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防雷
发布时间:2015-02-02 8:11:52 |
雷电的种类
雷电主要分为直击雷、感应雷、雷电波入侵、雷击电磁脉冲。
(1)直击雷
指雷电直接击在建筑物构架、动植物上,因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。
(2)感应雷
感应雷也称为雷电感应或感应过电压,它分为静电感应雷和电磁感应雷。
①静电感应雷:是由于带电积云接近地面,在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起的。它将产生很高的电位。
②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引起的。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。
雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下,可能产生放电火花,引起火灾、爆炸或造成触电事故。
(3)雷电波入侵
由于雷电对架空线路或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入屋内,危及人身安全或损坏设备。
(4)雷击电磁脉冲
雷击电磁脉冲式至建筑物在遭受直接雷击或者附近遭受之类雷击的情况下产生的雷电过电压。作为干扰源的直接雷击和附近雷击所引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰,如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及磁辐射干扰。
雷电的危害
雷电流也是电流,它具有电流所具有的一切效应,不同的知识它是在短时间内以脉冲的形式通过的强大电流,尤其是直击雷,峰值有几十千安甚至几百千安,峰值时间只有几微妙到十几微妙,雷电有它特有的破坏作用。雷电危害主要有雷电热效应、雷电冲击波、雷电流点动力效应、雷电静电感应和雷电电磁感应等。
(1)雷电电热效应
由于雷电电流很大,通过时间又断,如果雷电击中建筑物,被击中物体在瞬间产生大量的热量,又无法及时散发,导致物体内部水分快速蒸发,并迅速膨胀,产生巨大的爆炸力,造成破坏。当电流通过金属体的时候,金属体的截面积不够大时,甚至直接使其融化。特别是那些引流导体的不良接触处,接触电阻值较大,产生大量的热量,甚至出现熔体飞溅,容易产生火花,造成火灾。
(2)雷电冲击波
雷电的温度达到几千甚至几万℃,空气受热剧烈膨胀,并以超声波速度向四周扩散,外围冷空气被强烈压缩,形成冲击波。被压缩的空气到达的地方,空气密度、压力和温度都会突然的增加,“冲击波”在空气中传播,会使附近的物体、人、动物等受到破坏甚至死亡。
(3)雷电流电动效应
在载流导体周围会存在磁场,在磁场力的载流导体受到电磁力的作用。两根载流导体之间会存在相互作用力,即点动力。当雷击的时候,由于点动力的作用可能会导致导线被折断。
(4)雷电静电感应
当雷电出现的时候,大地可以累积大量的电荷,当雷击发生后,雷云上的电荷会与地面的异种电荷中和,建筑物和大地甚至架空导线上的感应电荷由于局部与大地之间的电阻比较大,短时间内无法消失,从而形成局部感应高电压。建筑物内部的金属架构和接低不良的金属器件之间容易产生火花,会引发火灾甚至是爆炸。
(5)雷电电流磁感应
雷电流有极大的幅度和陡度,其周围的空间将有强大的、变化的电磁场,处在其中的导体、金属结构以及电力装置中产生很高的感应电压,可大几十万伏,足以破坏一般电子设备的绝缘;在金属结构贿赂中,接触不良或空隙的地方,会产生电火花,引发火灾或爆炸。
(6)、雷电反击和引入高电位的破坏作用
①雷电反击通常是指接受直击雷的金属体(接闪器、接地引线和接地体),在接闪瞬间与大地间存在很大的电压U,这个电压对与大地连接的其他金属物品发生闪击的现象。此外,当雷击到树上时,树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。 ②雷电引入高电位是指直击雷或感应雷直接从输电线、电话线、无线电天线的引入线建筑物内,发生闪击而造成电击事故。这种事故的发生率很高,而且往往事故又严重。
防雷
防雷是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电的电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。
防雷分为两部分:1、防雷,防止因雷击造成的损害;2、接地,保证用电设备的正常工作和人身安全。可以统称为防雷接地。
接地装置是接地体和接地线的总称,其作用是将闪电电流导入地下,防雷系统的保护在很大程度上与此有关。接地工程本身的特点就决定了周围环境对工程效果的影响,脱离了工程所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。实践要求要有系统的接地理论来对工程实际进行指导。而设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多因数的综合考虑。土壤电阻率、土层结构、含水情况以及可施工面积等因数决定了接地网形状、大小、工艺材料的选择。因此在对人工接地体进行设计时,应根据地网所在地的土壤电阻率、土层分布等地质情况,尽量进行准确设计。
接地体:又称接地极,是与土壤直接接触的金属导体或导体群。分为人工接地体与自然接体。 接地体做为与大地土壤密切接触并提供与大地之间电气连接的导体,安全散流雷能量使其泄入大地。埋入土壤中或混凝土中直接与大地接触的起散流作用的金属导体成为接地体。接地体主要分为自然接地体和人工接地体两类:各类直接与大地接触的金属构件、金属井管、钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等用来兼作接地的金属导体称为自然接地体。埋入地中专门用作接地金属导体称为人工接地体,它包括铜包钢接地棒、铜包钢接地极、铜包扁钢、电解离子接地极、接地模块、“高导模块”。
接地是防雷工程的最重要环节,不论是直击雷防护还是雷电的静电感应、电磁感应和雷电波入侵的防护技术,最终都是把雷电流送入大地。因此没有良好的接地技术,就不可能有合格的防雷过程。保护接地的作用就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接,降低接点的对地电压,避免人体触电危险。
雷电防护系统
雷电防护系统( Lightning Protection System(LPS))是指用以对某一空间进行雷电效应防护的整套装置,它由外部雷电防护系统和内部雷电防护系统两部分组成。
注:在特定的情况下,雷电防护系统可以仅由外部防雷装置或内部防雷装置组成。
目前雷电电磁脉冲防护技术即防雷技术已经发展成熟,国内各大防雷企业都能够实现从设计、产品提供到施工及售后服务的防雷一体化体系解决方案(防雷体系)。在一个完整的防雷体系按照功能的不同分为以下四个部分:
1、直击雷防护 (Direct Lightning Protection)
直击雷防护是防止雷闪直接击在建筑物、构筑物、电气网络或电气装置上。直击雷防护技术主要是保护建筑物本身不受雷电损害,以及减弱雷击时巨大的雷电流沿着建筑物泄入大地的过程中对建筑物内部空间产生影响的防护技术,是防雷体系的第一部分。
直击雷防护技术以避雷针、避雷带、避雷网、避雷线为主要,其中避雷针是最常见的直击雷防护装置。当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变,在避雷针的顶端,形成局部电场强度集中的空间,以影响雷电先导放电的方向,引导雷电向避雷针放电,再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物体免遭雷击。避雷针冠以“避雷”二字,仅仅是指其能使被保护物体避免雷害的意思,而其本身恰恰相反,是“引雷”上身。
目前,主要的避雷针包括常规避雷针,限流型避雷针和预放电型避雷针。
接地是一种有意或非有意的导电连接,由于这种连接,可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体。
注 :接地的目的是:(a)使连接到地的导体具有等于或近似于大地(或代替大地的导电体)的电位;(b)引导入地电流流入和流出大地(或代替大地的导电体)。
从定义上可以将接地分为:人工接地、自然界地;从工作性质上可分为接地保护(如防雷接地、防静电接地、设备接地、配点接地等)、工作接地(如电力设施的发、送、配电接地等工作接地还有不需要实际物理连接的电子线路逻辑地)两大类。
接地系系统是通过平衡包括阻值、结构、及相互之间配合等因素通过释放由直击雷击、雷电电磁脉冲、积累在设备上的静电、电力系统短路等状况带来的威胁及其他各类异常能量从而达到防护的目的。
目前,通用的接地材料是铜包钢、扁钢、镀铜钢。其中导电效果最好、使用时间最长的是镀铜钢。
2、等电位连接(Equipotential Bonding)
等电位连接是指将分开的装置、诸导电物体等用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。
等电位连接原理是通过将正常情况下彼此独立的接地系统,通过等电位连接器自动导通系统之间的电位差,从而形成更大的联合接地系统,更有效地进行异常能量释放。
3、电磁屏蔽 (Electromagnetic Shielding)
电磁屏蔽是用导电材料减少交变电磁场向指定区域穿透的屏蔽。雷电电磁脉冲以雷击点为中心向周围传播,其影响范围可达2公里外甚至更远,而不仅仅局限于被雷击中的建筑物本身或其内部设备。
电磁屏蔽技术主要包括空点电磁屏蔽技术和线路电磁屏蔽技术两部分:
空间电磁屏蔽技术是通过分布在各个方位具有可靠的、连续电气连接的金属材料层来阻挡电磁波的侵入,通过将电磁能在屏蔽体上进行能量转换使此能转化为电能,再通过接地装置泄放入地。
线路电磁屏蔽技术是通过穿金属管(槽)敷设,并将连续的金属管(槽)两端可靠接地而形成屏蔽体以防止电磁脉冲对金属线路的电磁感应而生成过电压。线路电磁屏蔽技术除具有空间屏蔽功能外,还具有在线路引入过电压时产生反向电动势以抵消线路过电压的功能。
4、过电压保护(Overv Oltagep Rotection)
过电压保护是指电源装置和所连接的设备为防止电源故障以至于产生过高的输出电压(包括开路电压)而施加的一种保护。
过电压保护实际上涉及多种系统的过电压保护,其中最主要的是电源系统过电压保护和通信系统过电压保护。
过电压保护技术主要是通过使用相关设备将电能分配到系统的各个用电设备当中,已最大限度的削减能量最大值,再通过对各用电设备的安全保护设备多级保护,达到能量释放、低残压保护的功能。而在实际应用当中,考虑到各种系统的特殊性,需要针对不同系统设计专门的过电压保护方案,已达到防护目的。
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