击雷有重复放电特征。每次雷击有三、四个冲击至数十个冲击。感应雷也称作雷电感应，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在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷，在带电积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导电凸出物的传播。电磁感应雷是由于雷电放电时，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产生的很高的感应电动势 雷电入侵是由于架空线路或金属管道而引入过电压侵入变电所或建筑物内部而造成的雷击现象。它的发生频率较高，约占雷击事故的 50%-70%。球雷是雷雨季节里大气漂浮的一个发光、炽热、等离子带电气体。雷电放电时形成的发红光，橙光、白光或其他颜色光的火球。袭击建筑物或人容易引发剧烈爆炸。此外，直击雷和感应雷都能在架空线路或在空中金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的雷电冲击波。雷电对人体造成的伤害 直接雷击 所谓直接雷击是指雷闪直接击中受害者，这种情况爱害者到少在开始时身体上通过全部雷电电流，而且最大可能是雷电流从头部输入，经躯干，由脚底进入大地。这种情况是受害者受害最严重的情况。所以补直接雷击以致假死抢救成功的事例不少，甚至被直接雷击后有短暂昏迷，而呼吸和心脏跳动未发生停止的报导也有，所以当雷击致假死(停止呼吸、心脏停止跳动、但身上未出现紫蓝色斑块或斑点)时不应放弃或停止抢救。接触雷击 接触雷击是指雷击其他物体，接触雷击往往使受害者短时麻痹，有时也会昏迷甚至死亡，但总的来讲，它比直接雷击受害要轻。接触雷击发生的几率比直接雷击高得多。旁侧闪络 旁侧闪络和上面讲的接触雷击共同都是雷电没有直接击中受害人，而是击中受害人附近的物体，由于补雷击物带高电位，而向它附近的人闪击放电。有时由于较远的地方的物体受雷击，能过金属线直接把高电位输送，或感应产生高电位以致发生旁侧闪络造成人员伤亡。跨步电压 跨步电压在是在当雷电流流入大地的时候，由于土壤散流电阻的存在，使地表面电位分布，习惯称这为喇叭形电位分布曲线。在这喇叭形曲线上任两点间存在电位差，显然这电位差与电流强度、土壤电阻率分布、跨步长短有关，同样的土壤情况下，电流强度越大，步长越大，跨步电压越高。当人或动物站在喇叭形电位分布的地面时，两脚间的电位差大到一定时，便足以使人受到电击甚至死亡。如果在原野上遇到雷暴，又实在无法躲避时，蹲下来两脚缩在一点，比跨大步走会安全些。五五、雷击的防护、雷击的防护 雷电对工厂危害主要表现在以下几方面：电源系统 电源电缆线一般由室外架空或直埋方式进入建筑物内，容易遭受直击雷和感应雷的袭击。当雷击发生后，输电线路、电信线路上的感应电荷由于局部感应高电压，其值在高压架空线路上可达 300-400KV，在低压架空线路上，可达 100KV，在电信线路可达 40-60KV。这种感应高电压沿着电缆线迅速传向室内的用电设备，致使设备等受到干扰或被击坏。信号系统 DDN 通信专线、网络通信设备、路由器和程控交换机都是雷击的主要目标。遭受雷击后，雷击过电压直接损害网络设备、调制调解器、电话交换机及其它数据处理设备，造成数据丢失或中断。1、直击雷的防护：避雷针、避雷线、避雷网、避雷带是防护直击雷的主要措施。接闪器是指专门用来接受直击雷的金属物体，它包括避雷针的针，避雷线的绞线，避雷网的网，避雷带的带。(1)避雷针 避雷针一般采用镀锌圆钢或圆柱铜材等做材料，要求有一定强度，因此，有时也采用大口径空心钢管焊接而成。它安装在避雷保护体、建筑物的最高顶上，它的下端经金属引下线和接地装置连接。避雷针的功能实际上是引雷作用，将可能对保护体雷击的雷云，通过避雷针本体的吸引，经与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地去，使被保护体不受直接雷击，所以避雷针应高于被保护体，并有一定的高度，才能起到引雷针的作用。（2）避雷线 避雷线的作用和避雷针相似，主要用来保护电力线路，一般采用小于 35 平方毫米的镀锌钢绞线，架设在架空线路上边，以保护架空线路、设备免受直接雷击。由于避雷线既架空又接地，也叫“架空地线”。（3）避雷网和避雷带 避雷网或避雷带主要用于保护高层建筑物，免遭直击雷和感应雷。避雷带一般沿屋顶脊或屋檐敷设，用预埋角钢做支柱，高出屋脊或屋檐 10-150 毫米，间距 1000-1500 毫米。连网圆钢截面积不小于 48 平方毫米。2、架空线路的防雷措施 架空线路采用架空线路上方架设避雷线，规定在 60 千伏及上电压等级采用全线架设。一般只在进出变配电所的 1-2 千米线路上架设。10 千伏及以下架空线路通常不装设避雷线。但采用提高绝缘子的绝缘来提高防雷水平。3、低压供电系统的防雷措施 雷电放电可能发生在云层之间或云层内部，或云层对地之间；另外许多大容量电气设备的使用带来的内部浪涌，对供电系统（中国低压供电系统标准：AC 50Hz 220/380V）和用电设备的影响以及防雷和防浪涌的保护，已成为人们关注的焦点。云层与地之间的雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电，每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间。大多数闪电电流在 10，000 至 100，000 安培的范围之间降落，其持续时间一般小于 100 微秒。供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪涌问题。我们将其归结为瞬态过电压（TVS）的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压（TVS）破坏作用就是这样。特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。供电系统浪涌的影响 供电系统浪涌的来源分为外部（雷电原因）和内部（电气设备启停和故障等）。雷击对地闪电可能以两种途径作用在低压供电系统上：（1）直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。（2）间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关：供电系统内部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达 100kA 或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到 5kA 到 10kA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。供电系统的浪涌保护 对于低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压（TVS）保护，最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口（比如大厦的总配电房）开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。第一道防线 应是连接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器。一般要求该级电源保护器具备 100KA/相以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于 2800V。我们称为 CLASS I 级电源防浪涌保护器（简称 SPD）。这些电源防浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过 SPD 时，线路上出现的最大电压成为限制电压）为中等级别的保护，因为 CLASS I 级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。第二道防线 应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器。这些 SPD 对于通过了用户供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为 40KA/相以上，要求的限制电压应小于 2000V。我们称为 CLASS II 级电源防浪涌保护器。一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了。最后的防线 可在用电设备内部电源部分使用一个内置式的电源防浪涌保护器，以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为 20KA/相或更低一些，要求的限制电压应小于 1800V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备，具备第三级的保护是必要的。同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。4、电气、电子设备防雷措施 雷雨季节影响电器安全主要起因于雷电电磁场感应或雷电波侵入。对于一个家庭来说，电波侵入主要有供电线、电话线、有线电视或无线电视的馈线等途径。这些途径都是与家用电器有直接的外部线路连接，当这些线路架空入室时则危害更为严重。引入住宅的电源线、电话线、电视信号线均应屏蔽接地引入，比如室外天线的馈线靠近避雷针或引下线时，馈线应穿金属管或采用有金属屏蔽层的馈线，并将金属管或金属屏蔽层接地。雷电发生前，最好将家用电器的插头拔下，不看电视、不开空调、不打有线电话有室外天线的，在雷电前要拔下天线插头。对于具体电器，建议如下 有线电话：在通常的情况下，电话线的输入口有保护器防异常电压，但是，知果距电话线非常近的地方落雷，则可能会有强度大的异常电压侵入，对电话机和人体造成危害。所以，在强雷雨天气，为了人身安全还是不打电话为好。计算机：计算机机房及计算机系统除采取完善的屏蔽与接地措施外，还应在信号电缆终端设备的输入端装设信号电涌保护器，在总电源、机房配电拒和“UPS”前端及设备插座安装电源电涌保护器当然，打雷前最好不要使用计算机，拔下电源和网线插头。这是由于计算机使用的超大规模集成电路灵敏度非常高，即使在建筑物上安装了防雷装置，雷击所产生的电磁感应和静电感应，仍会形成高电压冲击波，使电子设备被击坏。太阳能热水器：应安装防雷装置。在打雷时，最好不要使用太阳能热水器。电视机等家电：对于电视机、空调等家电，首先，要做好电气设备的接地。其次，建议使用具有防雷功能的插座另外，家用电器与建筑物的外墙要保持一定距离。Cctv 系统防雷：1直击雷防护 应在室外的摄像机支承杆顶安装能保护摄像机的避雷针,并作出相应地网接地(要求接地电阻小于 10 欧)在监控大楼应有防直击雷的避雷（带、针、塔）装置，并建造一组小于 4 欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。2感应雷防护 对应的防雷器的安装 摄像机：电源处安装 KBT-P200 串联式电源防雷器。视频信号线上安装对应接口的 KBT-V40 视频防雷器。带有云台的摄像机，安装一只对应 KBT-C485 控制线路防雷器，在监视器前分别安装 对应接口的视频防雷器 KBT-V40。控制器 安装对应的 KBT-C485 控制线路防雷器。监控大楼：总电源处安装 380V 的电源防雷器箱作为第一级防护。在楼层配电箱前安装对应的 220V 或 380V 电源防雷箱，作为第二级防护。在各用电设备前安装相应的电源防雷器作为第三级防护（具体应根据设备情况选择）。在接收发设备前安装视频防雷器 KBT-V40。微波发射天线：在微波发射天线处安装避雷针。在微波接收发机前安装对应接口的天馈信号防雷器 KBT-T2000。3等电位处理及屏蔽 将工作地（交、直流工作地）、设备保护地、防雷保护地连接在一起，构成一个均压等电位体，并将所有进入建筑物的通信电缆及线缆用金属管道进行屏蔽，将所有的金属管道（包括水管、煤气管及各种屏蔽管道）在进入建筑物之前，就近接地，如有多组地网且地网间距小于 20 米，根据国家防雷标准的有关要求采用公共接地方式，即共地处理(采用电子开关作为等电位连接)。其目的是消除各地网之间的电位差，保证设备不因雷电的反击而损坏。4地网制作 地网设计在建筑物周围，地网上端深度为 800，宽不少于 500，接地电阻为4，垂直接地体采用 5 50 2500 热镀锌角钢，水平接地体采用 4 40 热镀锌扁钢，垂直接地体与水平接地体的连接采用双面焊接，水平接地体与水平接地体的搭接采用双面焊接，焊接长度不小于10cm，焊接处刷红丹或沥青油做防腐处理。接地线用 4 40 的热镀锌扁钢，预留接地测试点。汇接点用规格的扁铜，扁铜扁钢连接处采用气焊，在扁铜上预留 8 的连接孔不少于三个，配备相应规格的不锈钢螺丝或铜螺丝。电话系统防雷：在有线话音通信系统，与程控交换机连接的线路有电话外线上各安装壹套 KBT-A60 电话通信线电涌保护器，用于电话通信线路的防雷保护。在重要会议室内外线、重要管理人办公室内外线、重要实验机构办公室内外线及区域值班室内线电话通讯线上各安装壹套 KBT-A60 电话通信线电涌保护器，用于电话通信线路的防雷保护。六、六、雷击电灼伤及其急救处理雷击电灼伤及其急救处理 雷击人体时的电流热效应可引起电灼伤。不过，电灼伤与一般烧伤不同，尚有电休克，如神志丧失、头晕、恶心、心悸、耳鸣、乏力等现象出现，重者可发生呼吸、心跳骤停。还有雷击后较迟出现的白内障及神经系统的损伤等。抢救原则（1）如果遭受雷击者衣服着火，可往身上波水，或者用厚外衣、毯子将身体裹住以扑灭火焰。着火者切勿惊慌奔跑，可在地上翻滚以扑灭火焰，或趴在有水的洼地、池中熄灭火焰。（2）注意观察遭受雷击者有无意识丧失和呼吸、心跳骤停的现象，先进行心肺复苏抢救，再处理电灼伤创面。（3）电灼伤创面的处理，用冷水冷却伤处，然后盖上敷料，例知，把清洁手帕盖在伤口上，再用干净布块包扎。若无敷料可用清洁床单、被单、衣服等将伤者包裹后转送医院。原则上应将转送到当地医院如当地无条件治疗需要转送者，应掌握运送时机，要求伤者呼吸道通畅，无活动性出血，休克基本得到控制，转运途中要输液，并采取杭休克措施，且注意减少途中颠簸。