防雷基础知识ppt课件.ppt

防雷基础知识,一. 概述二.雷电灾害回放三.雷电的形成四.雷电的分类五.雷电危害形式,六. 雷电的描述七.现代防雷技术的特点八.相关防雷规范介绍九.防止遭受雷击的方法,主要内容,雷电灾害是十种最严重的自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生。从卫星、通信、导航、计算机网络系统、通信指挥系统和有室外天馈设备的系统更是雷电的重灾区。从某种意义上说，科技越发达，雷击对人类的危害就大。,一.概述,我国古籍中，有关雷电理论和避雷实践的记载十分丰富。 雷神-信仰起源于中国古代先民对于雷电的自然崇拜，因为远古时代，气候变化异常，晴朗的天空会突然乌云密布，雷声隆隆，电光闪闪，雷电有时会击毁树木，击丧人畜。使人们认为天上有神在发怒，进而产生恐惧之感，对之加以崇拜。神的形象也从单纯的自然神逐渐转变成具有复杂社会职能的神。起初，我们祖先弄不清楚雷电是怎么产生的，相信“雷泽有雷神，龙首人颊，鼓其腹则雷”（史记五帝纪正义引括地志）的神话，误以为雷电毁屋击人是上天发怒，对人们进行罚诫。,中国古代防雷的相关记载：,中国古代防雷的相关记载：,雷神到底是什么样呢？明清时代，雷神的形象趋于统一，其标准形象概为集说诠真中所述：“状若力士，裸胸袒腹，背插两翅，额具三目，脸赤如猴，下颏长而锐，足如鹰颤，而爪更厉，左手执楔，右手执槌，作欲击状。自顶至傍，环悬连鼓五个，左右盘蹑一鼓，称曰雷公江天君。”可见雷神此时最明显的特征是猴脸、尖嘴，所以民间有之“雷公脸”、“雷公嘴”的说法。,到了汉代，人们开始以阴阳二气相互作用的理论来解释雷电现象，提出、“阴阳相薄，感而为雷，激而为霆”（淮南子天文训）的观点，也就是说，阴气和阳气相接触，发生震荡就形成雷，震荡剧烈的时候就形成霹雳。 这是关于雷电成因的一种直观的、朴素的猜想。尽管这种猜想还不完全符合现代科学的观点，但它毕竟是唯物的，它比现代雷电学说要早2000多年。它破除了人们对上天雷神的迷信，使人们的思想获得了解放。,中国古代防雷的相关记载：,在古籍中关于建筑工程中避雷的记载也十分丰富。南北朝的孟奥北征记中有如下记述：“凌云台南角一百步，有白石室，名避雷室。” 避雷室是最早出现的避雷设施。南朝刘宋时人盛弘之撰写过一部名叫荆州记的书。书中记载：“湖阳县，春秋寥国，樊重之邑也。重母畏雷，为母玄石室，叫避之。悉以文石为阶砌，至今犹存。从盛弘之的记载看，樊重为母亲建造避雷室所使用的全部材料都是文石，文石很可能就是大理石。大理石具有绝缘作用。大理石建造的屋室在一定的条件下是可以避雷的。,中国古代防雷的相关记载：,砖瓦土木是中国古代建筑的主要材料。宋代以后的建筑师们为了使屋室有人的地方避开雷击，精心构思，巧妙地消除了电学上称为“跨步电压”的危险，留下了不少至今令人拍案叫绝的神奇建筑，如四柱不落地的广西真武阁，四柱不顶天的德庆县文庙等等。 宋、元、明、清代的建筑物多用“雷公柱”（宋代称枨杆）等措施以避雷 。 安文思（葡萄牙传教士1640年来华，达37年）1668年中国的十二大奇迹，1688年译为英、法文。 “巨兽（皇宫上）的舌头指向空中，其腹内穿过金属条。金属条一端插入地里。这样，当闪电落在屋上或皇宫时，闪电就被龙舌引向金属条通道，并且直奔地下而消散，因而不伤害任何人。,中国古代防雷的相关记载：,湖南岳阳重建于1252年的慈氏塔，高39m，塔顶有一铁杵，从铁杵连下8条铁链垂到地面，可以映证安文思的描述。 在古籍中有关雷击的事故的记述就更多了，例如：续晋阳春秋：“太元五年，霹雳含殿四柱，杀内侍二人。”晋安帝记：“义熙三年六月，震太庙鸱 尾，彻壁柱，若有文字。晋中兴书征祥说：“元兴三年，永安王皇后至住巴防，将设威仪入宫，天大雷震，人马多死。,中国古代防雷的相关记载：,中世纪国外雷击记载,在国外，在欧州中世纪也有相当多的人把雷电当作神的意志，认为只能靠祈祷或者敲响教堂里的钟，才能避免闪电的袭击。1784年慕尼黑出版的一本书统计：33年内有388个教堂的尖顶遭雷击，共有103个教堂的司钟员在钟楼内敲钟时死于雷击。意大利威尼斯城的圣马可钟楼从13881762年9次被毁于雷击。1718年4月14日Brittany（布瑞特妮）城一夜之间24个教堂遭雷击，其中一个被彻底毁了，两名司钟毙命。,中世纪国外雷击记载,在1750年富兰克林已指出，用尖端导体来保护房屋。但仍免不了神学的阻碍，有人认为在教堂尖顶上装铁棒是亵渎（xid）上帝，不想装避雷针，而且把上百吨的军用炸药内存在有拱顶的教堂大厅里，以求得上帝的保护，认为这是最安全的。1767年闪电击中了威尼斯一个贮放了几百吨炸药的教堂的拱顶，引起大爆炸，3000人丧生，威尼斯城大半被毁。1856年Rhodes（希腊罗德岛）一个教堂发生类似灾祸，4000人丧生。 还有另一种情况，由于科学上的错误认识而拒绝避雷针的，如东印尼的理事会认为避雷针有产生高电位的危险，下令苏门答蜡岛Malaga上（马拉加）要塞拆去避雷针，1782年闪电点燃了要塞放的400桶炸药，造成巨灾。,近几年 国外情况据美国国家雷电安全研究所关于雷电所造成的经济影响的一份调查报告表明，美国每年因雷击造成的损失约5060亿美元。每年因雷击造成的火灾3万多起，50%野外火灾与雷电有关；30%的电力事故与雷电有关；有45石油产品储存和储藏罐事故是由雷击引起的；由于雷电和操作过电压造成物理装置的损失约占80%。,过电压 31,68%(雷击及操作过电压),盗窃 7,01%,火灾 4,88%,水灾 6,22%,不小心/误操作22,67%,其它 26,76%,风暴 0,78%,德国电子保险公司对8722件案例损坏原因的分析图,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30004000人，财产损失50100亿元人民币。 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。,数据线缆,TV,电话,230/400 V,移动基站,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.,由于石化生产装置及储罐大部分采用金属外壳，而且有的特殊装置为了满足生产的需要，体积超高，如各种流程塔等设备，因此最易遭受雷击。 石化企业在生产过程中，常常使用和储存大量的易燃易爆物品，而且生产区内许多高大的化工装置，特别是0区，1区场所，可能有爆炸性混合气体存在，只要遇到雷击就会发生燃烧爆炸。雷击时，产生的强烈的热效应、机械效应，对化工生产装置及罐区内储存的易燃易爆物品均会产生巨大的破坏作用，给石化生产装置造成致命的破坏。极易造成易燃易爆物品的燃烧和爆炸。,在雷雨季节，雷击的危险性加大，这就需我们石化企业要加强现场设备的防雷电管理，不断完善设备防雷系统，由于有些设备已经使用多年，防雷设施腐蚀情况较为严重，有的接地线腐蚀锈断，还有设备的改造、建构筑物的变动等改变了厂区的雷电保护环境造成了安全生产的隐患。 电气仪表是弱电系统极易造成雷电的破坏，要定期请专业防雷检测队伍开展防雷防静电设备安全检查，特别要重点加大对电气仪表防雷隐患的排查，及时进行整改，才能真正确保各个生产过程中的装置电气、仪表等系统正常运行。,二.雷电灾害回放,雷击配电线路,1979年7月13日因雷电击中电线，导致纽约900万人断电25小时，财产损失高达1.5亿美元。,雷击女儿墙外沿,法航客机在加拿大机场遭雷击起火22人轻伤,飞机冒出滚滚浓烟,加拿大多伦多皮尔逊国际机场一架法国航空公司客机在着陆时冲出机场跑道并起火燃烧。在这起事故中有22人轻伤，但没有人在事故中丧生。根据现场调查的结果显示，客机在着陆时很明显遭到雷电袭击，着陆后冲出跑道，并栽进了加拿大401高速公路边的沟里。,广州市某棉厂遭受雷击起火损失惨重。,森林旷野植被雷击起火,42002年7月28日内蒙古大兴安岭北部原始林区因雷击引发建国以来最为严重的雷击森林火灾，火灾涉及19个货场，过火面积达4万公顷。,涡轮发电机受到雷击的损,过电压产生的后果,某化工厂储罐烧毁,几起雷击事故,（1）2004年6月26日下午14时左右浙江临海市杜桥镇杜前村30位农民在一块约100m闲置的宅基地上临时搭建屋内避雨，不幸惨遭雷击，全部被击倒在地，当场击死11人，死者被强大的气流推出3米多远。受伤者被送往附近医院抢救，截至27日傍晚，死亡人数达17人，其他13位已脱离危险在继续治疗。同时在雷击点附近民宅内的家用电器也遭到不同程度的损坏，不完全统计直接经济损失达上百万元。这是台州建国以来最严重的一次雷击伤亡人员事件。,严重的一次雷击伤亡人员事件,（2）2001年5月8日16时30分，惠阳市秋长镇元翔制品厂遭雷击，引发化学物品爆炸，造成7死6人重伤11人轻伤，直接损失1000多万元，原因是不符合防雷设计规范。该厂负责人被刑事拘留，镇政府、市工商局消防大队被通报评。,惠州秋长镇元翔制品厂雷击爆炸现场,（3） 2000年8月26日04时15分，高州根子镇和丰加油站遭雷击发生大火，烧毁油库、油罐、油机及附属设施一大批，经济损失20多万元，原因是不及时整改。,（4） 1998年7月13日下午4时10分武汉市黄陂县石油总公司横店石油储库遭直击雷击，造成库区4号储罐起火爆炸，烧毁0号柴油125t及1000m3柴油罐一座，死伤140多人，造成直接经济损失3400多万元。,广州吉山化工仓库起火爆炸,广州吉山化工仓库起火爆炸,黄岛事件图片资料,（6）1984年，重庆市渝中区上清寺红球坝附近发生埋地燃气管道被雷击穿的雷灾事故； （7）1999年4 月23 日，永川市跳蹬河农贸市场商住楼由于天然气管道敷设在屋面成为接闪器，造成了雷击导致天然气调压箱爆炸燃烧，封锁通道，引起住户恐慌，72 家住户联名向永川市人民政府、永川市人大上告的社会事件发生；,（8）2001年7月和8月，重庆大学水电中心A区配气站2次遭雷击，击坏计量设备，直接经济损失3万元，间接经济损失10万元。（9）2001年7月11日下午，北京市工体东路一号楼遭雷击，造成整座楼掉闸停电，击坏十余户电视机高频头，有几人看到了一火球从楼顶晃过，其中有一住户由于雷击使煤气表底冒出有一、二尺长的火苗，把闸门关了，火才熄灭，由于及时发现，未造成更大的损失。 雷电灾害典型案例分析,（10）2002年7月21日，重庆市巴南区大雨倾盆，突然“咔嚓”一声闪电后，位于巴南区李家沱的重庆市电信局宿舍楼的调压箱发生火花，据分析是由于调压箱与供气管道未形成等电位，雷击感应产生火花放电。 （11）2002年10月16日，开县采输气作业区东64#井遭雷击，损坏电子设备29台。,（12） 2004年5月29日晚7时45分, 四川泸州市纳溪区一居民楼下发生一起因天然气沿管道裂隙泄漏，遇雷击后点燃气体产生爆炸事故，造成5人死亡,1人重伤,34人轻伤。此次爆炸事故造成永宁路社区数千居民停水停电、河西片区上万居民停气。新华网，2004年5月30日 （13）2005年6月26日晚，北京市昌平区某宾馆遭雷击，造成锅炉房燃气自控系统、泵房自控系统及安防监控红外探头多支损坏，直接经济损失约5万元。 2005年全国雷电灾害典型案例选编,（14）2007年4月1日，合肥市大雨滂沱、雷电交加，位于肥东的合肥天然气总站电路被雷电击中，造成生产瘫痪，无法生产压缩天然气。安徽新闻网（15）2008年7月，南宁市某燃气公司遭受雷击，主控室的PLC控制系统、空混系统（液化气）、仪表控制盘、现场泄漏报警系统失灵；热值仪、原力变送器、仪表盘、报警器损坏，此次雷灾造成的直接经济损失约20万元。 南国早报网2009年6月11日,（16）2010年05月05日在秦皇岛抚宁县榆关镇龙口店村村边，一天然气管道中转点遭雷击爆炸起火。经消防、燃气公司等多部门联合抢险，经近三个小时的努力，着火点熄灭，未造成人员伤亡。据介绍，遭雷击着火的中转点为永唐秦天然气管道秦皇岛市抚宁县段15号阀室。险情发生后，公司配合当地政府紧急疏散周边人员，截断上下游阀室，放空管道天然气，并暂停秦皇岛站向下游供气。同时，全力组织现场抢修。,-2010年05月05日燕赵晚报,秦皇岛天然气管道中转点遭雷击起火,大火映红了天空,造成雷灾的多样性和复杂性,由于雷电具有随机性、瞬时性和危险性三大特点，因此，雷电灾害的发生同时具有以下三个特点： 雷电灾害影响的范围不是百分之百 雷电灾害发生的时间不是百分之百 雷电灾害的防治措施不是百分之百 目前人类是无法制止雷电的。 人们力所能及预防和限制,三.雷电的形成,当天空乌云密布，雷雨云迅猛发展时，突然一道夺目的闪光划破长空，接着传来震耳欲聋的巨响，这就是闪电和打雷，亦称为雷电。 雷属于大气声学现象，是大气中小区域强烈爆炸产生的冲击波形成的声波，而闪电则是大气中发生的火花放电现象。 闪电和雷声是同时发生的，但它们在大气中传播的速度相差很大，因此人们总是先看到闪电然后才听到雷声。光每秒能走30公里，而声音只能走340米。 根据这个现象，我们可以从看到闪电起到听到雷声止，这一段时间的长短，来计算闪电发生处离开我们的距离。假如闪电在西北方，隔10秒听到了雷声，说明这块雷雨云距离我们约有3400米远。,雷电的形成,雷电的形成机理: 大气物理学的一个分支。主要研究电离层以下大气中发生的各种电现象和它们的 产生与相互作用过程的规律及应用。远古人类对雷电现象充满恐惧，18世纪中叶(1752 年6月)美国B.富兰克林的第一次风筝探测雷电试验以后，雷电的本质逐渐被人类认识，20世纪2030年代以后，人们逐步对云中起电，闪电和雷的物理特性、形成机制等进行研究产生了大气电学。 作为电学先驱者，富兰克林在电学史上第一次明确提 出了前后一致的电学学说，即有名的一流论（或称单流体说），认为电可用正负符号区别，但不能把它们视作两种截然不同的流体。,在大气电学方面，他第一个发现雷是由电造成的。他发现闪电是一种电荷，这有很大的实际用途。他知道电流可被针尖吸引，但不知道闪电是否也会被吸引。一七五二年，他进行了有名的、但也是危险的实验。实验在费城郊野进行，在一个行雷闪电的日子，他把一只镶有金属在顶部的风筝放入云层去，连接风筝下端的线上则系着钥匙，当行雷闪电之际，他即用手紧握钥匙，当即感觉一种轻微的震动，流经拳头，然后通过身体，进入地面。 他这次实验，除了证明天电是一种放电现象，破除了人们对雷电的迷信外，还发明了避雷针，使高楼大厦免被雷轰。,图：富兰克林放风筝进行雷电实验,雷云形成的物理过程 闪电，俗称雷电，是自然大气中的超强（能量）、超长（距离）放电现象。一般产自雷雨云（即雷暴、雷暴云或积雨云），其中最重要的就是积雨云。 积雨云生成发展的三个基本条件空气中必须有足够的水汽有使潮湿水气强烈上升的气流有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件,雷电的形成：,雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨云中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25-30KV/cm），开始游离放电，我们称之为先导放电。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。,雷电发展的先导 放电,1 先导放电通道；2 强游离区；3 主放电通道,在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流（一般为几十kA至百kA），随之发生强烈放电闪光，这就是闪电；强大的电流把闪电通道内的空气急剧加热到一万度以上使空气骤然膨胀而发出巨大响声，这就是雷，这一过程就形成了雷电。,负极性CG,图为一次正性回击过程,雷属于大气声学现象，是大气中小区域强烈爆炸产生的冲击波形成的声波，而闪电则是大气中发生的火花放电现象。 闪电和雷声是同时发生的，但它们在大气中传播的速度相差很大，因此人们总是先看到闪电然后才听到雷声。光每秒能走30公里，而声音只能走340米。 根据这个现象，我们可以从看到闪电起到听到雷声止，这一段时间的长短，来计算闪电发生处离开我们的距离。假如闪电在西北方，隔10秒听到了雷声，说明这块雷雨云距离我们约有3400米远。,闪电通常是在有雷雨云时出现，偶尔也在雷暴、雨层云、尘暴、火山爆发时出现。闪电的最常见形式按形状分类是线状闪电，偶尔也可出现带状、球状、串球状、枝状、箭状闪电等等。按空间位置分类线状闪电可在云内闪、云与云间闪、云与地面间产生，其中云内、云与云间闪电占大部分，而云与地面间的闪电仅占六分之一，但其对人类的危害最大。,四.雷电的分类（基本分类）：,根据闪电出现位置、形状、声音和危害分类,打雷和闪电,线状闪电,枝状闪电,株状闪电,比较罕见，是一条发光的虚线，一条链子一样在云与大地间放电或云与云间放电时均可能出现。似乎是介于线状闪电与球形闪电之间的一种过渡形式。,链形闪电：,片状闪电,球状闪电,云内放电： 在同一块云中，不同云区带有正负不同的电荷，在正负荷电区之间的电场达到可击穿强度时，在同一块云中同样可发生放电现象，此现象称之为云内放电。,云际闪电,当带有正负不同电荷的两块云之间的电场达到可击穿强度时，在两块云之间发生的放电现象。,云地放电,最常出现的一种无声放电是被称为“爱尔马圣火”。由于暴风雨等原因，大气中的电场强度大大地增长起来，在地球面的突出物体附近，电场强度很容易达到30kV/cm的强度，导致在突出部分发生静寂放电。这是一种非雷云与大地间放电和没有雷声的闪电现象，实际上就是尖端电晕放电。放电时，突出物周围会呈现出冒烟状或光膜状。当电场强度很强时，就会形成单独束状放电，由物体周围放射出来。这种放电现象对电讯系统有干扰。,无声放电：,四种类型闪电,雷电的产生小结物理特征,物理特征：雷电放电过程,雷电放电由带电荷的雷云引起大多数的放电发生在 雷云之间不危险！ 少数的放电发生在雷云和大地之间危险！ 对地放电的雷云大多数带负电荷，实测7590 理解以下几点： 雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放被击物体的电位取决于雷电流和被击物体阻抗的乘积从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程，人们能够测知的电量，重要是流过被击物体的电流。,物理特征：雷电放电基本参数,先导放电平均速度：1.5x105m/s，数百安主放电：2x1071.5x108m/s，几十几百 kA,正性回击过程,负极性CG,闪电的平均功率 P=ImaxU=104 A108V=1012W 10亿千瓦, 远远超过世界上任何发电厂的输出功率! 瞬时值, 作用时间非常短! 不产生太大破坏力!闪电的平均能量 W=0.5Qg U=0.5 20C 108V=109J 300kWh, 仅相当于100W灯泡连续照明100多天! 能量小, 利用价值不大!,物理特征：雷电放电基本参数,物理现象-宏观,从积雨云密布到闪电发生，会出现三种物理现象： 首先是云中静止电荷产生静电场，出现静电感应现象。地面及各种导体会产生感应电荷，呈显静电场的作用。这种作用随距离的增大而迅速减小，与距离的三次方成反比。 积雨云中电荷移动（包括闪电）会产生磁场，磁场强度变化会出现电磁感应现象。感应场产生的作用随距离的增大而减小较快，与距离的二次方成反比。 闪电发生时，会出现电磁波辐射。辐射场也随距离的增大而减小，但比较平缓，与距离的一次方成反比。,物理现象-微观,微观的雷电流变化特性（峰值、波形）与雷电的破坏作用密切相关。现代防雷装置正是根据雷电流的物理特性设计的。1975年Berger等人长期观测统计结果。 峰值电流：决定闪电的机械力和电动力作用大小及雷灾的危害程度。 到达峰值的时间：值越小，冲击力越大，选用防雷元件时需要考虑响应时间。 最大电流变化率：决定闪电的电磁感应强弱，电子设备防雷技术需特别重视这个参量。 半峰值时间或到达波尾中值时间：这个时间越长，热效应越大，元器件越容易损坏，也易于引起火灾。超过100s则属于“热闪电”。,五.雷电的危害形式,雷电具有电流很大、电压很高、冲击性很强等特点，有很强的破坏作用，其破坏因素有： 雷电流的热效应的破坏作用雷电的冲击波的破坏作用雷电流的电动力效应的破坏作用 雷电的静电感应的破坏作用 雷电流的电磁感应的破坏作用 雷电反击和引入高电位 球形雷的破坏作用,1.直击雷,带电积云与地面目标之间的强烈放电称为直击雷。带电积云接近地面时，在地面凸出物顶部感应出异性电荷，当积云与地面凸出物之间的电场强度达到2530KV/cm时，即发生由带电积云向大地发展的跳跃式先导放电，持续时间约为510ms，平均速度1001000km/s，每次跳跃前进约50m，并停顿3050s，并发生放电现象。,地面物体在强电场作用下产生尖端放电，形成向雷云方向的先导并逐渐发展成上行先导放电，两者会合形成雷电通路，引发直击雷。因此，应对处于市区及其附近的建筑物的直击雷防护引起特别重视。,a、雷电流的热效应 在雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，由于雷电流幅值高达数十至数百千安，其热效应可以在雷击点局部范围内产生高达600010000C，甚至更高的温度，能够使金属熔化，树木、草堆引燃；当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时，可以将线路熔断。直击雷峰值几十KA几百KA，峰值时间只有几个s到十几s，其能量巨大，可损坏建筑物，中断通信，伤及人畜。这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用，如果防护不当，就会造成灾害。,当温升值过高时，就会造成金属的熔化。由试验和理论计算，可估计出注入单位电荷作用下几种常用金属 的 熔化体积当量为铝： 12mm3/c； 铜：5.4mm3/c； 钢：4.4mm3/c 实际上，当雷电流流过建筑体内的金属物体（如各种结构钢筋或铝合金导条等）时，所产生的热效应温升常不足以使这些导体熔化，这是因为从雷击点经过分流后，流过各导体通路的雷电流将减小，而导体通路的尺寸又较大。,但如果雷电流侵入建筑物内电气或电子线路时，往往会使它们熔断，因为这些线路的导体截面较小，难以耐受雷电流的热效应。 另外，严重的热效应还会出现在雷电流通路上有较高电阻的地方，特别是那些引流导体之间的接触不良处，在这些地方常可能出现金属熔化，有时甚至出现熔体飞溅。这种飞溅熔体产生的火花对存储易燃易爆物品的建筑物来说，是极具危害性的。,雷击电流热效应使设备烧损的事例,b、雷电流的机械效应与冲击波效应,雷电的直接破坏作用除了热效应外，还有机械效应和冲击波。在雷云对地放电时，这两种效应与热效应一样，均能对地面被击物体造成严重损害。但从危害的方式来看，两者有所不同，前者是产生电动力和内压力，后者则是产生冲击波。下面将讨论机械效应与冲击波效应的产生机理及其破坏作用。,在发生雷击时，雷电的机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式： 一、是雷电流流过金属物体时产生的电动力； 二、是雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力。 由于雷电流的峰值很大，作用时间短，产生的电动力有巨大 的冲力。,机械效应,由图可见，在电动力作用下，两根导体之间将相互吸引，有靠拢的趋势。同理，如果i1与i2 反向，则两根导体在电动力的作用下就会相互排斥，有分离的趋势。因此，在雷电流的作用下载流导体就有可能会变形，甚至会被折断。,对于同一根载有雷电流的弯曲导体或金属个构件，如图所示，其中AP段的电流i所产生的磁场可使PB段受到电动力的作用，同样PB段电流i所产生的磁场也会使AP段受到电动力的作用，当这种电动力足够大时，就可能会使导体或构件受到破坏。,成直角时a点受力最大，电动冲力可使a折断，因此安装避雷带角处必须是钝角。,由安培定律可知，凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。所以当拐 弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小。因此，在防雷设计与施工中，避雷引下线的走线方式应尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，应采取钝角并带圆弧向下走线，而应避免采用锐角或直角向下走线，如图所示。当避雷引下线非要走锐角路径不可时，应在线路的锐角拐弯处采取牢固的机械固定措施，以防被电动力拉动。,图： 载有雷电流的弯曲导 体受力示意,图：引下线的走线方式（a）正确（b）不正确,飞机被雷击坏,在被击物体内部产生内压力是雷电流机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸力，能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌。这类现象很多，下图为两个实例。,树木被雷击而折断,遭到雷电袭击的房屋,在雷云对地放电过程中的回击阶段，放电通道中既有强烈的空气游离又有强烈的异性电荷中和，通道中瞬时温度非常高，这使得通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。同时，通道外围附近的冷空气被严重压缩，在冲击波波前到达的地方，空气的密度、气压和温度都会突然增大，产生剧烈振动，这种冲击波与爆炸时产生的冲击波是类似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到破坏或伤害。,冲击波效应,在雷电频繁的雷雨天，有时会有紫色、殷红色、灰红色，蓝色的“火球”产生。这些火球有时从天空降落，然后在空中或沿地面水平方向移动，有时平移有时滚动。这些“火球”直径一般为十至几十厘米，也有直径超过1米的。生存时间从几秒到几分钟，一般为几秒到十几秒居多。这种“火球”能通过烟囱，开着的窗户、门和其它缝隙进入室内，或者无声地消失，或者发出丝丝的声音，或者发生剧烈的爆炸。这种“火球”碰到人畜会造成严重的烧伤和死亡事故；碰到建筑物会造成严重损坏。,球形雷的破坏作用,对电子设备的雷电危害有以下三种：分雷电流：雷电直接击中物体并沿导线或电缆流过大量的雷电流，持续时间达若干微秒。电磁感应：通过雷云之间或雷云对地的放电，在附近的架空线路、埋地线路、钢轨或类似传导体上产生的感应过电压。地电位升：雷电流通过接地装置流入大地所引起的大地电位升高，危害设备对地的绝缘。,2.雷击电磁脉冲的危害,雷击损坏设备的渠道,雷电感应示意图,雷电感应示意图,雷暴引起感应雷击及过电压示意图,雷电的静电感应,雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用。由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围，它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备，甚至造成人员伤亡。,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，如图所示。,a、在建筑物顶部金属体上的静电感应,在该图中示出的是常见的负雷云对地放电，雷云及下行先导通道中的电荷为负，而在建筑物金属屋顶上感应出的电荷为正。,如果建筑物金属屋顶或顶部金属对地绝缘，则在静电感应所引起的高电压作用下，金属体对其下方的某些接地物体将会造成火花放电，导致设备的损坏和人员伤亡，还可能会引发火灾。如果顶部金属体的接地引下线在某个部位断开或电阻过大，则在这些部位也将出现高电压，造成局部火花放电，危及建筑物内设备与人员的安全。很明显，要减小雷电静电感应的危害程度，就必须设法减少在建筑物顶部金属体上的感应电荷，这就需要将金属体良好地接地，以尽可能快地将感应电荷泄放入地,如图（a），当雷云下行负先导向地面发展时，先导通道携带的负电荷将在最靠近其前端的一段导线上感应出正电荷，在先导尚未到达地面，即回击尚未发生时，这些正电荷将受到先导通道中负电荷的束缚，成为不能自由运动的束缚电荷。而此时导线上与正电荷相应的负电荷则被排斥向两侧运动，经线路的泄漏电导和电网的中性点进入大地。当先导到达地面时，回击就发生，如图（b），原有先导通道中的负电荷被迅速中和，这就消除了对导线上正电荷的束缚，这些失去束缚的正电荷将向两侧运动，形成过电压波，其波速接近于光速。,由于回击的平均速度很快，导线上正电荷被释放的时间也很短，所以过电压波的幅值是很高的。 感应过电压波向导线两侧传播，当它沿线路进入建筑物内时，将会对建筑物内的信息系统和电气设备造成损坏。这种沿线路进入建筑物内的感应过电压波常称为雷电侵入波，它是一种典型的雷电暂态过电压，对信息系统中的电子和微电子设备极具危害性，在防雷设计中需要采取专门的措施加以防护。,电磁感应,雷电流具有很大的幅值和波头上升陡度，能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲磁场。根据电磁感应定律，这种快速变化的脉冲磁场交链导体回路时，能在回路中感应出电动势，产生过电压和过电流。在现代建筑物内，通常布置和铺设着各种电源线、信号线和金属管道（如供水管、供热管和供气管等），这些线路和管道常常会在建筑物内的不同空间构成导体回路或回环，如图所示。,六.雷电的描述,在气象学中，常用雷暴日数、年平均雷暴日数、年平均地面落雷密度，来表征某个地方雷电活动的频繁程度和强度。此外，也使用年雷闪频数来评价雷电活动,它是指1000平方公里范围内一年共发生雷闪击的次数。 大量观测统计资料表明，一个地区的雷闪频数与雷暴日数成线性关系。通常，建筑行业的防雷，更多的注重雷暴日的多少；航空、航海、气象、通信等行业越来越关心年雷闪频数的多少,为了表示不同地区雷电活动的频繁程度，通常利用每年平均雷电日为计算单位。雷电日的定义是：在一天内，只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷电日。我国各地年平均雷电日的大小与当地所处的纬度以及距海洋的远近有关，其详细分布请查询电力设备过电压保护设计技术规程（SDJ7-79）。为了区分不同地区每个雷电日内雷电活动的持续时间差别，也有的用雷电小时作为计算单位，既在一个小时内只要听到雷声（一次或一次以上）就算一个雷电小时，我国大部分地区一个雷电日大约为3个雷电小时。,1、雷电强度Ng定义一个地区的雷电强度，是以雷暴日Td来计算的。雷暴日：在一个地区，在一天内只要听到一个雷声，就算一个雷暴日。雷电强度的划分：Td15天少雷区，Td40天多雷区，Td90天强雷区。如：杭州地区为39天；海南为130天。雷电强度：经验公式Ng=0.024(Td )1.32、雷电强度概率P我国对Td40天的地区统计：lgP=-I / 108。如果I=100kA，则P=12%。表明我国是一个多雷击灾害的地区。,雷击强度的定义和统计,按雷暴日等级划分,我国各地的雷电活动情况根据雷暴日的不同大致可划分为四个区域：西北地区一般在15天以下；长江以北大部分地区（包括东北）年平均雷暴日在1520天之间；长江以南地区年平均雷暴日达40天以上；北纬23以南地区年平均雷暴日超过80天；海南省和广东的雷州半岛是我国雷电活动最为频繁的地区，年平均雷暴日高达120130天。总体来看我们国家还是算雷电活动比较强的国家。,3.1.1 地区雷暴日等级应根据年平均雷暴日数划分。 3.1.2 地区雷暴日等级宜划分为少雷区、多雷区、高雷区、强雷区，并符合下列规定：1 少雷区：年平均雷暴日在20天及以下的地区2 多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；3 高雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区；4 强雷区：年平均雷暴日超过60天以上的地区。 3.1.3 地区雷暴日数按国家公布的当地年平均雷暴日数为准，见附录D。,雷电防护区划分 3.2.1 雷电防护区的划分是将需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物，从外部到内部划分为不同的雷电防护区（LPZ）。,3.2.2 雷电防护区应划分为：直击雷非防护区、直击雷防护区、第一防护区、第二防护区、后续防护区（图3.2.2），并符合下列规定： 1 直击雷非防护区（LPZOA）：电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区。 2 直击雷防护区（LPZOB）：电磁场没有衰减，各类物体很少遭受直接雷击，属充分暴露的直击雷防护区。,3 第一防护区（LPZ1）：由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZOB）减小，电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。 4 第二防护区（LPZ2）：进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。 5 后续防护区（LPZn）：需要进一步减小雷电电磁脉冲，以保护敏感度水平高的设备的后续防护区。,从EMC（电磁兼容）的观点来看，由外到内可分为几级保护区，最外层是0级，危险性最高；我国大多数情况下的机房，就与0区仅一墙之隔，即只有一层屏蔽，则该机房内空间定为1区；各电子设备的外壳为一层屏蔽层，可视机壳内的空间为2区等。越往内部，危险程度越低，过压主要是沿线穿过的，保护区的界面通过外部防雷系统、钢筋混凝土及金属管道等构成的屏蔽层面形成。穿过各级雷电保护区的金属构件，一般应在保护区的分界面做等电位连接。,划分防雷区的意义,可以确定等电位连接的位置（一般在防雷区交界面上）可以确定不同防雷区界面上选用的电涌保护器的具体指标 可以选定敏感设备的安全放置位置 根据雷击电磁环境的特性，可以将建筑物需要保护的空间由表及里划分为不同的防雷区，在各个防雷区的交界面上，电磁环境有明显改变。根据雷电电磁脉冲在不同防雷区内衰减特性，有助于分层次地进行室内信息系统的雷电防护设计。,