现代防雷技术的有效性及差异性分析论文.doc

院、系 行健文理学院 专业 电气工程及其自动化 姓名 杨忠行 学号 0938170346论文题目 现代防雷技术的有效性及差异性分析 2012年 12 月 15 日摘要 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越大。因此我们日常生活中，我们必须掌握一定的雷电知识，必须懂得一些防雷的措施，因此今天我们就通过此文来简单了解一下雷电知识。关键词 雷电危害；雷电形成；防雷装置概述 大气中的饱和水蒸气遇冷结成水滴，该水滴在强烈的上升气流冲击下，被分裂成带有不同电荷的水滴，一般说来，小水滴带负电，大水滴带正电，而且小水滴容易被气流带走，于是形成了两种带不同电荷的水气团，这就是雷云。当不同电荷的雷云把空气间隙击穿放电时即为雷。如果大气中的雷电接近地面时，则在地面上会感应出与雷云相反的异性电荷，若雷云再继续接近以至把空气间隙击穿时，便形成雷云对地面放电。概念 雷电的形成 雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，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。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。防雷的重要性1、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%。据德国一保险公司1997年对8722件案例损坏原因的分析，雷电及操作过电压占31.66%。 2、我国情况：我国也是雷暴活动十分频繁，受灾率高，造成的灾害十分严重。据中国气象局政策法规司副司长刘宪华介绍，全国有21 个省、区、市雷暴日在50天以上，最多的可达134天。雷暴给人们生活带来了极大的安全隐患。据不完全统计，我国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，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，城市建设高层建筑物日益增多，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。据广东省统计，在19961999年的四年间，全省发生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元。损失是“触目惊心”的。3、电子信息系统受损比重急剧增加：电气和电子技术是现代物质文明的基础，其迅猛发展促进了生产力的发展，加速了社会繁荣与进步的进程，同时不知不觉地麻烦也应运而生，各类电磁干扰越来越严重。一方面，电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰。另一方面，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这些设备和系统的影响越来越突出，对这些设备力系统造成的失效与损坏事故的发生率逐年增高。第三，随着城市建筑物的增高，收发雷电的几率也增大。一个雷电的电磁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。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。雷电危害 雷电具有很强的破坏性，主要有直击雷、雷电感应、雷电波侵入和地电压反击四种形式。其中又以感应雷和电压反击对弱电设备破坏能力最强。当天空的雷雨产生雷击时，其将携带高负荷雷电脉冲、电压及电流，以电磁波形式无规则释放，从而导致雷区域15公里范围内(视雷电波强度而定)所有带金属的导线(如高空架设天线、有线电视电缆、通信电缆、供电系统电缆等)，在瞬间内感应到相应强度的脉冲电压及电流，这些电流沿着电器设备上的各种电源电线或信号电缆进入电器设备内部，在雷击电压超过电器设备额定抗电压的瞬间击坏内部器件；主要原因是由于连接在电器上所有电线电缆所带的电压高低不等，高电压就会往低压冲去，形成电流，从而将电器设备局部击坏，造成整个设备系统瘫痪，严重时甚至把整机击毁，甚至触及到人身安全。 雷电的电磁效应：雷云对地放电时，位于雷击点附近的导线上， 将产生感应过电压，其幅值一般可达几十万伏，它会使电气设备绝缘发生闪络成击穿，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡。雷电在放电过程中，呈现出电磁效应、热效应以及机械效应。它对建筑物、电气设备及人身都有很大危害。 雷电的热效应：雷电流通过导体时，会产生很大的热量。在雷电流的作用下，会使导体熔化。在实际运行中观察到避雷线烧熔断股现象，都与雷电流的热效应有关 雷电的机械效应：强大的雷电流的机械效应表现为击毁杆塔和建筑物，劈裂线路的木电杆和木扁担。雷电的形式 直击雷：大气中带有电荷的雷云对地电压可高达几亿伏，当雷云对地面突出物的电场强度达到空气的击穿强度时，产生的放电现象称为直击雷。 感应雷：感应雷又称雷电感应，分为静电感应和电磁感应。静电感应是雷云接近地面时，在地面突出的建筑物顶部被感应出大量的异性电荷，一旦雷云与其它异性雷云放电后，骤集在该建筑物顶部的感应电荷就失去束缚，以雷电波的形式高速传播形成的。电磁感应是发生在雷击后，雷电流在周围空间产生迅速变化的磁场，在附近的金属导体上感应出很高的电压。 雷电侵入波：由于雷击在架空线路的导线上或架空的金属管道上产生的冲击电压，沿着线路或管道的两个方向迅速传播的雷电波称为雷电侵入波。 雷电防护措施 1、拦截信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针（避雷带、避雷网）法。尽管避雷针对于电子信息设备有很多负作用，对其应抱趋利避害、积极、稳妥的态度，采取有效的技术措施予以抑制。2、屏蔽屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的，一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播，二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种。 （A、静电屏蔽（电场屏蔽）：是为了消除和抑制静电电场的干扰。 B、磁场屏蔽：是为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。磁场屏蔽又分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种情况。C、电磁场屏蔽：一般在远离干扰源的空间单纯的电场或磁场是少见的，干扰是以电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射的形式发生的。雷电电磁脉冲在远场条件下可看作平面电磁场传播。因此，应同时考虑电场和磁场的屏蔽。D信号传输电缆的全屏蔽电缆的屏蔽是一项很重要的技术措施，它要求对机房内、外所有架空、埋地的电缆都用金属层屏蔽起来，以防雷电电磁脉冲的干扰，这称作全屏蔽。当全屏蔽电缆接触或穿过另一金属部分时，还要采用中间接地点。因此，全屏蔽电缆要求多点接地。） 3、均压均压也称电位均衡连接（简称等电位连接）。就是把所有导体相互作良好的导电性连接，并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接，带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器（即避雷器、地线隔离器）和所有导体组成一个电位补偿系统。其作用，一是为雷电流提供低阻抗的连续通道，使其迅速导入大地泄放。二是使系统各部分不产生足以致损的电位差。即在瞬态现象存在的极短时间里，通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起五个等电位区域。这个区域相对于外界可能存在着数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不能存在显著的电位差，从而达到保护设备和人身安全的目的。4、分流 分流是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能多、尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。 （ A、前级评估模式用于评估LPZ0B区与LPZ1区交界处的雷电流分配情况。该级的雷电流用10/350波形表示。B、后续评估模式用于评估LPZ1区以后各级保护区交界处的雷电流分配情况。由于用户侧绝缘阻抗远大于避雷器放电支路处外线路的阻抗，进入后续防雷区的雷电流将减少。该区域的雷电流用8/20s波形表示。）5、接地接地是分流和泻放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一，也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放，从而保护建筑物、人员和设备的安全。没有良好的接地系统或者接地不良的避雷设施会成为引雷入室的祸患；避雷装置接地不好，还提供了雷电电磁脉冲对电气和电子设备产生电感性、电容性耦合干扰的机会。防雷技术目前我国虽然有多种，但原理不外乎三种方法避雷。 第一、分合式避雷器采用断开法，在雷击时快速将电源断开，保护设备。优点：工程简单。缺点：雷击时间极短（以纳秒计算），有时还来不及完全断开，雷电脉冲电流已经让电器设备遭到重创，同时当今人们的生活和工作，也不允许电器设备随意断电；因此缺点非常明显，并不能够较好防雷，效果也就可想而知。因此会被逐步放去选用。 第二、接地式避雷器是利用地泄法，原理：把雷击电流直接引入大地，避免电器受到雷击，但是需要有完善的埋地线工程。优点：可以把雷电完全泄放掉。缺点：会给高层楼宇的住户、或高山、黄土等放电不理想地方的安装带来极大施工不便，这种环境下释放雷电效果也不理想，且年久必将被腐蚀。没有谁会去经常检查地线是否被腐蚀，有时环境也不允，要做到国家标准（阻值4欧姆），完全合格的费用几乎都是避雷器本身造价的数倍，甚至几十倍。地线如果做得不好，就无法起到避雷效果，雷电将直接把设备打坏。如果有一种能够同时解决以上的弊端就是非常理想的了。 第三、等电位避雷器 雷圣HL-20K避雷系列是我公司根据高压输变电检修工人穿上用导电性能良好的特殊工作服，能在数万伏 避雷器高压上带电作业而不被电击，这一等电位原理而研制和生产的一种新型等电位避雷器。 1、等电位避雷器的主要优点： a、避雷效果与接地无关，避雷器由于采用“等电位”处理技术，它的避雷效果与设备有否接地无关，从而免去安装传统的避雷器必须接地的麻烦。因此安装简单，使用方便。 b、延长电器高设备的使用寿命 接地虽然电器没有遭受雷击损坏，但雷电脉冲长期冲击电器，致使各元器件电性能会受到一定破坏，影响电视机，电脑等设备的使用寿命。安装等电位避雷器后，对电器设备保护尽忠职守，万无一失。 c、体形虽小，但保护设备本事很大 电器都是因巨大的雷击电流作用下设备或元器件发热而损坏。发热的能量与电阻、电流和作用的时间成正比。雷击时电流虽然很大，但避雷内阻很少作用时间很（820微秒），发热量也很少，所以它既能保护设备，它自身也不会被损坏。再说，避雷器因为是电流型的，它能承受很高的雷击电压，只要不超过避雷器所承受的最大电流，即使雷击电压几万伏甚至更高都不怕。 d、电源。信号通道同时避雷，一举两得，免维护，既阻燃又防爆。 e、具有自动诊断和修改和修复内部故障功能。 f、安全警示功能：当防雷器完全损坏后，不输出任何电流，以此警告不能继续使用，这种警示功能是其他防雷器所不具备的雷电的保护设施 一 直击雷设施 ：各种规格的避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等 避雷针：对于直击雷可以采用避雷针，避雷针由三部份组成：最上部份叫受电端，中间是导电线，下部份是接地体。当雷雨云接近避雷针时，它会感应出大量的异性电荷，通过导电线和受电端向空中放电与雷雨云中的电荷中和减弱雷雨云的电场强度，达到防雷目的。如受电端果是直击雷，避雷针可以把雷电流引入大地，从而起到保护作用。 避雷针是保护电器设备，建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它是由针尖接闪器 ，支持物，接地引下线及接地体组成，其保护作用是尖端放电。当发生在雷电放电的先驱阶段(先驱通路和这个接地物体间每单位长度的电位差称电位梯度)，电位梯度越大空气绝缘也就越易破坏，于是放电的路径就朝高的接地物延伸，这就说明避雷针是把雷电吸引过去的，这样就减少雷电向附近放电的可能，另外建筑物的各部位，在避雷针保护范围内，就可以免受直接雷击。 避雷线：也称架空地线，它是悬在高空的接地导线，其作用和避雷针一样，当雷云放电时，避雷线将雷电引向自己，并安全地将雷电流导入大地。保护线路及电气设备免受直击雷害。 避雷带网：与避雷线相似，用于建筑物防雷，敷设在建筑物顶上。避雷带网多采用为3570mm2的镀锌钢铰线或元钢设制，引下线应有足够的截面，其接地装置的接地电阻一般保持在10以下。 避雷器：避雷器是用来限制作用于线路绝缘和电站绝缘上的大气过电压的，这种过电压波浸入变电所，将给变电所电气设备带来严重危害，在导线上装设避雷器、使之保护电气设备免遭雷电侵入波的危害。避雷器的型式主要有阀型避雷器、管型避雷器、金属氧化物避雷器等。 保护间隙：保护间隙是较简单的防雷设备。在架空线路正常运行的情况下，间隙对地是绝缘的，而当线路遭受雷击时，间隙的空气被击穿，将雷电流泄入大地，使线路绝缘子或其它电气设备的绝缘上不致发生闪络，起到了保护作用。 二 对感应雷的防护 为了防护感应雷对供电线路，传输电缆和架空天线及高层导电线建筑的破坏，可以在线路上安装碳化硅阀型避雷器或金属氧化物（如氧化锌）避雷器、；对于高层建筑，可将建筑物内的金属设施联合接地；对于非金属屋顶，可加装金属防护网并可靠接地。这些措施虽然有效，但有时也难免遭受雷击，究其原因关键在于存在接地电阻，雷击电 接地体流经接地电阻产生很高电压，仍可将设备击坏，故避雷效果不理想。现在随着社会的进步，特别是电子技术迅速发展，防雷技术也在不断完善和提高。生产避雷器的厂家有增无减，各种类型用途的新型避雷器不断问世。等电位避雷器就是其中之一。三 各种电源信号浪涌保护器的核心元器件 阀片电阻、放电间隙、放电管、雪崩二极管、齐纳二极管、暂态抑制二极管、氧化锌电阻等。建筑物综合防雷的设计 现代建筑物的综合防雷包括了直击雷、侧击雷、感应雷防护三大部分。建筑物防雷设施三大部分是从其对雷电的不同危害形式的防护功能上来区分的。一套完善的防雷设施，为了实现其对不同雷害的防护目的，必须采取接闪、分流、屏蔽、均压、接地等技术措施。因此，建筑物防雷设施应包括接地体、引下线、避雷网格、避雷带、避雷针、均压环、等电位、避雷器等八个技术环节。从设计到施工应分为两个阶段进行，第一阶段是随建筑物一体化施工的直（侧）击雷防护设施，其设计的目的是保护建筑物本身不受雷电损害以及尽最大可能去减弱雷击时对建筑物内的电磁效应，同时为建筑物内部设备的感应雷防护提供必要的基础条件，它的特点是与建筑工程的土建部分同步进行。第二阶段设计的目的是保护建筑物内的弱电设备安全，如通信系统、计算机系统、家用电气等，即建筑物防雷设施的感应雷防护部分，它的特点是与建筑工程设备安装同步进行。在第二阶段中应特别强调的是在安装计算机、通信设备等抗干扰（或过电压）能力比较低的电子设备前，首先必须弄清设备安装所在建筑物的直击雷防护设施的基本情况，包括：接闪器、网格、防雷接地体的形式及工频电阻值、等电位连接、引下线分布、动力进线形式、高低压避雷器安装等情况；高层建筑还要了解均压环和玻璃幕墙接地的形式及过渡电阻值等基本设计参数，才能确定机房的位置，缆线的分布，接地系统的形式和限压分流等技术方案。否则，脱离实际的设计将带有很大的盲目性。防雷的注意事项1. 不要成为至高点。在旷野、屋顶、水面时，尽量降低高度。不要躲在高大的树和铁塔旁边，要躲在山洞、低洼地带，也可以躲在车内、船内。2. 躲雨不要选择易燃的工棚、茅房。这些地方一旦遭雷击，很可能起火，造成二次伤害。3.4.5. 待添加的隐藏文字内容3雷雨天，如果要拔插头，一定要在打雷前拔。如果听到雷声很大、很近，不要去拔插头，因为不少民房上面都有架空线路，遭雷击后很容易感应过电压。4.不要在打雷时使用热水器，特别是太阳能热水器。不少住户喜欢在屋顶上安装太阳能热水器，这些热水器很容易超过避雷带，很容易遭电击。雷电的人体预防注意事项 雷电的电压很高，约为108109V，瞬间的电流强度可达几万到几十万安，因此，1次雷电的放电时间虽然只有1%s左右，但其释放出的能量大得惊人，人遭雷击时，电流迅速通过人体，可引起心跳骤停，脑组织缺氧而死亡。所以人体预防雷电的袭击很重要。 在家中遇雷雨时，将收音机、电视机关上，将室外天线的插头拨下，不要使用电话。并关好门窗、防止球状闪电进入室内伤人。 在野外遇到雷电，人体位置要尽量降低两脚尽量靠拢，最好选择干燥处下蹲，以减少暴露面积和触地电位差，千万不要站在大树下躲雨，亦不要穿着湿衣服在电杆下行走。更不要在水面上活动，不应举高金属物体在田野中总结 面对越来越多的雷电灾害，人们提高防雷及自救常识至关重要，而民间一直流传着这样一种封建迷信说法：雷击是报应。这使得那些雷击死亡者的亲属们，在忍受丧亲之痛的同时，还要背上沉重的思想包袱。了解了雷电形成的真正过程和原因之后，我们就会知道这种说法是多么的荒谬。其实，雷电的形成完全是一种自然现象当高空有冷空气入侵，形成较强热力对流时，便容易产生较为强烈的雷电、冰雹、强降水等对流天气。雷电击中人，与被击者所处的位置、靠近的物体有很大关系，与所谓报应没有任何关系。因此希望大家能以科学为依据正确的做好防雷措施，保护自己的人身安全。