1、一、雷电的形成一、雷电的形成n 1 1、雷电放电：、雷电放电：雷电放电是指雷云与大地、雷电放电是指雷云与大地、雷云与雷云、雷云内部发生的一种气体放电雷云与雷云、雷云内部发生的一种气体放电现象。现象。n2 2、雷云的形成：、雷云的形成：当空中的尘埃、冰晶等物当空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。一般在云层的下部积聚的是负电荷，而荷。一般在云层的下部积聚的是负电荷，而正电荷一般积聚在云层的上部。这样，同极正电荷一般积聚在云层的上部。这样，同极性电荷的汇集就形成
2、了一些带电中心，带有性电荷的汇集就形成了一些带电中心，带有这些电荷中心的云称为雷云。这些电荷中心的云称为雷云。n雷电分上行雷和雷电分上行雷和下行雷，以下行下行雷，以下行雷为例进行分析。雷为例进行分析。流注停顿形成先导，流注停顿形成先导，先导分级向前发展，先导分级向前发展，流注最后一次停顿后流注最后一次停顿后形成主放电，主放电形成主放电，主放电阶段产生了闪电和雷阶段产生了闪电和雷声，但仅有声，但仅有30%30%的电荷的电荷复合掉，复合掉，70%70%的电荷在的电荷在余辉阶段复合。余辉阶段复合。一次雷电放电可能有多个分量，但每个分量都包括三个阶段。雷电按发展过程分类二、雷电参数n雷电放电的过程可以
3、看成是一个具有一定内阻的电流源突然合闸到被击物上的过程，所以描述雷电放电的主要参数有：雷电流（幅值）、波阻抗、雷电流陡度、雷暴日（小时）、地面落雷密度、雷电的标准波形等。1、雷电流：指雷击低接地电阻被击物时流过被击物的电流。这里的低接地电阻是指30以下的接地电阻。描述一个雷电的强弱用雷电流幅值来描述，在我国一般雷电活动地区雷电流幅值概率分布按 来分布，其中IL 是雷电流幅值，P是对应的雷电流幅值出现的概率，公式的含义是雷电流幅值超过108KA出现的概率是10%。在我国西北地区、内蒙古等地，雷电活动较弱，雷电流幅值较低，雷电流幅值概率分布按 来分布。108lgLIP54lgLIP2、波阻抗：雷电
4、通道的波阻抗通常取Z=300400。3、雷电流陡度：雷电流随时间变化的速度，取值为雷电流幅值与雷电冲击波波头时间的比值。按建筑物防雷设计规范（GB50057-1994）的规定，10Idtdi4、雷暴日（小时）：一年中有雷电的日数称为雷暴日，一天只要听到一个雷声就作为一个雷暴日；一年中有雷电的小时数称雷暴小时，即在一个小时内只要听到雷声就算作雷暴小时。全年平均雷暴日在40天的地区称为中等雷电活动地区，平均雷暴日少于15天的地区称为少雷区，全年平均雷暴日超过40天的地区称为多雷区。雷暴日（小时）是描述一个地区雷电活动强度的参数。5、地面落雷密度：每雷暴日、每平方公里的地面落雷的次数。建筑物防雷设计
5、规范（GB50057-1994）规定雷击大地的年平均密度 。地面落雷密度也是描述一个地区雷电活动强度的参数。3.1024.0TNg二、雷电放电的种类二、雷电放电的种类直击雷直击雷感应雷感应雷传导雷传导雷直击雷直击雷n直击雷：雷直接击于被击直击雷：雷直接击于被击物上，被击物可能是建筑物上，被击物可能是建筑物、树木或人等。物、树木或人等。n雷电流：雷流过低接地电雷电流：雷流过低接地电阻（小于阻（小于30欧）被击物时欧）被击物时的电流。的电流。n我国测得的最大雷电流幅我国测得的最大雷电流幅值为值为300KA。传导雷传导雷n传导雷：又称入侵波，传导雷：又称入侵波，是雷击于导线后，雷电是雷击于导线后，雷
6、电流沿导线传播、并入侵流沿导线传播、并入侵被保护设备。被保护设备。n传导雷是造成低压电器传导雷是造成低压电器设备损坏的主要雷害之设备损坏的主要雷害之一。一。感应雷感应雷n感应雷：由于电磁感应感应雷：由于电磁感应形成的电压升高。形成的电压升高。n感应雷幅值一般不超过感应雷幅值一般不超过500KV，对，对110KV及以及以上的线路不能构成威胁。上的线路不能构成威胁。n感应雷也是造成低压电感应雷也是造成低压电器设备损坏的主要雷害器设备损坏的主要雷害之一。之一。三、雷电的破坏作用三、雷电的破坏作用n雷电流的电动力雷电流的电动力n雷击的热效应雷击的热效应n雷击的静电感应雷击的静电感应n雷击的电磁感应雷击
7、的电磁感应n雷击的反击和引入高电雷击的反击和引入高电位位精彩图片 1 2 3 4 5雷电造成的经济损失的严重性雷电造成的经济损失的严重性n直接损失直接损失u火灾火灾u人员伤亡人员伤亡u设备损坏设备损坏n间接损失间接损失u不能提供服务之损失不能提供服务之损失u信誉损失信誉损失u重新投资重新投资雷害新特点雷害新特点n当人类社会进入电子信息时代后，雷灾出现的特点与以往有极大的不同，可以概括为：（1）受灾面大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等；（2）从二维空间入侵变为三维空间入侵。从
8、闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无空不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲（LEMP）。前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿指雷电灾害的空间范围扩大了。例如二000年七月二十五日14点40分左右，一次闪电造成上海市漕宝路桂菁路附近二家单位同时受到雷灾，而不是以往的一次闪电只是一个建筑物受损。n。（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了，它袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点，某寻呼台遭受雷击，导致该台中断寻呼数小时，其直接损失是有限的，但间接
9、损失将大大超过直接损失。（4）产生上述特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。n为此，当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了，雷电的防御已从直击雷防护到系统防护，我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术，提高人类对雷灾防御的综合能力。案例案例n20002000年年6 6月月1717中午中午1212时时50555055分，上海市郊一
10、分，上海市郊一村民顾某和妻子在水稻田正在插秧时遭雷击，村民顾某和妻子在水稻田正在插秧时遭雷击，顾某当场身亡，距其顾某当场身亡，距其3434米处的妻子双脚有发米处的妻子双脚有发麻的感觉，据对雷击发生现场观察，雷击点四麻的感觉，据对雷击发生现场观察，雷击点四周空旷，在周围周空旷，在周围150200150200米范围内无任何建筑米范围内无任何建筑物和高大的物体（如树木等）。另据死者妻子物和高大的物体（如树木等）。另据死者妻子讲述，雷击发生时在死者身上有一团火光出现，讲述，雷击发生时在死者身上有一团火光出现，除衣服湿透外，其他雷击痕迹不明显。除衣服湿透外，其他雷击痕迹不明显。真惨！真惨！四、雷击人的主
11、要形式四、雷击人的主要形式n1 1、历史的回顾、历史的回顾n2 2、直接雷击、直接雷击n3 3、接触电压、接触电压n4 4、旁侧闪络、旁侧闪络n5 5、跨步电压、跨步电压历史的回顾历史的回顾n关于雷电的描述，直到二百年以前，一般关于雷电的描述，直到二百年以前，一般还只有在诗文中能够读到，而且停留在神还只有在诗文中能够读到，而且停留在神话解释。由于实验科学的出现，随之电容话解释。由于实验科学的出现，随之电容器的发明才使我们对闪电的认识进入自然器的发明才使我们对闪电的认识进入自然科学领域。实验证明，雷电显示了与静电科学领域。实验证明，雷电显示了与静电相类似的特性。与此同时，关于雷电对动相类似的特性
12、。与此同时，关于雷电对动物和人的各种效应，也进行了研究。物和人的各种效应，也进行了研究。n早期研究工作的记载是引人入胜的，其意早期研究工作的记载是引人入胜的，其意义并不仅仅在于义并不仅仅在于“历史历史”价值，而是在于价值，而是在于许多重要的原理得到验证。这些原理也正许多重要的原理得到验证。这些原理也正是我们今日理解雷电对人体效应的依据。是我们今日理解雷电对人体效应的依据。对对“小鸡小鸡”呼吸呼吸n富兰克林曾对着一只小鸡的头部施富兰克林曾对着一只小鸡的头部施以以“电击电击”后，小鸡出现了死亡现后，小鸡出现了死亡现象。但是经过不断地向肺里吹气，象。但是经过不断地向肺里吹气，小鸡又复苏了。这是对触电
13、者进行小鸡又复苏了。这是对触电者进行人工呼吸最早的一次成就。假定电人工呼吸最早的一次成就。假定电流从头部流过两脚，则它将经过脑流从头部流过两脚，则它将经过脑部（包括呼吸中枢）和胸部（包括部（包括呼吸中枢）和胸部（包括心脏）。显然它的呼吸中枢暂时麻心脏）。显然它的呼吸中枢暂时麻痹，因而需要人工呼吸。但心脏必痹，因而需要人工呼吸。但心脏必须一直跳动，否则就不能复活了。须一直跳动，否则就不能复活了。通过该试验人们认识到通过该试验人们认识到雷电流通路径是造成人雷电流通路径是造成人受伤程度不同的根源受伤程度不同的根源。实验者的勇气实验者的勇气 n1、富兰克林在刚充满电的电容器上触过一次、富兰克林在刚充满
14、电的电容器上触过一次电：电：“好象从头到脚全身挨了一击，跟着躯干好象从头到脚全身挨了一击，跟着躯干很快的猛烈颤抖，几秒钟之后这种现象才逐渐很快的猛烈颤抖，几秒钟之后这种现象才逐渐消失消失”。电流路径是从一只手到另一只手。电流路径是从一只手到另一只手。n2、诺勒特神父布置了一场向、诺勒特神父布置了一场向180名卫兵放电名卫兵放电的把戏，所有士兵同时向上一跳，动作整齐得的把戏，所有士兵同时向上一跳，动作整齐得像一个人。后来增加到像一个人。后来增加到700人。人。n3、李赫曼教授受到从头到脚的一次雷击放电，、李赫曼教授受到从头到脚的一次雷击放电，立刻死亡。立刻死亡。n4、实验告诉人们：雷击导致人死亡
15、的最直接、实验告诉人们：雷击导致人死亡的最直接的原因是心室纤维性颤动和呼吸停止。的原因是心室纤维性颤动和呼吸停止。直接雷击直接雷击n参加足球赛的两名正并排站着相互盯着对方时遭到参加足球赛的两名正并排站着相互盯着对方时遭到雷击，电流从头部流到脚，虽然在两人身上都未发雷击，电流从头部流到脚，虽然在两人身上都未发现烧灼痕迹，但在他们身体相邻侧留有树枝状电花现烧灼痕迹，但在他们身体相邻侧留有树枝状电花图。救治无效，两人死亡。图。救治无效，两人死亡。n电花图没有任何迷信色彩，其原因是雷电流通过人电花图没有任何迷信色彩，其原因是雷电流通过人体向大地泄放时，在人体表面发生了沿面放电而使体向大地泄放时，在人体
16、表面发生了沿面放电而使人体上流下电花图。当身体和衣服之间发生闪络时，人体上流下电花图。当身体和衣服之间发生闪络时，雷电流使皮肤上的水分和汗液变为蒸汽，如果衣服雷电流使皮肤上的水分和汗液变为蒸汽，如果衣服穿得紧，蒸汽的压力会把衣服撕破。穿得紧，蒸汽的压力会把衣服撕破。n雷直击人是危险的，但不一定致命，应救治受伤者雷直击人是危险的，但不一定致命，应救治受伤者。你知道怎你知道怎么防护吗么防护吗?旁侧闪络旁侧闪络n1、一个士兵骑车经过一棵树时被雷击中，他、一个士兵骑车经过一棵树时被雷击中，他回忆当时的情景说：好象挨了一拳恨击，他看回忆当时的情景说：好象挨了一拳恨击，他看见一道火光从树向他射过来，自行车
17、把带了电。见一道火光从树向他射过来，自行车把带了电。他的皮肤完好无损，没有烧伤的痕迹。他的皮肤完好无损，没有烧伤的痕迹。n2、七个儿童在帐篷里避雨时，帐篷柱子被雷、七个儿童在帐篷里避雨时，帐篷柱子被雷击中。五个幸存者都没反映受伤，但死亡的两击中。五个幸存者都没反映受伤，但死亡的两个儿童左脸以及身体上都有烧伤的地方，在他个儿童左脸以及身体上都有烧伤的地方，在他们的小脚趾上都有电流流过的痕迹。们的小脚趾上都有电流流过的痕迹。n3、旁侧闪络是由于人与雷电流泄放通道之间、旁侧闪络是由于人与雷电流泄放通道之间的电位差较高，引起气隙击穿造成的。的电位差较高，引起气隙击穿造成的。真的、不真的、不要在树下要在
18、树下避雨！避雨！接触电压接触电压n两个妇女正在一棵高大的云杉树下避雨，闪电两个妇女正在一棵高大的云杉树下避雨，闪电突然击中了那棵大树，当时一个人是背靠树站突然击中了那棵大树，当时一个人是背靠树站着，她的衣服并未损坏，但在头右边有着，她的衣服并未损坏，但在头右边有4厘米厘米4厘米一块头发被烧焦了，变成了灰色。在这厘米一块头发被烧焦了，变成了灰色。在这块皮肤中有像擦伤的痕迹。在树干上树皮被烧块皮肤中有像擦伤的痕迹。在树干上树皮被烧坏很长的一条，长度是从树顶开始一直到离地坏很长的一条，长度是从树顶开始一直到离地约约158厘米的地方，正与死者身高相同。另一个厘米的地方，正与死者身高相同。另一个妇女当时
19、正用右手扶着那棵树，她仅失去知觉妇女当时正用右手扶着那棵树，她仅失去知觉十到十五分钟，她的下肢有两三个小时不会动十到十五分钟，她的下肢有两三个小时不会动而且没有知觉，她的身体以及脚上有烧伤，经而且没有知觉，她的身体以及脚上有烧伤，经过治疗，两天以后就出院了。过治疗，两天以后就出院了。还有很多还有很多应注意的！应注意的！跨步电压跨步电压n法国的一个教堂正值做法国的一个教堂正值做礼拜时遇到了雷击，所礼拜时遇到了雷击，所有站在礼拜堂中潮湿石有站在礼拜堂中潮湿石板上的人都跌倒了，有板上的人都跌倒了，有几分钟的光景站不起来，几分钟的光景站不起来，下肢好象瘫痪了一样。下肢好象瘫痪了一样。而那些站在唱诗班席
20、中而那些站在唱诗班席中橡木地板上的人都安然橡木地板上的人都安然无恙。无恙。我怎么了！我怎么了！小结小结n雷电是一种自然现象，没有任何迷雷电是一种自然现象，没有任何迷信色彩。信色彩。n雷害可以预防，雷击人最严重的情雷害可以预防，雷击人最严重的情况是直接雷击，但不一定致命，应况是直接雷击，但不一定致命，应该对受伤者救治。防止接触电压和该对受伤者救治。防止接触电压和旁侧闪络伤害的最好方法是不要靠旁侧闪络伤害的最好方法是不要靠近容易引雷的物体。防跨步电压伤近容易引雷的物体。防跨步电压伤害的办法是雷雨天避雨时双脚并拢。害的办法是雷雨天避雨时双脚并拢。雷电并不可怕！雷电并不可怕！五、我国建筑物防雷的发展历
21、程五、我国建筑物防雷的发展历程n1、古人对建筑物防雷的探索、古人对建筑物防雷的探索n2、建国初期的防雷方法、建国初期的防雷方法n3、亡羊补牢、古建防雷、亡羊补牢、古建防雷n4、防雷研究的序幕、防雷研究的序幕n5、重大工程的防雷、重大工程的防雷n6、今后建筑物防雷的发展方向、今后建筑物防雷的发展方向古人对建筑物防雷的探索古人对建筑物防雷的探索n中国人对建筑物防雷的探索最早可追溯中国人对建筑物防雷的探索最早可追溯到到12世纪，较能说明问题的一例是现存世纪，较能说明问题的一例是现存的岳阳慈氏塔。的岳阳慈氏塔。n就理论而言，汉朝的王充曾对雷电现象就理论而言，汉朝的王充曾对雷电现象作出过解释并批判了迷信
22、做法。作出过解释并批判了迷信做法。n中国古代虽有较强的防雷意识并做过一中国古代虽有较强的防雷意识并做过一些技术上的尝试，但毕竟没有大的突破。些技术上的尝试，但毕竟没有大的突破。n1750年，富兰克林取得重大突破，证实年，富兰克林取得重大突破，证实雷是电现象。雷是电现象。建国初期的防雷方法建国初期的防雷方法n建国初，大多数工程均按照日本的建国初，大多数工程均按照日本的45度到度到60度保护角确定避雷针的保度保护角确定避雷针的保护范围，接闪器采用三叉小针。护范围，接闪器采用三叉小针。n五十年代初，我国引进苏联技术，五十年代初，我国引进苏联技术，采用抛物线和折线计算保护范围，采用抛物线和折线计算保护
23、范围，用铁管或镀锌圆钢作接闪器。用铁管或镀锌圆钢作接闪器。n六十年代以前，我国没有建筑物防六十年代以前，我国没有建筑物防雷设计规范。雷设计规范。亡羊补牢，古建防雷亡羊补牢，古建防雷n1957年北京发生两起雷击事故：年北京发生两起雷击事故：7月月6日，日，明十三陵长陵棱恩殿遭受雷击，劈掉西明十三陵长陵棱恩殿遭受雷击，劈掉西部吻兽，劈裂两根直径米、高米的大楠部吻兽，劈裂两根直径米、高米的大楠木柱子，死一人，伤三人；木柱子，死一人，伤三人；7月月8日，中日，中山公园内一棵大树落雷，感应电流经附山公园内一棵大树落雷，感应电流经附近的配电线路传到中山公园音乐堂，并近的配电线路传到中山公园音乐堂，并引起大
24、火，烧毁配电室、舞台和观众厅引起大火，烧毁配电室、舞台和观众厅大顶棚。大顶棚。n在给古建筑安置避雷装置时，我国首次在给古建筑安置避雷装置时，我国首次采用了避雷带采用了避雷带 的防雷方式。的防雷方式。防雷工程的序幕防雷工程的序幕n1958年年9月，原建工部设计局在武月，原建工部设计局在武汉召开了汉召开了“全国电气设计人员交流全国电气设计人员交流大会大会”，拉开了我国防雷研究的序，拉开了我国防雷研究的序幕幕。重大工程的防雷重大工程的防雷n1958年，人民大会堂工程率先采用笼式年，人民大会堂工程率先采用笼式避雷网并进行了彻底的等电位联结。把笼避雷网并进行了彻底的等电位联结。把笼式避雷网应用于工程实际
25、，这恐怕在国内式避雷网应用于工程实际，这恐怕在国内外均属首次。外均属首次。n深圳国际贸易中心高深圳国际贸易中心高160米，采用笼式避米，采用笼式避雷网。雷网。n终于电视塔终于电视塔405米，也采用笼式避雷网米，也采用笼式避雷网n笼式避雷网即能满足外部防雷系统的要求，笼式避雷网即能满足外部防雷系统的要求，也能满足内部防雷系统的要求，它能实现也能满足内部防雷系统的要求，它能实现良好的等电位、分流、屏蔽和接地效果，良好的等电位、分流、屏蔽和接地效果，是较为完善的防雷系统。是较为完善的防雷系统。今后建筑物防雷的发展方向n利用建筑物、结构物的钢筋作笼式利用建筑物、结构物的钢筋作笼式防雷网能够满足外部防雷
26、装置和内防雷网能够满足外部防雷装置和内部防雷装置的需要，作为全面防雷部防雷装置的需要，作为全面防雷来说将是今后发展的重点。来说将是今后发展的重点。n建筑物防雷的六大要素：接闪功能、建筑物防雷的六大要素：接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果和合理布线。接地效果和合理布线。六、网络防雷六、网络防雷n(1）雷电波形：一般来讲，我）雷电波形：一般来讲，我们用的波形来表示雷电的电压们用的波形来表示雷电的电压波形，而常用波形，而常用8/20s来表示雷来表示雷电电流波形。比如讲到防雷产电电流波形。比如讲到防雷产品时经常要提到电源防雷器要品时经常要提到电源防雷器要能承
27、受能承受 8/20s 20kA的冲击（见的冲击（见有关国家标准和国际标准），有关国家标准和国际标准），指的就是指的就是T1=8us,T2=20s I=20 KA。用了。用了8微秒电流峰值即达微秒电流峰值即达20KA。1微秒内电流增加千安微秒内电流增加千安培。这是一个惊人的数字。用培。这是一个惊人的数字。用数学语言来讲就是平均陡度数学语言来讲就是平均陡度di/dt非常大。非常大。n（2）如何防护：既然雷电对线路的感应是）如何防护：既然雷电对线路的感应是造成设备损坏的最重要的原因，那么在线造成设备损坏的最重要的原因，那么在线路中加装设备对瞬态过电流、过电压进行路中加装设备对瞬态过电流、过电压进行抑
28、制就可以了，这种设备我们就称其为避抑制就可以了，这种设备我们就称其为避雷器，或称浪涌抑制器、防雷保安器等，雷器，或称浪涌抑制器、防雷保安器等，下面就称其为避雷器。由于雷电感应主要下面就称其为避雷器。由于雷电感应主要是通过供电线路和各种信号线破坏设备的，是通过供电线路和各种信号线破坏设备的，因此对计算机信息系统的防雷保护主要地因此对计算机信息系统的防雷保护主要地是合理地加装电源和信号避雷器。是合理地加装电源和信号避雷器。例1：某信息系统防雷n首先让我们来看看其系统配置：供电系统埋地入户，进首先让我们来看看其系统配置：供电系统埋地入户，进入开关柜，分出来一路供应入开关柜，分出来一路供应UPS，并由
29、，并由UPS供给位于各供给位于各层的电子设备使用。楼内包括计算机中心机房、程控交层的电子设备使用。楼内包括计算机中心机房、程控交换机房、及无线通信设备。不用说，所有这些设备都要换机房、及无线通信设备。不用说，所有这些设备都要有电源供应，因此，在总电源处加装电源避雷器。按照有电源供应，因此，在总电源处加装电源避雷器。按照有关标准的一般要求，必须在有关标准的一般要求，必须在0区、区、1区、区、2区分别加装区分别加装避雷器（避雷器（0区、区、1区、区、2区是按照雷电出现的强度划分区是按照雷电出现的强度划分的），因此在设备前端分别加装多级保护集成为一体的的），因此在设备前端分别加装多级保护集成为一体的
30、串联型避雷器（多级集成型），以最大限度地抑制雷电串联型避雷器（多级集成型），以最大限度地抑制雷电感应的能量。同时，计算机中心的感应的能量。同时，计算机中心的MODEM、路由器、路由器、甚至甚至HUB等都有线路出户，这些出户的线路都应视为雷等都有线路出户，这些出户的线路都应视为雷电引入通道，因此都应加装信号避雷器。电引入通道，因此都应加装信号避雷器。避雷针、避雷线的保护范围引言：直击雷的防护采用避雷针或避雷线等装置。200多年前，富兰克林通过观察发现旷野中的孤树常遭到雷击，而树下的低矮植物却能幸免于难，于是，他设想如果在地球的表面立起一个足够高的针体的话，地球上的万物就会得到保护。于是、他发明了
31、避雷针。富兰克林避雷针要求要有足够的高度、要是尖体、但不要求接地电阻的大小。后来、罗蒙诺索夫提出新型的避雷针，要求要有足够的高度、要有足够小的接地电阻、但不要求是尖体。这两种避雷针现在都有应用，我国国家标准中推行的避雷针是罗蒙诺索夫避雷针。中科院兰州高原大气物理所进行了人工火箭引雷试验：在1996年6月4日于南昌做的一次空中触发闪电中，他们无意中将火箭发射架放得离引流杆较远，结果引下的闪电没有以引流杆为接地点，而是打到发射架附近的地面上。这一闪电共有10个回击，由于没有安排良好的接地，在整个放电过程中闪电的击地点在随风平行移动。这次试验与7月8日的两次空中闪电形成鲜明的对比。在后两次触发中，火
32、箭发射架放得靠近引流杆，因而闪电都以引流杆为接地点。结果在闪电过程中，尽管闪道也因风和湍流而移动和改变形状，但其接地点却始终牢牢地固定在接地良好的引流杆顶端。这一试验事实很好地说明了避雷针确有“引雷区域”存在，也说明了为使避雷装置起到预期的作用，良好的接地是十分重要的。避雷针的工作原理：歪变了空间电场、引雷于自身、使周围的物体得到保护。避雷针的实质是引雷装置！避雷针、避雷线的保护范围n避雷针的基本构成：n一个独立避雷针由接闪器、接地引下线和接地装置组成。接闪器是指避雷针最上端12m长的一段，一般由直径不小于12mm的圆钢或直径不小于20mm的焊接钢管制成。接地引下线是连接接闪器和接地装置的一段
33、导体，采用直径不小于8mm的圆钢或截面积不小于48mm2、厚度不小于4mm的扁钢制作。接地装置是接地体和接地线的总和，是为了降低接地电阻而完成的接地整体。接地体包括垂直接地体和水平接地体，垂直接地体一般采用长度为2.5m的角钢、钢管或圆钢，埋地深度不小于0.5m，两垂直接地体之间的间距不小于5m；水平接地体采用扁钢或圆钢用于连接垂直接地体，采用扁钢时截面积不小于100mm2、厚度不小于4mm，采用圆钢时截面积不小于10mm。既然避雷针的实质是引雷装置，所以接闪器没有必要作得很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。5.3 避雷针、避雷线的保护范围一、避雷针的保护范围1、单支避雷针当hx=h/2,rx
34、=(h-hx)p；当hxh/2,rx=(1.5h-2hx)p；h避雷针的高度；p高度影响系数，当h=30m时，p=1;当30h=120m时2、两支等高避雷针h0=h-D/7p;bx=1.5(h0-hx)一般两避雷针之间距离与针高之比D/h不宜大于53、两支不等高避雷针二、几个问题n1、关于雷电的侧击2、对分叉避雷针的探讨3、避雷针的反击和电磁干扰4、新型直击雷防护设备简介5.4 避雷器n避雷器的理论依据：避雷器的理论依据：感应雷或入侵波作用在被保护设备上时，可能使设备的绝缘破坏，如何来保护设备免受危险电压的破坏呢？科学家想到了气体间隙的放电现象如右图所示，两个间隙在同一个冲击电压的作用下，如果
35、间隙2总是先于间隙1放电，即间隙2的伏秒特性完全位于间隙1的伏秒特性曲线的下面，并且要有足够低的残压，那么先放电的间隙2就能保护后放电的间隙1，即间隙1是被保护设备，间隙2是保护设备。于是发明了第一种避雷器保护间隙。避雷器要保护被保护物的基本条件就是避雷器总要先于被保护设备放电，并且要有足够低的残压。一、保护间隙1、辅助间隙的作用：避免主间隙被短接而造成工作母线接地短路。2、工作原理：当雷电波侵入时，间隙1、2击穿，将工作母线接地，雷电流引入大地，避免了被保护设备的电压升高，从而保护了设备。过电压消失后，间隙中仍有工频电压所产生的工频电弧电流，把沿着冲击放电通道流过的工频短路电流称为续流。由于
36、间隙熄弧能力差，往往不能自动熄弧，造成断路器跳闸，所以需要与自动重合闸配合。3、缺点：1）伏秒特性陡，不能保护绕组设备；2）不具有灭弧能力；3）容易产生截波。4、截波的危害二、管型避雷器1、辅助间隙的作用：隔离工作电压，避免产气管被流过管子的工频泄漏电流所烧坏。2、工作原理：雷击过电压时，内外间隙同时被击穿，雷电流经管型避雷器内外间隙流入大地，冲击波被截断。过电压消失后，在工频电压作用下，间隙中还有工频续流流过，其值为管型避雷器安装处的短路电流，工频续流电弧的高温，将使管内产气管材料分解出大量的气体，使产气管内气压升高，由于管型避雷器的一端是封闭的，高压力的气体将由环型电极开口孔喷出，形成强烈
37、的纵向吹弧，使续流在第一次过零时熄灭，使系统恢复正常状态。3、缺点：管型避雷器的实质还是一个具有一定灭弧能力的保护间隙，所以还有伏秒特性陡和容易产生截波的缺点。三、普通阀型避雷器1、如何限制截波：冲击电流在电阻阀片上的压降称为残压。残压越低对被保护物越有利，所以希望串联的电阻要小一些。但串联的电阻越大，对灭弧越有利，所以从灭弧的角度来说串联的电阻要大一些。2、电阻阀片非线性电阻阀片是在大电流作用下体现出低电阻、而在小电流作用下体现出高电阻，其伏安特性为u=Ci,式中C为取决于材料的常数，称为阀片的非线性系数（01）。越越小说明阀片的非线性越高，性能越好。普通型阀片的一般在左右；磁吹型阀片一般为
38、左右，但它的通流容量大。阀片电阻是由金刚砂（SiC）加黏合剂压制后焙烧而成，普通型是低温（3003500C）焙烧的；磁吹阀片是在高温（135013900C）焙烧的，阀片呈圆盘状，直径在55105mm。根据我国实测统计，在具有“规程”规定的防雷保护线的35 220kV的变电所中，流经阀型避雷器的雷电流超过5kA的概率是很小的，因此我国对35 220kV的阀型避雷器以雷电流为5kA时（其波形为20/40us）的残压作为设计的依据，所以此类电网的电气设备的绝缘水平也按避雷器5kA下的残压作为绝缘配合的依据。对于330kV及更高的电网中由于线路绝缘水平较高，入侵波的幅值较高，所以流过避雷器的雷电流较大
39、。我国规定取10kA下的残压作为计算标准。且规定普通阀型避雷器的通流容量是能够通过波形为20/40us，幅值为5kA的冲击电流和幅值为100A的工频半波各20次。由此可知，普通阀型避雷器阀片的通流容量与直击雷电流相差甚远，因此它不能作为线路防雷保护，一般只用于变电所中作为防护大气过电压用。对于能够限制内部过电压的磁吹避雷器，其阀片电阻的通流容量为通过2000us、幅值为800 1000A的方波电流20次。3、普通阀型避雷器是怎样产生平伏秒特性的n普通阀型避雷器产生平伏秒特性是由其火花间隙的结构决定的：n由于两个电极间形成的是短间隙均匀电场，所以能够产生平伏秒特性。n同时在过电压作用时，云母垫圈
40、与电极间的空气缝隙中首先发生电晕，对间隙起照射作用，从而缩短了放电时间，所以伏秒特性的分散性很小。n单个火花间隙工频放电电压约为2.73.0kV(有效值),其冲击系数为左右。避雷器动作后，工频续流电弧被火花间隙分成许多串联的短电弧，利用短电弧自然熄弧能力可使电弧熄灭。在没有热电子发射时，单个间隙的初始恢复强度可达250V左右，实验证明，要使火花间隙顺利地熄弧，必须将工频续流限制在一定值，我国生产的FS和FZ型避雷器，当工频续流分别不大于50A和80A（峰值）时，能够在续流第一次过零时使电弧熄灭。4、普通阀型避雷器的工作原理n在电力系统正常工作时，间隙将阀片电阻和工作母线隔离，以免在母线工作电压
41、下阀片电阻中长时间流过电流而使阀片烧坏。当系统中出现过电压，且幅值超过间隙的放电电压时，火花间隙被击穿，冲击电流通过阀片流入大地，由于阀片是非线性电阻，在雷电流作用下，阀片呈低阻值，这时阀片上产生的残压将受到限制，若使残压低于被保护物的冲击耐压，则被保护设备得到保护。n当过电压消失后，在工作电压作用下，间隙中仍有工频电弧电流流过，但工频续流受到阀片电阻的限制，若将工频电流限制在一定值以下，使间隙能在工频续流第一次过零时将电弧切断，间隙恢复绝缘，系统正常工作不受影响。四、磁吹避雷器n1、限流型火花间隙 又称拉长电弧型间隙，间隙由一对角状电极组成，磁场是轴向的，工频续流被轴向的，工频续流被轴向磁场
42、拉入灭弧栅，其电弧最终长度可达起始长度的数十倍。灭弧盒由陶瓷或云母玻璃制成，电弧在灭弧栅中受到强烈的去游离而熄灭。由于电弧形成后，很快被拉到远离击穿点位置，故间隙绝缘恢复很快。这种磁吹间隙熄弧能力很强，可切断450A左右的续流。此外、由于电弧被拉长，且处于去游离很强的灭弧栅中，所以电弧电阻很大，可以起到限制续流的作用，故称限流型间隙。四、磁吹避雷器n2、磁吹避雷器是如何产生磁吹的？磁场是由与间隙串联的磁吹线圈产生的：在过电压作用下，主间隙被击穿，放电电流通过磁吹线圈，在线圈上产生很大的压降，使辅助间隙击穿，放电电流经过辅助间隙、主间隙、阀片而流入大地；在工频续流通过时，电感线圈上的压降不足以维
43、持辅助间隙中电弧的燃烧，工频续流很快转入磁吹线圈中，即工频续流是通过电感线圈、主间隙、电感线圈流入大地的，续流在电感线圈中产生磁吹。辅助间隙的作用是改善避雷器的性能：如果没有辅助间隙，冲击电流在电感上的压降很大，使避雷器的残压过高，保护性能变差。五、间隙并联电阻n避雷器的火花间隙是由许多间隙串联而成，多间隙串联后，间隙电容形成一个电容链，由于间隙各电极对地饿对高压端有寄生电容，故在多个串联间隙上电压分布是不均匀的，这样避雷器动作后，每个间隙上的恢复电压分布也不均匀，从而降低了避雷器的熄弧能力，工频放电电压也将下降。n为改善间隙上的电压分布，在每个间隙上并联分路电阻。在工频电压作用下，因间隙容抗
44、很大而分路电阻值很小，故间隙上电压分布将主要由分路电阻决定，因分路电阻值相等，使电压分布均匀，提高了工频放电电压，也使工频放电电压稳定。在冲击电压作用下，由于冲击电压的等值频率很高，间隙的容抗小于分路电阻，间隙上的电压分布由电容大小来决定，使电压分布很不均匀，上部间隙很快击穿，电压都加在下部间隙和阀片上，使间隙击穿，所以降低了冲击放电电压，也降低了冲击系数，并联电阻后，冲击系数一般为1左右。阀型避雷器的型号n普通型的有FZ和FS两种，FZ型适用于变电所，FS型适用于配电系统。FZ型与FS型相比其结构特点是间隙采用了并联电阻，从而提高了工频放电电压。FZ型由一些结构和性能都已标准化的单件所组成，
45、这些单件分别适用于3、6、10、15、20和30kV的额定电压。由它们组合可以适用于各种电压等级，如FZ-110J型是由4个FZ-30串联而成。磁吹避雷器主要有FCZ电站型和保护旋转电机用的FCD型两种。选用避雷器时，应使避雷器的额定电压与安装该避雷器的电力系统的电压等级相同，并应使避雷器的灭弧电压大于安装处工作母线上可能出现的最高工频电压。避雷器的参数1、灭弧电压：是指保证避雷器在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下，允许加在避雷器上的最高工频电压。避雷器的灭弧电压是按照避雷器安装点可能出现的最大工频电压设计的。n10kV中性点不接地系统中单相接地时健全相上电压是最大工作线电压的110%，所
46、以避雷器的灭弧电压的确定方式是：NN=1.0 x1.15x35=40。25kV，取41kV。n110kV及以上中性点直接接地系统中单相接地时健全相上电压是最大工作线电压的80%，所以避雷器的灭弧电压的确定方式是：N=0.8x1.15x110=101.2kV这种避雷器的型号为FCZ-110J。N=1.0 x1.15x110=126.52kV，其型号为FCZ-110。n2、工频放电电压：指工频电压作用下避雷器发生放电的电压（有效）值，它表明间隙的绝缘强度。n由于间隙击穿的分散性，工频放电电压要规定上、下限。避雷器结钩一定时，冲击系数就一定。如果工频放电电压上限太高，冲击放电电压也会升高，这就意味着
47、避雷器的保护性能差。工频放电电压下限与灭弧电压存在一定比例关系：K=工频放电电压（下限）/灭弧电压K称为避雷器的切断比。普通阀型避雷器的K约等于，磁吹避雷器的K不大于。切断比越小，间隙灭弧能力越好。避雷器的工频放电电压下限应高于系统中可能出现的内部过电压，即普通阀型避雷器不允许在内过电压下动作，因为内部过电压作用时间长，阀片可能因热容量不够而损坏。对35kV及以下系统，操作过电压通常不超过最大相电压的倍，所以工频放电电压下限取倍最大相电压。n3、冲击放电电压：在冲击电压作用下避雷器的放电电压幅值。由于放电的分散性，伏秒特性曲线实际为带状，因此，冲击放电电压常指其上限值，它应与残压基本相等。4、
48、残压：残压越低越好。避雷器的保护水平是指残压、标准雷电波（1.2/50us）下冲击放电电压和陡波（1200kV/us）冲击放电电压（除以系数1.15）三者中的最大值。它低于被保护设备的绝缘水平，并留有足够的安全裕度才能起到保护作用。n5、保护比：避雷器残压与灭弧电压之比。保护比B越小越好，说明残压越低或灭弧电压越高。FS型和FZ型，FCZ型。保护比和切断比都反映避雷器的保护性能，前者针对用户而言，后者针对制造厂家而言意义更明确。6、直流泄漏电流：指在直流电压作用下流过避雷器的电导电流，它反映了避雷器是否受潮，分路电阻有无断裂、老化，以及串联组合元件的非线性系数的相互差值，是检测避雷器的主要参数
49、之一。7、通流容量：指阀片通过电流的能力。避雷器中流过的电流一种是雷电流，另一种是工频电流。所以对低温阀片用通过20/40us、5kA的冲击电流和100A的工频半波电流各20次来考验；对高温阀片用通过20/40us、10kA的冲击电流和800-1000A、2000us方波电流各20次来考验。六、氧化锌避雷器n70年代初期出现了氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料，附以少量精选过的金属氧化物，经高温焙烧而成。n氧化锌阀片具有很理想的非线性伏安特性，图中假定ZnO、SiC电阻阀片在10kA电流下的残压相同，但在额定电压（或灭弧电压）下ZnO曲线对应的电流一般在10-5A以下，可近似认为续流为零，
50、而SiC曲线所对应的续流却是100A左右。1、伏安特性nZnO的伏安特性可分为小电流区、非饱和区和饱和区。在1mA以下的区域为小电流区，非线性系数较高，为左右；电流在1mA到3kA范围内，通常为非线性区，其值在左右；电流大于3kA，一般进入饱和区，这时电压增加，电流增长不快。2、氧化锌避雷器的优点n1）无间隙：在工作电压下，氧化锌阀片相当于一个绝缘体，因而工作电压不会使阀片烧坏，所以可以不用串联间隙来隔离工作电压。无间隙氧化锌避雷器和串间隙氧化锌避雷器无间隙氧化锌避雷器和串间隙氧化锌避雷器 n2）无续流：在作用在氧化锌避雷器上的电压超过某一值时将导通，导通后在阀片上的残压与流过它的电流大小基本
