雷电防护基础知识

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1、第5章建筑防雷及安全用电第5章建筑物防雷及安全用电内容提要及学习要求:建筑物防雷及安全用电是一个电气安全问题，电气安全关系用户的人身安全和环境安全，涉及千家万户。本章介绍一些常见的电气安全知识，具体来说，包括雷电的基本知识、三类防雷建筑物的防雷保护措施、安全用电基本知识和电击防护措施。通过学习要求掌握常用的雷电防护和电击防护措施及特点，并了解其基本原理。5.1建筑物防雷雷电是一种雷云对带不同电荷的物体进行放电的一种自然现象。雷电对电气线路、电气设备和建筑物进行放电,其电压幅值可高达几亿伏，电流幅值可高达几十万安，因此具有极大的破坏性，必须采取相应的防雷措施。5.1.1雷电的形

2、成及作用形式1.雷电的形成雷电是一门古老的学科。人类对雷电的研究已经有了数百年的历史，然而有关雷电的一些问题至今尚未能得到完整的解释。雷电的形成过程可以分为气流上升、电荷分离和放电三个阶段。在雷雨季节，地面上的水分受热变蒸气上升，与冷空气相遇之后凝成水滴，形成积云。云中水滴受强气流摩擦产生电荷，小水滴容易被气流带走，形成带负电的云；较大水滴形成带正电的云。由于静电感应，大地表面与云层之间、云层与云层之间会感应出异性电荷，当电场强度达到一定的值时，即发生雷云与大地或雷云与雷云之间的放电。典型的雷击发展过程如图5.1所示。图5.1雷云对地放电示意据测试,对地放电的雷云大多为带负电

3、荷。随着负雷云中负电荷的积累，其电场强度逐渐增加，当达到25～30kV/cm时，使附近的空气绝缘破坏,便产生雷云放电。雷云对地的放电是以下行先导放电形式进行。当这个下行先导逐渐接近地面，大约100～300m距离时，地面受感应而聚集异号电荷更加集中，尤其是突出物体在强电场作用下产生尖端放电,形成上行先导，并快速向雷云的下行先导方向发展，两者会合即形成雷电通道，并随之开始主放电，接着是多次余辉放电，（由于雷云中存在几个电荷聚集中心）。17第5章建筑防雷及安全用电一般认为，当雷电先导从雷云向下发展时，它的梯级式跳跃只受到周围大气的影响，没有一定的方向和袭击目标。但其最后一个梯级式跳

4、跃则不同，它必须在这个最后阶段选定被击对象。此时地面上可能有不止一个物体在雷云电场的作用下产生上行先导，并趋向与下行先导会合。在被保护建筑物上安装避雷针，就是让它产生最强的上行先导去与下行先导会合。最后一次梯级式跳跃的距离，其端部与被击点之间的距离，称为雷击距离。也就是说，雷电先导的发展起初是不确定的，直到先导头部电场强度足以击穿它与地面目标间的间隙时,才受到地面影响而开始定位。因此，雷击距离是一个变化的数值，它与雷电流幅值、地面物体的电荷密度有关。雷击距概念对于分析地面建筑物受雷状况是十分有用的，常用于估算避雷装置的保护范围。2.雷电特点及作用形式(1)雷电特点I/kA24

5、.816.58.305101520t/μs图5.2雷电流波形雷电流是一种冲击波，雷电流幅值Im的变化范围很大，一般为数十至数kA。电流幅值一般在第一次闪击时出现，也称主放电。典型的雷电流波形如图5.2。雷电流一般在1～4μs内增长到幅值Im，雷电流在幅值以前的一段波形称为波头；从幅值起到雷电流衰减至Im／2的一段波形称为波尾。雷电流的陡度α，用雷电流波头部分增长的速率来表示，即α=di／dt。据测定α可达50kA/μs。雷电流是一个幅值很大，陡度很高的电流，具有很强的冲击性，其破坏性极大。(2)雷击的选择性建筑物遭受雷击的部分是有一定规律的,建筑物雷击部位如下:(ⅰ)平屋面或

6、坡度不大于1/10的屋面——檐角、女儿墙、屋檐。(ⅱ)坡度大于1/10且小于1/2的屋面——屋角、屋脊、檐角、屋檐。(ⅲ)坡度不小于1/2的屋面——屋角、屋脊、檐角。(3)雷电击的基本形式雷云对地放电时，其破坏作用表现有以下四种基本形式。(ⅰ)直击雷。当天气炎热时，天空中往往存在大量雷云。当雷云较低飘近地面时，就在附近地面特别突出的树木或建筑物上感应出异性电荷。电场强度达到一定值时，雷云就会通过这些物体与大地之间放电，这就是通常所说的雷击。这种直接击在建筑物或其他物体上的雷电叫直击雷。直接雷击使被击物体产生很高的电位，从而引起过电压和过电流，不仅击毙人畜、烧毁或劈倒树木，破坏

7、建筑物，甚至因而引起火灾和爆炸。(ⅱ)感应雷。当建筑上空有雷云时，在建筑物上便会感应出相反电荷。在雷云放电后，云与大地电场消失了，但聚集在屋顶上的电荷不能立即释放，因而屋顶对地面便有相当高的感应电压，造成屋内电线、金属管道和大型金属设备放电，引起建筑物内的易爆危险品爆炸或易燃物品燃烧。这里的感应电荷主要是由于雷电流的强大电场和磁场变化产生的静电感应和电磁感应造成的，所以称为感应雷或感应过电压。(ⅲ)雷电波侵入。当输电线路或金属管路遭受直接雷击或发生感应雷，雷电波便沿着这些线路侵入室内，造成人员、电气设备