《高速公路防雷》PPT课件.ppt

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1、目 录,雷电基本知识 雷击案例展示高速公路防雷要点防雷装置日常维护要点智能仪器设备管理维护趋势,雷电基本知识,（一）雷电概述,1、定义：雷电是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象。具体表象：特殊的、极为壮观的声、光、电现象。2、雷电对人类的影响 A、有机化合物的合成，生命起源原因之一。B、维持电离层平衡。C、最严重的自然灾害源。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。,（二）、雷电的形成,1、雷云形成的物理过程A、雷云形成过程云的概念：大气中的水蒸汽凝结起来而形成可见的小水滴。水气凝结淡积云浓积云积雨云B、积雨云或雷（雨）云的形成要具备三个条件：第一、空气中必须含有充分的

2、水蒸汽，以便促成云的生长。第二、太阳晒热地面及其附近的空气，产生抬升作用，使潮湿的空气上升高空，水蒸汽凝结成水滴。第三、从地面到垂直高度的大气必须是不稳定的，以便形成大气的对流。,2、雷云的电结构,6,2,10,高度（km),云体运动方向,0,+10,雨,-30,雪,冰晶,-65,温度（),一块雷雨云的气流结构示意图,3、雷云起电机制 目前主要雷云起电学说有以下几种：A、水滴破裂效应 B、吸电荷效应 C、水滴冰冻效应 D、温差起电效应 E、感应起电效应 F、对流起电效应,云粒子获得电荷过程,冰粒,云粒子,E,（三）、雷击（电）的分类,1、雷电的基本分类A、闪电空间位置分类：云内、云际和云地。云

3、地闪电大约占闪电总数的20%B、闪电形状分类：线状、带状、片状、球状。,2、闪击的组合形式A、向下闪击开始于雷云向大地的向下先导。一向下闪击至少有一首次短时雷击，其后可能有多次后续短时雷击并可能含有一次或多次长时间雷击。对平原和低建筑物典型的四种组合（附图6.3）。B、向上闪击开始于一接了地的建筑物向雷云产生的向上先导。一向上闪击至少有一其上有或无叠加多次短时雷击的首次长时间雷击，其后可能有多次短时雷击并可能含有一次或多次长时间雷击。对约高于100米的高层建筑物典型的五种组合（附图6.4）。,3、地闪（直击雷）的发生过程,20ms,50ms,50ms,1.5ms,1.5ms,梯式先导,积雨云,

4、3km,常见地闪结构的典型情况,60S,60S,60S,云地闪回击过程,闪电的分类,云地闪 正闪 负闪云闪（云内、云气、云云）球闪（地滚雷）诱发闪电鬼火（闪电对电离层）,4、闪击距离A：含义：雷电的最后闪络距离。也就是先导最后一次跳跃的距离。闪击距离与雷电流幅值有关，通常在10 100米之间。B、雷击数学模型 Hr9.4I2/3 先导与地面目标的距离等于击距时，才受地面影响而定向，（GB50057-94）规范规定，一、二、三类对应的滚球半径为30、45、60米。,5、利用外部防雷装置拦截雷电的原理、尖端放电和金属接闪泄放原理、保护范围确定方法滚球法网格法是“避雷”还是“引雷”？避雷针的引雷效应

5、：击距范围内引雷入地,（四）雷电特性及参数,、放电具有重复性，一次雷电平均包括3次至4次放电。、雷电流具有单极性的脉冲波形，约75%90%是负极性的。、雷电主放电时间约50 100s，主放电电流可达数百千安，一般一次地闪过程平均持续时间约为0.2秒，其变化范围为0.012秒。、90%以上雷电能量分布在频率为10多kHz以下。、一次闪电放电电荷一般在零点几到一千多库仑。、波头越陡，谐波越丰富，频率范围越宽。,、闪电中可能出现的三种雷击：,短时首次雷击,i,t,后续雷击,-i,t,长时间雷击,t,i,、描述雷电流波形的三个参数：A、幅值I（kA）：雷电的脉冲电流所能达到的最高值。B、波头T1 C、

6、波长T2,50%,90%,10%,T1,T2,I,雷电流波形,（五）雷电活动,A、雷暴日：在一天内只要测站听到雷声则为一个雷暴日，而不论该天雷暴次数和持续时间。雷暴日反映局部地区的雷电活动情况。B、地区雷暴日等级划分（年平均雷暴日Td)少雷区：Td 20天；多雷区：20 Td 40天；高雷区：40Td 60天；强雷区：60天；我国西北地区一般在15天以下；长江以北大部分地区在1540天；长江以南地区在40天以上；北纬23以南地区超过80天。浙江省雷暴日最高的在温州、丽水、金华、衢州，最高约65天，雷暴日最低的浙中、北、东地区也有近40天。杭金衢高速公路沿线平均雷暴日约50天，为雷电高发区域。,

7、C、雷电活动规律赤道多于两极，低纬度地区多于高纬度地区，陆地多于海洋，高原山地多于平原，潮湿地区多于同纬度干燥地区。“气团雷暴”一般西北和华北的夏季较为常见，雷暴活动时间大多在1422时。“锋面雷暴”危害最大，覆盖面较广，在南方较为常见，一般春秋季大于夏季，白天夜晚均可发生，夜晚大于白天，且移动速度比白天快。“地形雷暴”较多发生在山地的迎风面和山脉缺口通道。,（六）雷击选择性,1、与土壤的电阻率有关、土壤电阻率小的地方。河床、盐场等、土壤电阻率有突变的地点。、地下埋有金属矿和金属管线密集处。2、与地面上的设施有关 有利于雷云与大地建立良好的放电通道者易受雷击。3、地形和地物条件、山中的平地较峡

8、谷易受雷击。、高耸建筑物、空旷地区孤立建筑物、树木。、低洼潮湿地点、山口。、高速公路、铁路枢纽、高压架空线。4、建筑物结构及其所附属构件条件、结构材料所能积蓄电荷的多少影响接闪的频率。、建筑物内金属设备多少。,（七）雷电放电的危害形式,1、直接雷击（直击雷）、雷电流的高温热效应、雷电流的冲击波效应 A、“激波-（冲击波）”（几万度的高温，空气膨胀以超声速度扩散，外围的冷空气被强烈压缩）产生冲击作用 B、次声波（放电后电应力突然解除形成压缩与稀疏区）（几Hz)、雷电流的电动力效应2、雷电感应 A、静电感应 B、电磁感应3、电磁脉冲辐射4、雷电波侵入 5、反击,6、跨步电压 两脚(一般取0.8m)

9、跨步间出现电位差称“跨步电压”7、接触电压 规定离地面1.8m高区间，人距避雷引下线0.8m，雷击时手触到 金属8、旁侧闪络 指人在雷击点2m范围内雷击物体（如大树）产生的高压击穿空气闪击到人体，雷电流通过人体流入大地。雷电破坏作用表现在：强大的电流、极高的电压、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场和强烈的电磁辐射等物理效应。雷电造成危害的类型有：雷击火灾、雷击伤亡、雷击建（构）筑物、雷击供电系统、雷击弱电电子设备等。雷电发生的特点：随机性、局域性、分散性、突发性、瞬时性、三维性。,雷电流泄入大地,由于土壤有电阻率,大地不再等电位,出现电位分布。当行人离雷击点附近,两脚(一般取0.8m)跨步

10、间出现电位差称“跨步电压”U=I/2 s/d（d+s）其中：I 雷电流幅值kA 土壤电阻率 m s跨步长度 m d 雷击点与靠近的一脚的距离m 在200 m土壤电阻率与跨步长度0.8m 状态的跨步电压 离雷击点距离 30 kA 50 kA 100 kA 150 kA 10 m 7.07kV 11.8kV 23.6kV 35.39kV 20 m 1.84kV 3.06kV 6.12kV 9.19kV 40 m 0.5kV 0.8kV 1.56kV 2.34kV,雷击电流,雷雨来时尽量不要呆在外面，更不要到 江河、湖泊、池塘、坑边等处钓鱼、划船或游泳，也不要站在高处，如山顶、楼顶或其他接近导电性高

11、的物体，而要站到地势比较低的不宜导电的地方。同时，如不得已在户外行走，要远离树木和桅杆，尽量避开电线杆的斜拉铁线，不要接触天线、水管、铁丝网、金属门窗、建筑外墙等易导电的物体。,如果在雷电交加时，头、颈、手处有蚂蚁爬行的感觉、头发竖起，说明将发生雷击，应赶紧蹲在地上，这样可以减少雷击的危险，并拿去身上佩戴的金属饰品和发夹、项链等。,雷击案例展示,雷电是一种自然现象，当云层电荷与大地局部所携带的异性电荷相中和时，由于放电的各种效应会对地面上的生命体、植被、建筑物、电气设备等造成损失，从而形成雷电灾害。我国是雷电灾害多发地区之一，据国家气象主管机构的不完全统计，2005年全国发生雷电灾害6200多

12、起，一次雷击造成直接经济损失在百万元和千万元以上的雷电灾害分别有22起和1起；全年因雷击共造成人员伤亡1134人（其中死亡583人，受伤551人）。以下选取影响较大、损失严重的雷击案例展示。,雷电引起的电力故障,雷电引发的森林大火,典型案例1 2004年发生的“626”临海特大雷击伤亡事件（死亡17人、受伤13人），半小时后当地气象局就赶赴现场进行调查，两天后浙江省人民政府办公厅就下发了浙江省人民政府办公厅关于加强防雷减灾工作的紧急通知的明传电报。最近，不少地方政府将雷灾调查纳入到安全生产管理的重要内容中，乃至以法规规章的形式明确责任和要求。,典型案例2 2005年4月30日14:30左右在杭

13、州西湖边，当一青年打着雨伞经过一梧桐树旁时遭雷击身亡，此事件经媒体报道后曾引起全社会对景区雷电防护的广泛讨论，很多单位和个人纷纷来电咨询以有关防雷的基本知识和防护措施及重点要点。,典型案例3 2005年2月12日平阳洞头雷击导致三人当场死亡。雷击事故发生后，温州市气象局组织专家人员进行了现场勘察。我单位也在第一时间组织技术人员到场勘察，并随后分析雷击发生的原因。随后对雷击现场建筑安装防雷装置，为人员提供雷电安全庇护场所。,高速公路防雷要点,1、电磁骚扰传播途径、辐射途径 骚扰源如果不是处在一个全封闭的金属外壳内，它就可以通过空间向外辐射电磁波，其辐射场强取决于装置的骚扰电流强度、装置的等效辐射

14、阻抗，以及骚扰源的发射频率。、传导途径 骚扰源可以通过与其相连的导线向外部发射，也可通过公共阻抗耦合，或接地回路耦合，将骚扰带入其它电路，此种传导发射是骚扰传播的重要途径。,闪电电磁辐射及传播示意图,VLF/LF以地波、地电离层中的天波传播，传播距离较远VHF以射线方式传播、受地球曲率控制，传播距离较近,、感应耦合途径 电磁骚扰能量可通过与其相邻的导体产生感应耦合，将电磁能转移到其它导体上去。感应耦合可以由导体间的电容耦合的形式出现，也可以由电感耦合的形式或电容、电感混合的形式出现。,图1-1：云间放电对线路的电感耦 合,高速公路防雷部分由于在设计和招评标阶段没能引起大家足够的重视，所以带来投

15、标单位响应不全面，防雷工程在后期介入缺乏系统性。同时，施工过程因设计不具体而容易被简化和忽略了某些重要内容，又未经专业机构进行防雷监理。导致防雷系统出现漏洞和隐患，产生的不良后果往往使工程质量很难让营运管理者满意，也容易发生工程合同上的纠纷，严重影响高速公路正常营运。,各模拟电话、广播线一根长达百多米模拟信号传输时，未采用带屏蔽外壳的电缆，也未做传输屏蔽接地处理，虽然加装防雷器，同样导致雷电的侵害而损坏设备。这就是当时新岭隧道广播设备被雷击损坏原因。,弱电设备接地端,防静电地板,监控机房静电地板下设置环型汇流排,防雷装置日常维护要点,电涌保护器的工作性能状态显示：电源电涌保护器：正面带有LED

16、指示窗口，一般绿色为工作状态正常，红色表示电涌器已被强电流冲击损坏，必须予以更换。有的电源电涌保护器做成箱式结构，箱体外壳板面安装声、光报警器件。一旦防雷器损坏可能造成声、光报警。有的电涌保护器带有遥信接口，可以接入监控设备进行监控。一旦防雷器损坏总监控室可在第一时间获得信息。,当雷击发生的日子，如果系统不正常，可检查连接电源电涌保护器的空开有否跳过？电源电涌保护器有否明显的翻牌现象？对于信号电涌保护器而言，如发现信息传输有不正常现象，接口插拔式的话，可拿掉直接插连信号线如果正常了，说明信号电涌保护器已被击坏，但设备得到了保护；否则，有可能都被击坏；也有可能设备坏了，而信号电涌保护器仍正常的话

17、，说明设计选型有误。对于接线式的电涌保护器，只有拆掉电涌保护器按原连接进行实验，判断同上。,根据建设工程施工现场供用电安全规范GB 50194-93要求,电气设备的金属外壳及连接的金属构架必须可靠接地。起重机电气设备的安装,应符合国家标准电气装置安装工程起重机电气装置施工及验收规范的规定。施工现场内机械设备需安装防雷装置的规定 地区年平均雷暴日 机械设备高度(m)15天 50 1540天 32 4090天 20 90 及雷害特别严重的地区 12,智能仪器设备管理维护趋势,低压、信息传输线路雷击过电流智能监测仪系统 简 介,1、系统组成：入侵雷击电流检测探头（传感器）：高灵敏度设计，动态范围大5

18、0-1kA（8/20S），响应速度快。现场终端：使用工业级器件，两级Watchdog设计，高速FPGA采集芯片，采用宽电源供电，电涌防护、强脉冲抑止等措施。中心显示平台：专用PC Server一台，安装WINDOWS2003/XP系统，运行专为系统开发的软件包和SQL数据库。,中心显示平台,现场终端,一个中心支持1024个现场终端,采集探头,1-32路,TCP/IP,上位机系统架构,系统架构,2、系统技术性能 能对低压供电线路、信息传输线路雷电入侵进行实时监测。对低压供电线路、信息传输线路雷电入侵次数统计；对入侵雷击电流的采集、转换并处理还原真值。现场数据实时发送到中心。支持短信功能和GPRS

19、通信。采用Client/Server 结构，后台采用SQL数据库，支持Web访问和查询，支持终端管理功能（用户可以创建新的终端，定义终端的属性及终端每个采集口的名称以方便管理）；,实时显示终端采集的情况；A/D转换在现场终端完成，采样速率高达1.5M/S，可捕捉到1s（微秒）以下的雷击电流脉冲。系统异常报警功能。发现有异常现象，进行报警显示。图表化管理，支持生成各类统计报表。当雷击入侵泄流电流的大小和波形以及在线电涌防护器的动作情况图表化显示。在线电涌防护器（SPD）台帐管理。良好的错误自检机制。为保证系统可靠运行，系统配备了完善的运行状态自检能力，具体包括：检测探头异常，通讯异常，温度异常，

20、终端异常等。当系统发生上述异常时均会发出警告信号，提醒用户检修或更换故障设备。,系统软件构架采用Client/Server 结构，后台采用SQL数据库，支持Web查询，支持终端管理功能（用户可以创建新的终端，定义终端的属性及终端每个采集口的名称以方便管理）1.系统主界面,SPD管理SPD基础资料管理。管理SPD的基本属性和参数。,SPD属性：SPD编号、品牌、型号、安装时间、雷击次数、雷击时间、泄流电流幅值以及波形。,报表维护雷击记录统计日期、地点、SPD型号泄流电流。SPD更换统计日期、地点、型号。,实验比对1.实验地点、时间：地点：浙江大学电机工程系高压实验室时间：。2.实验人员：高压实验

21、室负责人、实验工作人员与相关人员。,3.试验内容：使用模拟雷电波形及雷击电流发生器，比对信息传输线路雷击过电流智能监测管理系统终端精度及波形还原能力。产品按照8/20波形进行设计，在8/20波形下，产品的采集精度和波形还原能力相当不错，为了观测产品在短时间雷击状态下的还原能力，采用4/10的雷击波形进行试验。,比对数据：,由于雷电的突发性、瞬变性，造成雷灾的物理特性：即使由雷击过电流烧蚀、熔损客观的痕迹，也很难判断其雷击电流幅值；何况许多雷灾现场往往找不到痕迹,低压供电线路、信息传输线路有否雷电入侵？入侵的雷电流幅值有多大？线路所设电涌防护器（SPD）工作性能是否正常？智能监测仪系统实时提供科学数据。为减少SPD厂家或者防雷项目设计者与用户之间的纠纷，为高速公路信息系统、信息产业、电力行业等安装过SPD的场所在线监测管理与雷灾鉴定以及雷击风险评估拓展了广阔的空间。,对任何易遭雷击的场所，可供判断、鉴定线路雷击事故。从而可带动线路防雷技术咨询、线路雷击损害风险评估、线路防雷项目的实施及线路雷电入侵成因与线路防雷技术的研究。,