雷电和静电安全及防护.doc

单元四雷电和静电安全及防护

雷电和静电有许多相似之处。雷电放电与静电放电都有一些相同之处；雷电和静电的主要危害都是引起火灾和爆炸等。但雷电与静电电荷产生和聚积的方式不同、存在的空间不同、放电能量相差甚远，其防护措施也有很多不同之处。本单元将分别介绍雷电和静电的特点及安全防护知识。

4．1雷电安全
雷电是一种自然现象，雷击是一种自然灾害。雷击房屋、电力线路、电力设备等设施时，会产生极高的过电压和极大的过电流，雷电放电时，可能造成设施或设备的毁坏，可能造成大规模停电，可能造成火灾或爆炸，可使电气设备绝缘击穿，使建筑物造成破坏，使家用电器击毁，致人及牲畜死亡或受伤等。

一、雷电的种类
1、直击雷
直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。直击雷的每次放电含有先导放电、主放电、余光三个阶段。大约50％的直击雷有重复放电特征。每次雷击有三、四个冲击至数十个冲击。一次直击雷的全部放电时间一般不超过500ms．

2、感应雷
感应雷也称作雷电感应，或感应过电压，分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷是由于带电积云在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷，在带电积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导电凸出物的传播。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场在邻近的导体上产生的很高的感应电动势。
雷电感应过电压决定于被感应导体的空间位置及其与带电积云之间的几何关系。雷电感应过电压可达数百千伏。

3、球雷
球雷是雷电放电时形成的发红光，橙光、白光或其他颜色光的火球。从电学角度考虑，球雷应当是一团处在特殊状态下的带电气体。有人认为，球雷是包有异物的水滴在极高的电场强度作用下形成的。在雷雨季节，球雷可能从门、窗、烟囱等通道侵入室内。
此外，直击雷和感应雷都能在架空线路或在空中金属管道上产生沿线路或管道的两个方向迅速传播的雷电冲击波。

二、雷击的分类
雷击分为直接雷击和感应雷击两种。雷云对地面物体或人畜直接放电的现象叫直接雷击；架空电缆或室外天线被空中带电云放电，形成的强电场的感生电动势冲击家用电器或电子设备的现象叫感应雷击。

三、雷电参数
雷电参数是防雷设计的重要依据之一。雷电参数系指雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、冲击过电压等电气参数。

1.雷暴日
为了统计雷电活动的频繁程度，经常采用年雷暴日数来衡量。只要一天之内能听到雷声的就算一个雷暴日。通常说的雷暴日是指一年内的平均雷暴日数，即年平均雷暴日，单位d/a。雷暴日数愈大，说明雷电活动愈频繁。
山地雷电活动较平原频繁，山地雷暴日约为平原的3倍。我国广东省的雷州半岛(琼州半岛)和海南岛一带雷暴日在80d/a以上，长江流域以南地区雷暴日约为40~80d/a，长江以北大部分地区雷暴日约为20~40d/a，西北地区雷暴日多在20d/a以下。
我国各地雷雨季节相差也很大，南方一般从二月开始，长江流域一般从三月开始，华北和东北延迟至四月开始，西北延迟至五月开始。防雷准备工作均应在雷雨季节前做好。

2.雷电流幅值
雷电流幅值是指主放电时冲击电流的最大值。雷电流幅值可达数十至数百千安。

3.雷电流陡度
雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度。雷电流冲击波波头陡度可达到50kA/μs，平均陡度约为30kA/μs。

4．雷击冲击过电压
直击雷冲击电压可高达数千千伏。

四、雷电的危害
由于雷电具有电流很大、电压很高、冲击性很强等特点，有多方面的破坏作用，且破坏力很大。就其破坏因素来看，雷电的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以及电磁效应。

1．雷电的热效应
雷电流在被击中物体内导致可观的焦耳热，使被击中物体内温度发生非常猛烈的上升，结果导致被击中物体燃烧或熔化。通常情况下，尽管雷电流的峰值很高，但由于持续时间很短，只能产生局部瞬时高温，使雷击点处局部体积的金属发生熔化。对于大体积的金属，雷电流产生的热效应的熔化能力是相当有限的。遭到雷击的架空明线若线径较细就有可能断线，避雷针在经受雷击之后，针表面会留下小的坑点，对整个避雷针并无大碍。如果雷击发生在易燃易爆场所，就会因高温而引起火灾。特别是球形雷，所到之处，几乎都被烧焦。1987年5月黑龙江大兴安岭火灾、1989年8月黄岛油库火灾、2002年8月内蒙古大兴安岭火灾、今年4月云南大理的森林火灾都是雷电引起的，造成的直接经济损失近100亿元。

2．雷电的机械效应
载有电流的一段孤立导体会受到沿半径方向向内的自压缩力。在导体表面磁场强度达到很大时，将会出现强烈的的机械扭曲。径向自压缩力也会使被雷击物体的温度上升，但导致温升的主要因素还是雷电流产生的焦耳热。
雷击物体时，材料的屈服点会由于焦耳热而降低，径向自压缩力有可能超过材料