九、防雷与防静电

一个雷电的电磁脉冲可影响几公里范围的电子 设备，这也使电子设备受损的几率增大.
ABC Company
MCR
数据线缆
电话
110 kV
230/400 V TV 移动基站
直击雷的危害形式
（1）电效应
雷电放电时，能产生高达数万伏甚至 数十万伏的冲击电压，足以烧毁电力系统 的发电机、变压器等电气设备和线路，引 起绝 缘击穿而发生短路，导致可燃、易 燃、易爆物品着火和爆炸。
避雷针
避雷针设计示意图
接地引上线
说明： 1、接地方法布设如图 2、水平接地体采用4mm*40mm的镀锌扁钢 3、垂直接地体采用5mm*50mm的镀锌角钢 4、将接地引上线用4*40mm镀锌扁钢引至屋顶避雷针
水平接地体
垂直接地体
接地地网剖视图
防雷装置检查
• 定期检查避雷器其瓷套或绝缘子是否完好，有无 裂纹或破损。 • 检查其外部有无烧损痕迹。 • 引下线各部分连接是否良好。 • 固定避雷器的各种金属是否牢固，各部分腐蚀和 锈蚀情况。 • 对于阀型避雷器，每年雨季前应进行一次预防性 试验。
四、人身防雷措施
• 雷暴时，发电厂变电所工作人员应尽量避免接近容易遭到 雷击的户外配电装置。巡视时，应穿绝缘鞋，并不得靠近 接闪杆和防雷器。 • 雷电时，禁止在室外和室内的架空引入线上进行检修和试 验工作。 • 雷电时，禁止屋外高空检修、试验工作，禁止户外高空带 电作业。 • 雷电时，禁止进行倒闸操作和更换熔断器的工作。 • 雷暴时，非工作人员应尽量减少外出。
生产过程中易产生的静电
生产过程中易产生的静电
纸张印刷时或纸张与辊轴的摩擦、橡胶或塑料的碾 磨、传动皮带与皮带轮或辊轴的摩擦； 塑料的压制、上光、挤压； 高电阻率液体在管道中流动，或液体高速喷出管口、 液体注入容器发生的撞击、冲刷或飞溅等； 液化气体或压缩气体，在管道中流动或由管口喷出， 气瓶放出压缩气体或用喷油枪喷漆； 固体物质的粉碎、研磨，悬浮粉尘的高速运动； 混和器中搅拌高阻物质、纺织品的涂胶过程等。
• 凡在工业建、构筑物中制造、使用或贮存大量爆 炸物质，或在正常情况下能形成爆炸性混合物， 在电火花作用下会引起爆炸，从而造成巨大破坏 和人身伤亡的，或者有上述特征，但不致引起巨 大破坏或人身伤亡，或只当发生事故时才能造成 巨大破坏和人身伤亡事故的建筑物属于第一、二 类防雷保护对象。除了第一、二类外，其余为第 三类需要防雷保护的工业建、构筑物。 • 第一、二类工业建、构筑物应有防直击雷、 防雷电感应和防雷电波侵入的措施；第三类工业 建、构筑物应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。
城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体的建筑物，例如半球形铜 壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮包装屋顶的建筑物。当这种建筑物上空有雷云 生成并向下发展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物 顶部的金属体上将出现反极性的感应电荷
金属屋面静电感应
架空线静电感应
电磁感应
• 雷电具有很高的电压和很大的电流，同时又是 在极短暂的时间内发生的。因此在它周围的空间 里，将产生强大的磁场。不仅会使处在这一电磁 场中导体感应出较大的电压，并且还会在构成闭 合回路的金属物上（如露天堆垛物捆扎用的铁皮、 铁丝等）产生感应电流。如果这时回路上有的地 方接触电阻较大，就会局部发热或发生火花放电。 这对于存放易燃、易爆物品的建筑物以及易燃、 可燃材料的露天堆场也是非常危险的。
片状雷电
线状雷电
球状雷电
雷电传播方式
• 在线状雷中直接对建筑物或其他物体放电 产生破坏性的热效应和机械效应的雷电叫 做直击雷；若是落雷处邻近物体因受静电 感应或电磁感应产生高电位引起放电，叫 做感应雷；沿着地面滚动或在空中飘荡， 能通过烟囱、门窗等侵入室内，叫做球形 雷球形雷消失时往往伴有爆炸，造成建筑 物和设备等的损坏以及人畜伤亡事故。
二、雷电的危害
雷电可烧毁和损坏各种电气设备和设施， 造成大规模停电；可击毁建具有很大的破 坏力，其破坏作用是多方面的。可引起易 燃、易爆物发生火灾和爆炸事故等。其危 害表现在雷电放电时所存在的各种物理效 应和作用。
我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有20几个省会城市雷 暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，每年因 雷击造成人员伤亡达3000～4000人，财产损失50～100亿元 人民币。 近年来，电子信息系统遭受雷电损失急剧增加，因为电子技 术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展。 电磁干扰，特别是雷电电磁脉冲干扰对设备和系统的影响越来 越突出。 另外，随着城市建筑物的增高，收受雷电的几率也增大。电 子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失往往很难估量。 因此，信息时代的到来，已使雷电电磁脉冲的防护成为当务之 急。
遭到雷电袭击的树木、房屋
感应雷的危害形式
静电感应
• 当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上 会感应出大量的电荷。雷云放电后，云与大地间 的电场虽然消失，但金属物上所产生积聚的电荷 却来不及立即消散，架空线路或导电凸出物上的 感应电荷将转换成强烈的高电压冲击波，往往高 达数万伏，可击穿数十厘米的空气间隙，发生火 花放电。因此，对于存放可燃物品及易燃、易爆 物品的仓库仍是很危险的。
Байду номын сангаас 阀型避雷器
• 原理：主要部件是间隙和阀片。在正常情况下，火花间隙 阻止线路工频电流通过，但在大气过电压作用下，火花间 隙就被击穿而放电。 • 优缺点：普通阀型避雷器的通流能力不大，因此，不宜想 管型避雷器那样装在雷电活动频繁的地方，而只适宜装在 变电站内。
氧化锌避雷器
• 原理：电阻片具有非线性，正常工作电压下，避雷器的电 阻非常大，呈绝缘状态；在过电压时避雷器的电阻非常小， 泄放雷电流； • 优点：与阀型避雷器相比具有动作迅速，通流容量大、残 压低、无续流、对大气过电压和操作过电压都起保护作用、 结构简单、可靠性高、寿命长、维护简便等优点。
主间隙
辅助 间隙
1－圆钢；2－主间隙；3－辅助间隙；4－被保护 物；5－保护间隙
管型避雷器
• 原理：由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外 间隙，其工作就是隔离工作电压，另一个装在气管内，称 为内间隙或者灭弧间隙。 • 优缺点；灭弧能力与工频续流的大小有关，一般不能用来 保护高压电气设备的绝缘，通常用于线路弱绝缘保护和变 电站进线保护。 • 新型管型避雷器几乎没有续流，使用于雷电活动频繁的地 区，尤其是用于农村电网配电设备的保护效果较好。
二、静电的危害
• 静电电击 当人体接近静电体或带静电的人体接近接地体时， 都可能遭到电击，但由于静电能量很小，电击本身 对人体不致造成重大伤害，然而很容易造成坠落等 二次伤害事故。 • 妨碍生产 有些生产工艺过程，静电会妨碍生产或降低产品质 量。如纺织、粉体加工、塑料、橡胶、印刷、胶片 等行业，以及电子控制元件、自动化仪表由于静电 而误动作，使其控制的生产线程序混乱，导致产品 不合格。
静电防护
概述 人们对电的认识最早是从静电开始 的。人们发现两种性质不同的物质 相互摩擦后，就具有了某种吸引力， 例如，用毛皮摩擦琥珀后能吸引纸 屑，这便是静电作用。人们穿着化 纤服装，夜晚在黑暗处脱下时，会 发出闪闪的小火花，并伴有轻微啪 啪声，这是经常可见的静电放电现 象。
一、静电的产生
物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子 是由原子核及其外围电子组成的。两种物质紧密接触再 分离时，一种物质把电子传给另一种物质而带正电，另 一种物质得到电子而带负电，这样就产生了静电。
三、防雷装置
接闪杆、接闪线、接闪网、接闪带、避雷 器是经常采用的防雷装置。 1）接闪器是利用其高出被保护物的突出地位 把雷电引向自身，然后通过引下线和接地 装置，把雷电流快速引入大地，保护建筑 物和设备。
接闪器
（1）直击雷的防护包括三部分：接闪器、引下线和 接地体。 接闪器：是指避雷针、避雷线、避雷带、避雷 网的直接接受雷电的部分，以及用作接闪的金属 屋顶、金属构件等。避雷针是指使用最广的一种 接闪器，它是用镀锌圆钢或镀锌钢管焊接制成； 避雷网和避雷带宜用圆钢或扁钢制作；避雷线一 般采用镀锌绞线。避雷网或避雷带应沿屋角、屋 脊、檐角和屋檐等易受雷击的部位敷设。避雷针 是靠它对雷云电场引起的畸变来吸引雷电的，因 此也称为引雷针。
引下线
引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求，一般采 用圆钢或扁钢，其尺寸和腐蚀要求与避雷带相同。钢绞线其截面 不应小于25MM²，铜导线其截面不小于16MM²。 应沿建筑物外面敷设，经最短途径接地：建筑物有特殊要求 时，可以暗敷，截面应加大一级。
接地装置
接地装置：传统的方法是：互距5m采用长2.5m的规格 为40×40×4mm三根镀锌角钢打入地中并联，并与引下线 连接。 当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4% 及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，宜利用 基础内的钢筋作为接地装置。 避雷装置的作用就是当接闪器接受电流后，经过引下线将 电流导人接地装置进而安全地进人大地，保证建筑物内设 备和人身的安全。至于选择何种防雷措施，则应根据所保 护对象的重要性、当地雷电活动情况进行比较确定。
★当电网由于雷击出现 瞬时脉冲电压时，防雷 器在纳秒内导通 。
设 备
★防雷器在纳秒内导通， 将脉冲电压短路于地泄 放，后又恢复为高阻状 态，从而不影响用户设 备的供电。
例: 10kV变电所常见防雷保护
10kV 架空线 F 架空线 F 电缆线 F T 220/380V
间隙避雷器
• 原理：基于电弧放电技术，当电极间的电压达到一定程度 时，击穿空气电弧在电极上进行放电。 • 优缺点：放电能力强、热稳定性好，但残压高、反应速度 慢、存在续流。 • 应用场合：主要用于缺乏其他避雷器的场合。
雷电流在泄放中其磁场在环路中产生的感应电压
需做防雷保护的建筑物
• 按照国家防雷规范，公共场所需要做防雷保护的 建筑属于第一、二类民用建筑防雷保护对象。第 一类防雷建筑物主要是具有重大政治意义的建筑 物，如大型会堂、国家的重要机关、展览馆、大 型宾馆、大型体育馆、大型火车站、博物馆等建 筑物。第二类防雷建筑物主要是其他重要或人员 密集的公共建筑，如大型商场、市场、影剧院， 历史上雷害事故较多的地区的较重要建筑物和构 筑物以及高度在15m以上的烟囱、水塔等孤立的 高耸建筑物和构筑物。第一、二类民用建筑物和 构筑物应有防直击雷和防雷电波侵人的措施。
（2）热效应
当几十至上千安的强大雷电流通过导体时， 在极短的时间内将转换成大量的热能。故 在雷电通道中产生的高温，往往会酿成火 灾。
雷击电流热效应使设备烧损的事例
（3）机械效应
由于雷电的热效应，还将使雷电通道中木 材纤维缝隙和其他结构中间缝隙里的空气 剧烈膨胀，同时使水分及其他物质分解为 气体，因而，在被雷击物体内部出现强大 的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏 或造成爆炸。
第九章 防雷与防静电
概述
雷电是自然界中一种常见 的放电现象，它会破坏建 （构）筑物和各种工农业 设施，同时还会引起火灾 和爆炸事故。雷电放电时 会产生极高的过电压和巨 大的雷电流，不仅能击毙 人畜、还会劈裂树木、电 杆等。
一、雷电的种类
根据雷电的不同形状，雷电大致可分为片状、 线状和球状三种形式。 片状雷电是在云间发生，对人们影响不大； 线状雷电就是比较常见的闪电落雷现象； 球状雷则是一种特殊雷电现象，简称“球雷”。 “球雷”是一种紫色或红色的发光球体，直径从 几毫米到几十米，存在的时间一般为3～5 s。球雷 通常是沿着地面滚动或在空气中飘行，还会通过缝 隙进入室内。“球雷”碰到建筑物便可发生爆炸， 并往往引起燃烧 。
接闪器
• 接闪杆、接闪线、接闪网、接闪带以及建 筑物的金属屋面可作为接闪器。 • 接闪杆主要用来保护露天变配电设备、保 护建筑物和构筑物。 • 接闪线主要用来保护电力线路。 • 接闪网和接闪带主要用来保护建筑物。
避雷器
2）避雷器：用来防止雷电产生的过电压（高 压）沿线侵入变、配电所、建筑物破坏设 备绝缘。安装在被保护设备的引入（高压） 端，其上端接在架空输电线路上，下端接 地。正常时避雷器对地保持绝缘状态，当 线路受雷击时，避雷器间隙被击穿，将雷 电引入大地。雷电流通过后，避雷器间隙 又恢复绝缘状态，系统仍可正常运行。 避雷器有间隙、管型、阀型和氧化锌避雷器