雷电安全防护

任一时刻，全球表面连续发展着大约1000个雷暴。地球上每天约发生800万次云对地的闪电，平均每秒钟有100次。雷电危害雷击引发的爆炸事故图例2001年5月8日，惠州市秋长镇元翔化工厂遭雷击引发爆炸，死6人，伤14人，厂房基本全毁。雷击引起的火灾建筑物被烧毁加油站遭雷击烧毁的图例2000年8月26日，高州市根子镇加油站因建成后防雷设施未经验收便投入使用，且历年来拒绝检测，终致遭遇雷击，导致3个储油罐毁坏变形，3台加油机烧毁。易燃易爆仓储设施遭雷击后变形图例2001年9月6日，江门市农药厂4号甲醇罐遭雷击后变形。雷电波侵入造成的危害图例雷电波沿电力和通讯线路侵入的危害电路板及元器件损坏配电柜被损坏配电柜遭雷电波侵入被损坏雷电波侵入造成的危害图例雷击建筑的现场图例广东惠阳市元祥制品厂遭雷击现场图雷电是一种自然现象。关于雷云起电的学说有很多，近年来较为常见的一种说法是：地面湿气因受热而上升，或空中不同冷、热气团相遇，凝成水滴或水晶，在其运动过程中水滴受湿气流碰撞而破碎分裂，并形成一部分水滴带正电、一部分水滴带负电，这种分裂可能在具有强烈涡流的气流中发生，上升气流将带负电的水滴集中在雷云的上部，或沿水平方向集中到相当远的地方，形成大块带负电的雷云；带正电的水滴以雨的形式降落到地面，或保持悬浮状态，形成带正电的雷云。雷电成因由于电荷的不断积累，不同极性的云块之间的电场强度不断增大，当某处的电场强度超过空气可能承受的击穿强度时，就形成了云间放电。不同极性的电荷通过一定的电离通道互相中和，产生强烈的光和热。放电通道所发出的这种强光，即称之为“闪”；而放电通道所发出的热，使附近的空气突然膨胀，发出霹雳的轰鸣，即称之为“雷”。电场强度值约为120V/m，站在地面的人在头与脚之间约有200V的电势差;雷电的特征：雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象，同时伴随有雷声，具有高电流（约数十至数百千安）、高电压（几百万到几千万伏）、变化快、放电时间短、辐射强等特征。雷击：当天空中有雷云的时候，因雷云带有大量电荷，由于静电感应作用，雷云下方的地面和地面上的物体都带上与雷云相反的电荷。雷云与其下方的地面就成为一个已充电的电容器，当雷云与地面之间的电压高到一定的时候，地面上突出的物体会放电•尖端放电（实验演示）雷电的种类1．直击雷2．球形雷3．雷电感应4．雷电侵入波直击雷是云层与地面凸出物之间放电形成的。直击雷可在瞬间击伤击毙人畜。是一种球形，发红光或极亮白光的火球。球形雷能从门、窗、烟囱等通道侵入室内，极其危险。球形雷球状闪电---通常都在雷暴之下发生，它十分光亮，略呈圆球形，直径大约是20至50cm。通常它只会维持数秒，但也有维持了1-2分钟的纪录。更神奇的是它可以在空气中独立而缓慢地移动。有的目击者看见它像火球掉地上又弹回空中消失。有少数目击者说它会随着金属物品走，例如电话线，但多数人都说它的路径不定。绝大部份目击者都说它是横向移动的。在它短短几秒的生命中，它的光度、形状和大小都保持不变。惨痛教训2007年5月23日下午4:34分，重庆市开县义和镇兴业村小学突然遭遇雷击。目前已查明，本次雷击共造成该小学四、六年级学生伤亡46人，其中，死亡7人，重伤19人，轻伤20人。兴业村小学位于开县义和镇兴业村5组（距开县县城50公里），共有二年级、四年级、六年级3个教学班，学生总人数152人。5月23日下午4时许，开县电闪雷鸣，突降雷阵雨，正在上课的兴业村小学四、六年级两个教学班95名学生遭到雷击。通过核实，该学校教室为砖石墙体的四合院平房，教室楼顶没有安装避雷设施。遭雷击的开县义和镇兴业村小学教室遭雷击坏的教室窗台口惨痛教训惨痛教训遭遇雷击后的教室（室内）惨痛教训惨痛教训惨痛教训5月23日下午16:00-16:30，义和镇兴业村小学教室多次遭受雷电闪击，并伴有球形雷的发生，当雷电直接击中教室金属窗时，由于该金属窗未做接地处理，雷电流无处泄放，靠近窗户的学生就成了雷电流泄放入地的通道，雷电流的热效应和机械效应导致学生出现伤亡。教室旁边的钢质旗杆无明显雷击痕迹，可排除引雷的可能。多次雷电闪击、球形雷是“元凶”对雷击产生的原因，专家分析的结果是：该校位置特殊，位于一山包上，位置相对突出；学校附近的水田、堰塘是可能吸引雷电的诱因；开县，特别是义和镇兴业村一直是雷电多发区；距离教室约2米左右有一排3棵大树，由于该排大树的存在，增加了教室遭受雷击的概率。针对该小学是否应该有防雷设施的疑问，气象专家介绍，参照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94，2000年）附录一，义和镇兴业村小学遭受雷击的教室的年预计雷击次数为0.0118次/a，少于0.06次/a。同时该建筑物高度不足15米，因此根据《建筑物防雷设计规范》第2.0.4条、第3.1.1条规定，该教室可不做强制性的防雷处理。感应雷电:分为静电感应和电磁感应两种。静电感应是由于雷云接近地面，在地面凸出物顶部感应出大量异性电荷所致。在雷云与其他部位放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，以雷电波形式，沿突出物极快地传播。电磁感应是由于雷击后，巨大雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致。这种磁场能在附近的金属导体上感应出很高的电压，造成对人体的二次放电，从而损坏电气设备。1.雷暴日二、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。郑州市21.4开封市28.2洛阳市24.8平顶山市28.9焦作市26.4安阳市28.6濮阳市28.0信阳市28.8南阳市30.6卢氏25.4驻马店31.4固始36.3商丘市25.0三门峡24.3新乡24.1许昌25.5栾川25.2鲁山31.1淮阳24.1西峡40.0汝南28.9泌阳32.3年平均雷暴日数凡有雷电活动的日子，包括见到闪电和听到雷声，由当地气象台统计的，多年雷暴日的年平均值称为年平均雷暴日数。年平均雷暴日数不超过15天的地区称为少雷区，多于40天的地区称为多雷区。我国的雷暴总体呈南多北少的特点，雷暴活动多发地集中在华南、西南南部以及青藏高原中东部地区，年雷暴日数在70天以上，其中云南、海南、广西3省(区)的部分地区超过100天，相当于一年有接近1/3天数都有雷电活动，可见云南、海南、广西是我国雷暴发生最多的地方。雷暴活动中等的地区主要集中在江南、西南东部、西藏、华北北部、西北部分地区，年雷暴日数在40~70天之间。东北、华北、江淮、黄淮、江汉、西北东部及内蒙古中部和东部的雷暴活动较少，年平均20~40天，西北地区大部、内蒙古中西部更少，不足20天。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。年平均雷暴日为20d/a以上地区的雷电流幅值的概率表达：式中：P-雷电流幅值的概率，%；ISM-雷电流幅值，kA。年平均雷暴日为20d/a以下的地区，雷电流幅值的概率可用下式表达：雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，如图所示。成半余弦波形的雷电波可分为波头和波尾两部分，一般在主放电阶段1～4μs内即可达到雷电流幅值。雷电流从0上升到幅值的波形部分，称为波头；雷电流从下降到1/2的波形部分，称为波尾。雷电流波形示意图3.雷电流陡度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。雷电流陡度越大，对电气设备造成的危害也越大。由于雷电流具有极大的幅值和陡度（雷电流升高的速度），在它周围的空间里，会产生强大的变化的电磁场。处在这一电磁场中的导体会感应出很高的电动势，它可以使构成闭合回路的金属物体产生强大的感应电流。若回路中有些地方接触不良，就会产生局部发热，若回路中有间隙就会产生火花放电。这对于存放易燃或易爆物品的建筑物是十分危险的。为了防止电磁感应引起的不良后果，应将所有互相靠近的金属物体进行等电位联结接。4．雷击冲击过电压雷击时的冲击过电压很高，直击雷冲击过电压可用下式表达：tiIEDddLiRU前一部分决定于雷电流的大小和雷电流通道的电阻；后一部分决定于雷电流通道的电感。直击雷冲击过电压可高达数千千伏。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。雷电破坏效应1、电流的热效应：闪电时电流强度高达几万安培，历时约数十微秒，通道高温可达6000-10000℃，在接触点所产生的热量可使3.8毫米厚的铁板熔化，极易引起火灾；2、热效应带来冲击波效应（爆炸效应）；雷电放电时能使物体产生数万度高温，空气急剧膨胀扩散，产生冲击波，具有一定的破坏力；雷电破坏效应3、电流的电动力效应；雷击爆炸作用和静电作用能引起树林、电杆、房屋等物体被劈裂倒塌；雷电流在周围空间形成强大电磁场。电磁感应能使导体的开口处产生火花放电，如有易燃，易爆物品就会引起爆炸或燃烧。而在闭路导体中，因强大的感应电流也会引起燃烧。放电前，地面金属物感应出大量异号电荷，放电后，感生的电荷来不及立即消失，产生几万伏的高电压，会对周围放电而出现感应雷的雷击现象放电时，闪电通道周围的导体上有强大的感应电动势产生，在导体间隙处，强电场可导致空气击穿放电直击雷、感应过电压沿导电线路窜入室内，危及人身安全，毁坏电器设备4、雷电感应危害4、雷电场的静电感应效应5、电流的电磁感应效应由于雷电流有极大的陡度和强度，di/dt值极大，因此电磁的效应特别明显；依据电磁定感应律，瞬间变化的磁场会在附近的回路中感应电压（如图）。假如一个5m*5m的开口金属框（如图），在雷电流烽值为100kA时，距离雷击点200米处也可以感应到1KV左右的电压；5、电流的电磁感应效应；往往可通过不合理的布线形成的回路、并行附设的线路以及一些构成更大空间回路的线路的引入（因为线路本身也有自感抗的存在）。6、地电位反击和旁侧闪络雷电落地点由于巨大的电流使得地电位升高，从而使接地的设备外壳与附近的导电部分之间产生高电压，达到一定的值就会产生反击放电，给设备或人身造成危害.当这种高电压在不采用共用地网的地网之间或设备内部发生的闪击称地电位反击7、雷电侵入波雷电冲击波是由于雷击而在架空线路上或空中金属管道上产生的冲击电压沿线或管道迅速传播的雷电波。雷电侵入波可毁坏电气设备的绝缘，使高压窜人低压，造成严重的触电事故。7、引入高电压雷电引入高电位，主要是指直接雷击或通过雷电感应从电源线路、数据传送线路、信号线路、金属管道引入高电压到建筑内，发生闪击而造成的雷击事故。注：架空或埋地引入的线路都有可能引入。（地电位引入，线路因电磁感应引入，直接接闪引入）。雷电的高电位反击通常是指受直接雷击的金属体（包括避雷针、引下线、接地体），由于本身阻抗的存在，在接闪的瞬间，会引起接闪点对地或其他部位的电位瞬间抬升很高并与附近的其他金属体发生的闪击现象，有称旁侧闪络。8、雷电对建筑的危害建筑物在遭受雷击时，雷电流将沿建筑的防雷装置系统的各引下线和几地体汇如大地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电位（多种形式的过电压），这些高电压会对一些没有作等电位连接的进出建筑物的各种金属线路或管道以及其他接地的金属体、等可导电的人、物发生闪击。建筑物和构筑物防雷等级分类：工业建筑物和构筑物分类第一类：使用和储存大量爆炸危险物，电火花会引起强烈爆炸，造成巨大破坏和人身伤害。如火药制造、乙炔站、电石库、油气提炼车间等；第二类：使用和储存大量爆炸危险物，但电火花不会引起强烈爆炸，或不致造成巨大破坏和人身伤害。如油漆制造车间、氧气站、易燃品库等；第三类：除一、二类以外，其他需要防雷的。建筑物和构筑物防雷等级分类：民用建筑物和构筑物分类第一类：具有生大政治意义的建筑物。如国家重要机关办公楼、国际机杨、大会堂、大型火车站、大型体育馆、大型展览馆等；(1)国家级重点文物保护的建筑物；(2)国家级的会堂、办公楼、档案馆、大型展览馆、国际机场、大型火车站、国际港口客运站、国宾馆、大型旅游建筑和大型体育场等。(3)国家级计算中心、通信枢纽，以及对国民经济有重要意义的装有大量电子设备的建筑物。第