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1、第九章防雷与防静电,概述,雷电是自然界中一种常见的放电现象，它会破坏建（构）筑物和各种工农业设施，同时还会引起火灾和爆炸事故。雷电放电时会产生极高的过电压和巨大的雷电流，不仅能击毙人畜、还会劈裂树木、电杆等。,一、雷电的种类,根据雷电的不同形状，雷电大致可分为片状、线状和球状三种形式。片状雷电是在云间发生，对人们影响不大；线状雷电就是比较常见的闪电落雷现象；球状雷则是一种特殊雷电现象，简称“球雷”。“球雷”是一种紫色或红色的发光球体，直径从几毫米到几十米，存在的时间一般为35 s。球雷通常是沿着地面滚动或在空气中飘行，还会通过缝隙进入室内。“球雷”碰到建筑物便可发生爆炸，并往往引起燃烧。,片状
2、雷电,线状雷电,球状雷电,雷电传播方式,在线状雷中直接对建筑物或其他物体放电产生破坏性的热效应和机械效应的雷电叫做直击雷；若是落雷处邻近物体因受静电感应或电磁感应产生高电位引起放电，叫做感应雷；沿着地面滚动或在空中飘荡，能通过烟囱、门窗等侵入室内，叫做球形雷球形雷消失时往往伴有爆炸，造成建筑物和设备等的损坏以及人畜伤亡事故。,二、雷电的危害,雷电可烧毁和损坏各种电气设备和设施，造成大规模停电；可击毁建具有很大的破坏力，其破坏作用是多方面的。可引起易燃、易爆物发生火灾和爆炸事故等。其危害表现在雷电放电时所存在的各种物理效应和作用。,我国也是雷暴活动十分频繁的国家。全国有20几个省会城市雷暴日都在
3、50天以上，最多可达134天。据不完全统计，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，电子信息系统遭受雷电损失急剧增加，因为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设备和系统的影响越来越突出。另外，随着城市建筑物的增高，收受雷电的几率也增大。电子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失往往很难估量。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。,数据线缆,TV,电话,230/400 V,移动基站,一个雷电的电磁脉冲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.,直击雷的危害形式,
4、（1）电效应 雷电放电时，能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，足以烧毁电力系统的发电机、变压器等电气设备和线路，引起绝 缘击穿而发生短路，导致可燃、易燃、易爆物品着火和爆炸。,（2）热效应 当几十至上千安的强大雷电流通过导体时，在极短的时间内将转换成大量的热能。故在雷电通道中产生的高温，往往会酿成火灾。,雷击电流热效应使设备烧损的事例,（3）机械效应 由于雷电的热效应，还将使雷电通道中木材纤维缝隙和其他结构中间缝隙里的空气剧烈膨胀，同时使水分及其他物质分解为气体，因而，在被雷击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或造成爆炸。,遭到雷电袭击的树木、房屋,感应雷的危害形式,静电
5、感应 当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感应出大量的电荷。雷云放电后，云与大地间的电场虽然消失，但金属物上所产生积聚的电荷却来不及立即消散，架空线路或导电凸出物上的感应电荷将转换成强烈的高电压冲击波，往往高达数万伏，可击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。因此，对于存放可燃物品及易燃、易爆物品的仓库仍是很危险的。,城镇的建筑物区域，常可以见到一些顶部大面积金属体的建筑物，例如半球形铜壳装饰成的圆顶楼，用铜材或铁皮包装屋顶的建筑物。当这种建筑物上空有雷云生成并向下发展下行先导时，由于雷云和先导通道中电荷的感应作用，在建筑物顶部的金属体上将出现反极性的感应电荷,电磁感应 雷电具有很高的电压
6、和很大的电流，同时又是在极短暂的时间内发生的。因此在它周围的空间里，将产生强大的磁场。不仅会使处在这一电磁场中导体感应出较大的电压，并且还会在构成闭合回路的金属物上（如露天堆垛物捆扎用的铁皮、铁丝等）产生感应电流。如果这时回路上有的地方接触电阻较大，就会局部发热或发生火花放电。这对于存放易燃、易爆物品的建筑物以及易燃、可燃材料的露天堆场也是非常危险的。,雷电流在泄放中其磁场在环路中产生的感应电压,需做防雷保护的建筑物,按照国家防雷规范，公共场所需要做防雷保护的建筑属于第一、二类民用建筑防雷保护对象。第一类防雷建筑物主要是具有重大政治意义的建筑物，如大型会堂、国家的重要机关、展览馆、大型宾馆、大
7、型体育馆、大型火车站、博物馆等建筑物。第二类防雷建筑物主要是其他重要或人员密集的公共建筑，如大型商场、市场、影剧院，历史上雷害事故较多的地区的较重要建筑物和构筑物以及高度在15m以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物和构筑物。第一、二类民用建筑物和构筑物应有防直击雷和防雷电波侵人的措施。,凡在工业建、构筑物中制造、使用或贮存大量爆炸物质，或在正常情况下能形成爆炸性混合物，在电火花作用下会引起爆炸，从而造成巨大破坏和人身伤亡的，或者有上述特征，但不致引起巨大破坏或人身伤亡，或只当发生事故时才能造成巨大破坏和人身伤亡事故的建筑物属于第一、二类防雷保护对象。除了第一、二类外，其余为第三类需要防雷保护的工
8、业建、构筑物。第一、二类工业建、构筑物应有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的措施；第三类工业建、构筑物应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。,三、防雷装置,接闪杆、接闪线、接闪网、接闪带、避雷器是经常采用的防雷装置。1）接闪器是利用其高出被保护物的突出地位把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置，把雷电流快速引入大地，保护建筑物和设备。,接闪器,（1）直击雷的防护包括三部分：接闪器、引下线和接地体。接闪器：是指避雷针、避雷线、避雷带、避雷网的直接接受雷电的部分，以及用作接闪的金属屋顶、金属构件等。避雷针是指使用最广的一种接闪器，它是用镀锌圆钢或镀锌钢管焊接制成；避雷网和避雷带宜用圆钢或扁钢制作；
9、避雷线一般采用镀锌绞线。避雷网或避雷带应沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷击的部位敷设。避雷针是靠它对雷云电场引起的畸变来吸引雷电的，因此也称为引雷针。,接闪器,接闪杆、接闪线、接闪网、接闪带以及建筑物的金属屋面可作为接闪器。接闪杆主要用来保护露天变配电设备、保护建筑物和构筑物。接闪线主要用来保护电力线路。接闪网和接闪带主要用来保护建筑物。,避雷器,2）避雷器：用来防止雷电产生的过电压（高压）沿线侵入变、配电所、建筑物破坏设备绝缘。安装在被保护设备的引入（高压）端，其上端接在架空输电线路上，下端接地。正常时避雷器对地保持绝缘状态，当线路受雷击时，避雷器间隙被击穿，将雷电引入大地。雷电流通过后，避
10、雷器间隙又恢复绝缘状态，系统仍可正常运行。避雷器有间隙、管型、阀型和氧化锌避雷器,防雷器在纳秒内导通，将脉冲电压短路于地泄放，后又恢复为高阻状态，从而不影响用户设备的供电。,设备,当电网由于雷击出现瞬时脉冲电压时，防雷器在纳秒内导通。,例:10kV变电所常见防雷保护,间隙避雷器,原理：基于电弧放电技术，当电极间的电压达到一定程度时，击穿空气电弧在电极上进行放电。优缺点：放电能力强、热稳定性好，但残压高、反应速度慢、存在续流。应用场合：主要用于缺乏其他避雷器的场合。,1圆钢；2主间隙；3辅助间隙；4被保护物；5保护间隙,管型避雷器,原理：由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，其工作就
11、是隔离工作电压，另一个装在气管内，称为内间隙或者灭弧间隙。优缺点；灭弧能力与工频续流的大小有关，一般不能用来保护高压电气设备的绝缘，通常用于线路弱绝缘保护和变电站进线保护。新型管型避雷器几乎没有续流，使用于雷电活动频繁的地区，尤其是用于农村电网配电设备的保护效果较好。,阀型避雷器,原理：主要部件是间隙和阀片。在正常情况下，火花间隙阻止线路工频电流通过，但在大气过电压作用下，火花间隙就被击穿而放电。优缺点：普通阀型避雷器的通流能力不大，因此，不宜想管型避雷器那样装在雷电活动频繁的地方，而只适宜装在变电站内。,氧化锌避雷器,原理：电阻片具有非线性，正常工作电压下，避雷器的电阻非常大，呈绝缘状态；在
12、过电压时避雷器的电阻非常小，泄放雷电流；优点：与阀型避雷器相比具有动作迅速，通流容量大、残压低、无续流、对大气过电压和操作过电压都起保护作用、结构简单、可靠性高、寿命长、维护简便等优点。,引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求，一般采用圆钢或扁钢，其尺寸和腐蚀要求与避雷带相同。钢绞线其截面不应小于25MM，铜导线其截面不小于16MM。应沿建筑物外面敷设，经最短途径接地：建筑物有特殊要求时，可以暗敷，截面应加大一级。,引下线,接地装置,接地装置：传统的方法是：互距5m采用长2.5m的规格为40404mm三根镀锌角钢打入地中并联，并与引下线连接。当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%
13、及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，宜利用基础内的钢筋作为接地装置。避雷装置的作用就是当接闪器接受电流后，经过引下线将电流导人接地装置进而安全地进人大地，保证建筑物内设备和人身的安全。至于选择何种防雷措施，则应根据所保护对象的重要性、当地雷电活动情况进行比较确定。,防雷装置检查,定期检查避雷器其瓷套或绝缘子是否完好，有无裂纹或破损。检查其外部有无烧损痕迹。引下线各部分连接是否良好。固定避雷器的各种金属是否牢固，各部分腐蚀和锈蚀情况。对于阀型避雷器，每年雨季前应进行一次预防性试验。,四、人身防雷措施,雷暴时，发电厂变电所工作人员应尽量避免接近容易遭到雷击的户外配电装置。巡视时，应穿绝缘鞋
14、，并不得靠近接闪杆和防雷器。雷电时，禁止在室外和室内的架空引入线上进行检修和试验工作。雷电时，禁止屋外高空检修、试验工作，禁止户外高空带电作业。雷电时，禁止进行倒闸操作和更换熔断器的工作。雷暴时，非工作人员应尽量减少外出。,静电防护,概述人们对电的认识最早是从静电开始的。人们发现两种性质不同的物质相互摩擦后，就具有了某种吸引力，例如，用毛皮摩擦琥珀后能吸引纸屑，这便是静电作用。人们穿着化纤服装，夜晚在黑暗处脱下时，会发出闪闪的小火花，并伴有轻微啪啪声，这是经常可见的静电放电现象。,一、静电的产生,物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子是由原子核及其外围电子组成的。两种物质紧密接触再分离时
15、，一种物质把电子传给另一种物质而带正电，另一种物质得到电子而带负电，这样就产生了静电。,生产过程中易产生的静电,生产过程中易产生的静电 纸张印刷时或纸张与辊轴的摩擦、橡胶或塑料的碾磨、传动皮带与皮带轮或辊轴的摩擦；塑料的压制、上光、挤压；高电阻率液体在管道中流动，或液体高速喷出管口、液体注入容器发生的撞击、冲刷或飞溅等；液化气体或压缩气体，在管道中流动或由管口喷出，气瓶放出压缩气体或用喷油枪喷漆；固体物质的粉碎、研磨，悬浮粉尘的高速运动；混和器中搅拌高阻物质、纺织品的涂胶过程等。,二、静电的危害,静电电击 当人体接近静电体或带静电的人体接近接地体时，都可能遭到电击，但由于静电能量很小，电击本身
16、对人体不致造成重大伤害，然而很容易造成坠落等二次伤害事故。妨碍生产 有些生产工艺过程，静电会妨碍生产或降低产品质量。如纺织、粉体加工、塑料、橡胶、印刷、胶片等行业，以及电子控制元件、自动化仪表由于静电而误动作，使其控制的生产线程序混乱，导致产品不合格。,爆炸和火灾静电能量虽然不大，但电压高则易放电出现电火花，该火花在有爆炸性气体、爆炸性粉尘或可燃性物质且浓度达到爆炸或燃烧极限时，可能发生爆炸和火灾。静电在一定条件下引起爆炸和火灾，其充分和必要条件是：周围空间必须有可燃性物质存在；具有产生和积累静电的条件，包括物体本身和周围环境有产生和积累静电的条件；静电积累到足够高的电压后，发生局部放电，产生
17、静电火花；静电火花能量大于或等于可燃物的最小点火能量。,三、防静电措施,1 防止爆炸性气体的形成 大爆炸和火灾危险场所采用通风装置加强通风，及时排出爆炸性气体使浓度不在爆炸范围内，以防止静电火花引起爆炸。同时对应于爆炸浓度范围还与温度密切相关，把温度控制在爆炸温度范围之外也是防止静电引起爆炸的途径。对于油面空间不能采用正压通风的办法来防止爆炸性混合气体的形成，可采用惰性气体覆盖的方法（如氮气覆盖）。,2 加速静电泄漏，防止或减少静电聚积 静电的产生本身并不危险。实际的危险在于电荷的积聚，因为这样能储存足够的能量，从而产生火花将可燃性气体引燃。为了加速油品电荷的泄漏，可以接地、跨接以及增加油品的
18、电导率。,2.1 接地和跨接 静电接地和跨接是为了导走或消除导体上的静电，是消除静电危害的最有效措施之一。静电接地的具体方法是把设备容器及管线通过金属导线和接地体与大地连通形成等电位，并有最小电阻值。跨接是指将金属设备以及各管线之间用金属导线相连造成等电位。显然，接地与跨接的目的在于人为地与大地造成的一个等电位体，不致因静电电位差造成引起危害。管线跨接的另一个目的是当有杂散电流时，给它以一个良好的通路，以免在断路处发生火花而造成事故。油罐取和油品作业区的管与管、管与罐、罐上的部件及其附近有可能感应带电的金属物体都应接地。根据石油库设计规范（GBJ7484）和石油化工企业设计防火规范（GB501
19、6092）的规定，防静电接地装置的接地电阻不宜大于100。,2.2 添加抗静电剂 油品容器的接地只能消除容器外壁的电荷，由于油品的电导率较小，油品表面及其内部的电荷很难靠接地泄漏。添加抗静电剂既可以增加油品的导电率、加速静电泄漏和导出，又可减少油品中积聚的电荷并降低油品的电位。2.3 设置静电缓和器 静电缓和器又叫静电中和器，它是消除或减少带电体电荷的装置。其工作原理是它所产生的电子和离子与带电体上相反符号的电荷中和，从而消除静电危险。,3.防止人体带电在有火灾、爆炸危险的场合，操作人员不要穿化纤衣服，宜穿布底鞋或导电的胶底鞋；工作地面应采用导电性能好的水泥地面或采用导电橡胶的地板。4.增加空气湿度在条件允许时，采取喷水方法提高设备内部和设备周围空气的相对湿度，来增加空气的导电性能，以消除静电积聚。在工艺条件允许的情况下，空气增湿以相对湿度70%为适宜。增湿的具体方法可采用通风系统进行调湿、地面洒水、挂湿布条以及喷放水蒸气等方法。增湿空气不仅有利于静电的导出，还能提高爆炸性混合物的最小点火能量，有利于防爆。,
