防雷基础知识Word文件下载.docx

1、平流层顶到85公里左右之间的气层。D、热成层：从中间层顶到250公里的距离（太阳宁静时）或500公里左右（太阳活动强烈时）之间的气层，该层的空气受到太阳强烈的紫外线辐射作用而处于高度的电离状态。南、北极附近的极光现象就出现在该层。E、外 层：一般指500公里以外的大气范围。3、威尔逊假说（Wilson）：至今尚未有一种被公认为无懈可击的完整学说，威尔逊假说被认为比较完善并经常被推荐的假说。以下是这种假说的概述： 根据大量科学测试可知，地球本身就是一个电容器，通常带了稳定地带负电荷50万库仑左右，而地球上空存在一个带正电的电离层，这两者之间便形成一个已充电的电容器，它们之间的电压为300KV左右

2、，并且场强为上正下负。当地面含水蒸气的空气受到炽热的地面烘烤受热而上升，或者较温暖的潮湿空气与冷空气相遇而被垫高都会产生向上的气流。这些含水蒸气的上升时温度逐渐下降形成雨滴、冰雹（称为水成物），这些水成物在地球静电场的作用下被极化，负电荷在上，正电荷在下，它们在重力作用下落下的速度比云滴和冰晶（这二者称为云粒子）要大，因此极化水成物在下落过程中要与云粒子发生碰撞，碰撞的结果是其中一部分云粒子被水成物所捕获，增大了水成物的体积，另一部分未被捕获的被反弹回去，而反弹回去的云粒子带走水成物前端的部分正电荷，使水成物带上负电荷。由于水成物下降的速度快，而云粒子下降的速度慢，因此带正、负两种电荷的微粒逐

3、渐分离（这叫重力分离作用），如果遇到上升气流，云粒子不断上升，分离的作用更加明显。最后形成带正电的云粒子在云的上部，而带负电的水成物在云的下部，或者带负电的水成物以雨或雹的形式下降到地面。当下面所讲的带电云层一经形成，就形成雷云空间电场，空间电场的方向和地面与电离层之间的电场方向是一致的，都是上正下负，因而加强了大气的电场强度，使大气中水成物的极化更厉害，在上升气流存在在情况下更加剧重力分离作用，使雷云发展得更快。从上面的分析，好像雷云总是上层带正电荷，下层带负电荷。实际上气流并不单是只有上下移动，而比这种运动更为复杂。因此雷云电荷的分布也比上面讲的要复杂得多。科学工作者的测试结果表明，大地被

4、雷击时，多数是负电荷从雷云向大地放电，少数是雷云上的正电荷向大地放电；在一块雷云发生的多次雷击中，最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。从观测证明，发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈。、静电及电磁感应1、静电感应：由于雷云的作用，使附近的导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和。其它导体上的感应电荷由于失去了电场的约束得到释放，如没有被中和或不就近泄入地中就会产生很高的电位。图 雷云下的静电感应当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等都由于静电感应的作用带上异性的电荷。由于从雷云的出现到发生雷击（主发电）所需要得时间相对于主放电过程的时间要长的

5、多，因此大地可以有充分的时间积累大量电荷。同样，与雷雨云先导通道下端靠近的电力线、信号线路的长导体受到很强的电场力作用，积聚起大量异性电荷，如图（a）所示，这些异性电荷与先导通道内的电荷之间有电力线相连，是被束缚住的。当下行的梯式先导接近地面时，产生回击放电，主放电通道的电荷与地面积累的大量电荷迅速中和而消失。这时长导线上积聚的电荷就可以自由运动，其产生的高电压沿导线以近似于光速向导线两端传播，这就称为感应过电压波，是一种脉冲波形式，如图（b）所示。根据1994年水利电力出版社的原苏联的学者BP拉里昂诺夫著高电压技术一书介绍，这高压脉冲波的峰值： U kehcp/bI 对于电力线ke = 30

6、式中：hcp长导线的平均悬挂高度b雷击点到长导线的最短距离I闪电电流这只是一个经验估计公式，但可以大概估计闪电电流对架空长导线上产生的感应过电压的强度。例如，在高压架空线路可达300-400KV，一般低压架空线路可达100KV，电信线路可达40-60KV，建筑物也可以产生相当高的有危险的电压。2、电磁感应： 由于雷电流的迅速变化，在它的周围有强大的瞬变的电磁场，处在这个电磁场中的导体就会感应出较大的电动势。如果在附近存在闭合的电路，电路上的感生电动势会使开口处放电，产生火花。1989年8月12日的黄岛油库大火就是这个原因引起的。1985年7月26日，上海北蔡仓库，因棉花包捆扎的铁丝断开，打雷时

7、产生火花引起一场大火。由于雷电流有极大峰值和陡度，在它周围的空间出现瞬变电磁场，处在这瞬变电磁场之中的导体会感应出较大的电动势。例如在避雷针引下线附近放置电子设备内有开口金属环，如图1所示，当有突发雷电流下引时，环上的感应电势足以使间隙a、b放电，损坏微电子设备内部结构或引起火灾。图1 电磁感应原理图 图2 5m5m金属环上的开口感应电势根据分析得知，在避雷针引下线附近开口金属环上最大感应电势：Em = 210-7lln（l + X）/Xd l /dt如果金属环边长l=5m，则金属环开口处的电压与金属环避雷针距离之间的关系如图3所示。图中闪击电流峰值分别选50KA、100KA（这是较常见的闪击

8、电流峰值）。通常雷电闪击电流波形前沿为25s，这里取2.5s。从图中可以看出，一个5m5m的开口金属框，在雷电流峰值为100KA时，距离雷击点200m处也可以感应到1KV左右的电压。机房微电子设备内一个很小的开口金属环，在紧靠避雷针引下线处放置，当有雷闪电流通过引下线入地时，在小金属环开口处可感应出高达几千伏的高电压，这高电压足以击坏附近的电子元器件，从而使这台微电子设备损坏。所以在机房内布置设备时，千万注意，设备应远离柱子，更应远离引下线放置。一些大件的具有金属柜体的电器设备（如主机、精密空调、UPS、电池等），以及通信信号柜架，甚至铝合金窗柜等必须接地良好，以策安全。、雷电的选择性A、易遭

9、雷击的地点：1、土壤电阻率较小的地方，如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方；2、山坡与稻田接壤处；3、具有不同电阻率土壤的交界地段。B、易遭受雷击的建（构）筑物：1、高耸突出的建筑物，如水塔、电视塔、高楼等；2、排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等；3、内部有大量金属设备的厂房；4、地下水位高或有金属矿床等地区的建（构）筑物；5、孤立、突出在旷野的建（构）筑物。C、同一建（构）筑物易遭受雷击的部位：1、平屋面和坡度1/10的屋面，檐角、女儿墙和屋檐；2、坡屋度1/10且1/2的屋面；屋角、屋脊、檐角和屋檐；3、坡度1/2的屋面、屋角、屋脊和檐角；4、建（构

10、）筑物屋面突出部位，如烟囱、管道、广告牌等。、雷击侵入设备的途径1. 直击雷：所谓直击雷，是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。一般防直击雷是通过外部避雷装置即：接闪器（避雷针、避雷带、避雷网、避雷线）、引下线、接地装置构成完整的电气通路，将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁，但雷电仍然会透过多种形式及途径破坏电子设备。2. 感应雷：所谓感应雷，是指雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。雷电在雷云之间或雷云对地的放电时，会在附近的电源线路、信号线

11、路、埋地管道、设备间连接线和铁路钢轨等等导体上产生静电和电磁感应过电压，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标，而一次雷闪击都可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压，并且这种感应高压可以通过电力线、电话线等传输到很远，致使雷害范围扩大。装有避雷针的建筑物，可以避免雷击损坏建筑物，但是在雷电从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候，雷电电磁脉冲可以通过避雷针的引下线和接地

12、系统地线产生很强的电场，建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压，这些感应电压的高低随着金属形状、距地线的距离和雷击大小而变（根据IEC 61312标准，当雷击击中建筑物时，即使装有避雷针，直击雷电流50%的通过引下线和接地系统入地，仍然会有大约50%的雷击能量仍会分配到各线路系统）一旦您的电源输入线、电话线、网络线或其它电子设备的金属引出、引入线感应到瞬间高压，避雷针就无能为力了。感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。3、球形雷：球形雷是一种特殊的雷电现象，简称球雷。一般是以橙或红色，或似红色火焰地发光球体，（也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的），直径一般约为10-20厘米，最大的直径可达一米，存

13、在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是3至5秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内，有的由烟囱或通气管道滚进楼房，多数沿带电体消失。4、电磁脉冲：由于雷电电流有极大峰值和陡度，因此在它的通道周围会出现很强的瞬变电磁场，处在这个瞬变电磁场中的导体就会感应出较大的电动势，而此瞬变电磁场，都会在空间一定的范围内产生电磁作用，也可以是脉冲电磁波辐射，而这种空间雷电电磁脉冲波（LEMP）是在三维空间范围里对一切电子设备发生作用。因瞬变时间极短或感应的电压很高，以致产生电火花，其电磁脉冲往往超过2.4高斯。现代银行、邮电

14、、证券机房或营业柜台通常应用计算机进行货币存取、信息传递与交换等业务，依据GB/T 2887-2000电子计算机场地通用规范标准这些场合对磁脉冲承受限度应小于800A/m，故在新机房建设或旧机房改造时应对防雷与磁屏蔽措施必须充分注意。5地电位反击：建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线、建筑物或附近的其他建筑物的外部防雷系统或其他自然接闪物（各种管道、电缆屏蔽管等）引入设备，造成设备的损坏。6：操作瞬间过电压：众所周知，当电流在导体上流动时，会产生磁场，储存能量，电流越大，导线越长，储能越大，所以当大型负载（特别是电感性负载

15、）电气设备开关时，便会产生瞬时操作过电压。第二部分、外部防雷装置、IEC LPZ防雷分区GB 50057建筑物防雷设计规范第六章:防雷击电磁脉冲第二节:防雷区（LPZ）按电磁兼容的原理把信息系统所在建筑物或构筑物按需要保护的空间由外到内分为不同的雷电防护区 （LPZ）,以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲的强度及应采取的防护措施。雷电防护区可分为：直击雷非防护区（LPZ OA）：本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有衰减。本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。LPZ0A天空

16、、没有避雷针保护的大楼外部、面没有顶棚等覆盖物的地面. 等等雷电可能会直接击中的的空间。如大楼顶部避雷针保护范围之外的空间。直击雷防护区（LPZ 0B）：本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。本区内的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应不可能遭到大于所选滚球半径雷电流直接雷击；但本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。LPZ0B没有避雷针保护的非屏蔽大楼内部、有避雷针保护的大楼天台受保护部分、避雷线下的电缆等等雷电不易直接击中的LEMP没有衰减空间。如大楼顶部避雷针保护范围之内的空间和没有屏蔽的大楼内部或有屏蔽大楼内

17、部的窗口附近。第一屏蔽防护区（LPZ1）： 本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各类导体的电流比LPZ 0B区进一步减小；且由于建筑物的屏蔽措施，本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减。LPZ1雷电不易直接击中，但LEMP因屏蔽而衰减的空间。如上述屏蔽大楼内部（不包含窗口附近）。第二屏蔽防护区（LPZ 2）：为进一步减小所导引的电流或电磁场而增设的后续防护区。LPZ2在LPZ1区内，再次屏蔽的空间。如上述屏蔽大楼的另外设立的屏蔽网络中心。第三屏蔽防护区（LPZ 3）： 需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感设备的后续防护区 。LPZ3在LPZ2区内，再次屏蔽的空间。如上述屏蔽网络中心内的机器

18、金属外壳内部，或接地的机柜内部。GB 50057建筑物防雷设计规范第六章防雷击电磁脉冲第二节防雷区（LPZ）第6.2.1条条文说明如下:将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。通常，防雷区的数越高电磁场强度越小。一建筑物内电磁场受到如窗户这样的洞的影响和金属导体（如等电位连接带、电缆屏蔽层、管子）上电流的影响以及电缆路径的影响。第6.2.2条:在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物做等电位连接，并宜采取屏蔽措施。如图,所有电力线和信号线从同一处进入被

19、保护空间LPZ1区，并在设于LPZ0A 或LPZ0B 与 LPZ1 区界面处的等电位连接带1上做等电位连接。这些线路在设于 LPZ1 与 LPZ 2 区界面处的内部等电位连接带2上再做等电位连接。将建筑物的外屏蔽1连接到等电位连接带1，内屏蔽2连接到等电位连接2。LPZ2 是这样构成，使雷电流不能导入此空间，也不能穿过此空间。接闪器、引下线、接地装置GB 50057建筑物防雷设计规范第四章:防雷装置外部防雷系统由接闪器（避雷针）、引下线、接地地网等组成。缺一不可。下面分别对以上三个主要因素的相关技术及安装进行描述。本部分主要讲的内容是对建筑物外部空气如何拦截雷电，把雷电流泄放入大地的问题。1、

20、接闪器：指直接拦截雷击，以及用作接闪的器具、金属构件和金属屋面等。其功能是把接引来的雷电流，通过引下线和接地装置因如大地中泄放，保护建筑物免受雷害。从公元1753年，富兰克林发明了避雷针以来，避雷针作为接闪器唯一的形式，延续了上百年的历史，从十九世纪以后，逐渐有出现了避雷线、避雷带和避雷网。其分类如下：避雷针、避雷线 、避雷带 、避雷网, 下面逐一介绍。A、避雷针 避雷针的制作规格避雷针宜采用圆钢或钢管制成，其直径不应小于下列数值：（GB50057-94.第四章.第一节）针长1m以下圆钢为12mm钢管为20mm针长1-2m圆钢为16mm钢管为25mm烟囱顶上的针圆钢为20mm钢管为40mm设计

21、依据：自Franklin发明避雷针以来，它的形状一直是尖的，并一直沿用到现在。但迄今尚没有大家一致接受的形状结构标准。避雷针的安装减少了建筑物被雷电的破坏，但它邻近的物体有时会遭到雷击。众所周知，避雷针实际是引雷针，但在什么样的条件下，下行雷电先导能被吸引到避雷针上进而产生回击，尚缺乏量化的研究。最近，美国佛罗里达州的国际雷电研究和试验中心（ICLRT）的理论研究专家，从理论分析计算、尖端放电过程的实验室测量、研究以及不同形状避雷针的现场测量和运行结果比较等方面，全面系统地研究了这一问题，得出结论认为：顶端钝的避雷针要优于传统上一直沿用的尖的避雷针，并进而提出了避雷针结构形状的具体设计。在当顶

22、云携带负极性电荷的情况下，空气中存在的自由电子，会被地面接地尖端的强电场吸引向尖端加速运动，因碰撞中性分子释放更多自由电子，从而产生雪崩现象，并在其后留下一个正离子形成的电荷柱。当环境电场足够强时，雪崩持续发生，其后的正离子电荷柱（即正先导）可以在环境电场的作用下持续向上传播，并和下行负先导连接而形成回击。虽然在常压下，产生电子雪崩的电场超过6MV/m，但正先导在约440kV/m的环境电场中即可持续传播。避雷针必须在其顶端一定距离范围内产生这种电场才能吸引下行雷；另外下行先导接近避雷针时，它所产生的电场增强率必须使正离子柱的累积伸展超过它因在电场作用下的迁移而被清除的速率。而头部钝的避雷针要比

23、尖的更能满足这些条件。将避雷针等效为接地的垂直细长半椭球体，可以计算其顶端电场增强因子随距离的变化。结果表明，形状尖的顶端（其曲率半径远小于椭球体半长轴高度），其电场随离开顶端的距离迅速减小。当距离等于一个曲率半径时，电场减弱为顶端的1/3。而钝的顶端，电场随距离的减弱要小得多。当距离超过6mm时，10mm半径的椭球体顶端附近的电场增强要远大于0.1mm半径的椭球体。计算还表明，曲率半径小于0.5mm的椭球体，在距离顶端超过0.25mm时，电场将小到不可能产生电子雪崩的程度。计算也表明，当下行负先导逼近时，在钝的椭球体顶端因电子雪崩的产生而形成的累积正电荷柱，其正离子因迁移和相互排斥而被清除（

24、因而使正先导不能向上持续传播）的时间要远大于尖的椭球体。根据以上分析，还进行了不同尖端形状避雷针的野外现场实验。在1994-2000连续7年的野外现场实验中，有12次雷电击中钝的避雷针，其直径在12.7-25.4mm之间，大多为19mm。但没有一次击中传统Franklin型避雷针及ESE型避雷针。报告还指出，在直径880mm的避雷针中，2025mm的避雷针更容易吸引雷电，且雷电击中部位约为距顶端3倍直径处。附录 主动式避雷针：近来国内市场经销一种叫主动式避雷针的产品，主要有来自法国和澳大利亚的产品，据厂家称，这此产品能够随大气电场变化而吸收能量，当存储的能量达到某一程度时，便会在避雷针尖放电，

25、尖端周围空气离子化，使避雷针上方形成一条人工的向上的雷电先导，它比自然的向上的雷电通道能更早的于雷雨云向下的雷电先导接触，形成主放电通道。这样，一方面可以使雷雨云靠该避雷针放电的几率增加，相当于避雷针的保护范围加大，或者相当于将避雷针加高。B、避雷线:接闪器最初的形式只是富兰克林所设计的磨尖的铁棒。20世纪初，在电力系统，为了使输电线路少受雷击，采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法，在实用中，由于它简单有效，逐步得到了推广。这种架设在输电线路上方的钢线，称之为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式，开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护，以后这种方式又有所改进。C、避雷带:在房屋建

26、筑雷电保护上，用扁平的金属带代替钢线接闪的方法称之为避雷带，它是由避雷线改进而来。在城市高大楼房上，使用避雷带比避雷针有较多的优点，它可以与楼房顶的装饰结合起来，可以与房屋的外形较好的配合，即美观防雷效果又好，特别是大面积的建筑，它的保护范围大而有效，这是避雷针所无法比的。避雷带的制作，采用扁钢，截面积不小于48mm2，其厚度不应小于4mm。D、避雷网:避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法（必要时还可以辅助避雷网），也叫做暗装避雷网。它是根据古典电学中法拉第笼的原理达到雷电保护的金属导电体网络。暗装避雷网是把最上层屋顶作为接闪设备。根据一般建筑物的结构，钢筋距面层只有6-7

27、cm，面层愈薄，雷击点的洞愈小。但有些建筑物的防水层和隔热层较厚，入彀钢筋距面层厚度大于20cm，最好另装辅助避雷网。辅助避雷网一般可用直径为6mm或以上的镀锌圆钢，网格大小可根据建筑物重要性，分别采用5m5m或10m10m的圆钢制成。避雷网又分明网和暗网，其网格越密可靠性越好。建筑物顶上往往有许多突出物，如金属旗杆、透气管、钢爬梯、金属烟囱、风窗、金属天沟等，都必须与避雷网焊成一体做接闪装置。在非混凝土结构的建筑物上，可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、屋檐等到顶的突出边缘部分装设避雷带主网，再在主网上加搭辅助网。避雷带和避雷网的结构设计避雷带和避雷网一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不应小于下列数

28、值：圆钢直径为8mm，扁钢截面积为48mm2，扁钢厚度为4mm。避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线架设。安装避雷带和避雷网要注意下面事项：a、避雷带及其连接线经过沉降沟（沉降沟：一座较长的多层建筑物，往往在横向上把建筑物分成几段，段与段之间留有一段空隙，防止各段下沉不一致，引起建筑物损坏）时，应备有10-20cm以上的伸缩余裕的跨越线。b、有女儿墙的平顶房屋，其宽度小于24m时，只须沿女儿墙上部敷设避雷带；宽度大于24m时，须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条，连接条的间距不大于20m时，只在屋檐上装避雷带；宽度大于20m时，需在屋面上加装明装连接条，连接条间距不大于20m。c

29、、瓦顶房屋面坡度为27-35，长度不超过75m时，只沿屋脊敷设避雷带。四坡顶房屋，应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护，应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于12m，且长度大于75m时，要在屋脊和房檐上都敷设避雷带。D、当屋顶面积非常大时，应敷设金属网格，即避雷网。避雷网分明网和暗网，网格越密，可靠性越好，网格的密度视建筑物重要程度而定，重要建筑物采用55m的密网格，一般建筑物用2020m的网格即可。做法是首先在屋脊、房檐等到顶的突出边缘部分装设避雷带主网，再在主网上加搭辅助网，避雷网格大小按上述要求。采用避雷带和避雷网保护时，屋顶上的烟囱、混凝土女儿墙、排

30、气楼、天窗及建筑装饰等突出于屋顶上部的结构物和其他突出部分，都要装设短避雷针或避雷带保护，或暗装防护线，并连接到就近避雷带或避雷网上。对金属旗杆、金属烟囱、钢爬梯、风帽、透气管等必须与就近的避雷带、避雷网焊接。采用避雷带和避雷网保护时，每一座房屋至少有两根引下线（投影面积小于50m2的建筑物可只用一根）。避雷引下线最好对称布置，例如两根引下线成一字或Z字形，四根引下线要做成工字形，引下线间距离不应大于20m，当大于20m时，应在中间多引一根引下线。见雷电与避雷工程的避雷带和避雷网的结构设计 接闪器布置 建筑物防雷类别滚球半径hr（m）避雷网网格尺寸第一类防雷建筑物3055或64第二类防雷建筑物451010或128第三类防雷建筑物602020或2416接闪器的选择和布置