电气安全第四章雷电建筑物防雷及工程接地.docVIP

第三章 雷电、建筑物防雷及工程接地装置 雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象，而雷电流通过地表的被击物时，具有极大的破坏性。为了计算研究雷电过电压和采取有效的防雷措施，人们对雷电进行了长期的观测，积累了不少的有关雷电参数的资料，并研究雷电产生的过程和规律，为防止雷电的危害，采取有效措施奠定了理论基础。 第一节 雷电与雷电参数 一、雷电的形成及危害 1、雷电的形成 大气中带有电荷的云团称为雷云，雷云是产生雷电的先决条件，雷电包括雷云对大地放电和云团放电，但研究重点是雷云对大地间的放电形式。按雷电发展方向，雷电可分为下行雷和上行雷，而雷电的极性是按照雷云完成大地的电荷符号决定的，实例表明，90%左右的雷电为负极性，下行的负极性雷对地放电可分为三个阶段：先导放电、主放电、余辉放电。 （1）、雷电的先导放电过程： 雷云带有电荷后，往往电荷集中在几个带电中心，当某一点的电荷较多，且在他附近的电场强度达到足以使空气游离击穿时（ 25-30kv/cm），空气开始游离——形成先导放电通道（通道导电性好，温度高）——云中电荷沿先导通道向下运动——强度达到一定值会又引起空气游离——先导放电逐级发展（一般每发展50m左右就会有一个30-90us的间歇），故先导放电平均速度较慢。先导通道发展初期，其方向不固定，当它距地面高度达到一定值时（定向高度），在地面上的突出物可能产生向上的迎面先导，且迎面先导面向下行先导发展形成主放电并决定雷击点。 当先导通道的头部与迎面先导上的异号感应电荷或与大地之间距离较小，在下行先导极高电位下，可把剩余空气间隙击穿，便形成放电第二阶段——主放电 （2）、雷电的主放电阶段： 当先导通道头部与大地短接时，主放电阶段开始。主放电阶段先导通道成为更高电导的通道，且发展速度较快，（0.07-0.5倍光速），主放电是从地面向云中发展，当主放电通道达到云端时，主放电结束。 主放电持续时间不超过100us，电流幅值可达几十KA甚至几百KA，电流的瞬间值是随主放电向高空发展而逐渐减小，形成雷电流冲击波形，主放电时通道中会发生声、光、热现象且电流突变产生的较大磁场变化具有很大破坏作用。 （3）、余辉放电阶段： 主放电结束后，云中剩余电荷沿雷电流通道迅速流入大地，形成余辉放电，其电流是逐渐较弱的，持续时间几毫秒。 由于云中存在几个电荷电 ，极雷电往往是重复的，有时重复2-3次，通常第一次放电后经过几十毫秒间隔沿第一次放电通道又开始第一次放电，不同之处在于先导放电不再分级，雷电流较第一次小。 经统计每次放电对地泄放电荷总量在很大范围变化（不足1库至几百库），平均35C。其中30%-50%是余辉放电沿主放电通道接入大地。 2、雷电的危害： （1）、破坏作用的四种基本形式： 1）直击雷：雷直接击在建筑物或其他物体上。特点：过电压高(可高达几百万甚至上千万伏)、电流大（可达几十KA甚至几百KA）、危害大。 2）感应雷：由于雷电流强大电场和磁场变化产生的静电感应、电磁感应过电压。特点：过电压较低（一般不超过500kv），电流小，危害相对较弱。 3）雷电波侵入：雷电过电压沿输电线路侵入变电所或用户而造成较大伤害。 4）球形雷：一个温度较高，并发出红色光亮的球体。（一般直径约10-20cm以上） （2）、雷电的危害： 1）热效应：雷击点发热量约为5000-20000MJ，易造成燃烧及金属熔化。 2）机械力效应：雷电流通过温度很高，一般为6000-20000度。被击物内部水分变热急剧汽化，因膨胀会产生机械力，破坏被击物。 3）雷电流的电磁效应：强烈的电磁场变化会感应出较大电磁场，危及设备安全。 二、雷电参数 1、雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流的幅值： （1）、等值电路： 雷电放电过程如下图所示若大地为一理想导体，雷云放电所至之处电阻为零，设先导通道电荷感应为负，主放电速度极快（实则为光速的0.1-0.5倍），实践表明：雷电通道具有分布参数的特征，其波阻抗为Z，等值电路略。若雷击于具有分布参数特性的避雷针，线路塔杆、地线或导线，则雷电流运动流过被击物体的电流波幅值可以计算。结论：流经被击物体的雷电流与被击物波阻抗Z有关，Z越大雷电流越小。雷电流幅值：当Z=0时，流经被击物体的电流叫做雷电流。 实际上雷击于小于30Ω接地电阻的物体时，就可以为流过该物体电流等于雷电流。 （2）、雷电流幅值： 雷电通道波阻抗Z是沿雷击通道运动的电压波与电流波的比值。有关规程中波阻抗Z取300-400Ω。 雷电流应为一非周期冲击波，其幅值与被击物及自然条件有关，是个随即变量，只有通过大量实例，才能正确估计其概率分布规律。 2、雷电流的波形： 雷电流的波头和波尾都是随即变量，其平均波尾为40us左右，中等强度以上雷电流其波头大致在1-4us，幅值增加，