雷电
雷电种类及特征参数是设计防雷技术措施的依据。
(1)雷电的种类:直击雷、感应雷(静电感应和电磁感应)、球雷
直击雷和感应雷能在架空线路上产生沿线路的两个方向迅速传播的闪电冲击波,两者都能在空间产生辐射电磁波。
(2)雷电参数:雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、雷电冲击过电压
- 雷暴日:一天之内能听到雷声的就算一个雷暴日(单位为d/a),年均雷暴日不超过15d/a的地区为少雷地区,超过40d/a的为多雷地区。
- 雷电流幅值:主放电时冲击电流的最大值,可达数十至数百kA。
- 雷电流陡度:电流随时间上升的速度,雷电流冲击波波头陡度可达50kA/μs。
- 雷电冲击过电压:直击雷冲击过电压高达数千kV,感应雷高达数百kV。
雷电的危害
雷电具有电性质、热性质和机械性质等三方面的破坏作用,可引起火灾爆炸、人身伤亡、设备设施毁坏、大规模停电等。
(1)火灾和爆炸
- (热)直击雷放电的高温电弧能直接引燃邻近的可燃物。
- (电)高压电造成二次放电可能引起爆炸性混合物爆炸。
- (热)雷电流通过导体转换出大量热能可到烧毁导体。
- (热)球雷侵入可能引起火灾。
- (电)冲击电压的高压性击穿电气设备绝缘导致短路引起火灾。
(2)触电
- (电)雷电直接对人体放电会使人遭到致命电击。
- (电)二次放电对人体造成的电击。
- (电)球雷打击使人致命。
- (电)雷击点的高电压,能直接导致接触电压和跨步电压电击。
- (电)电气设备绝缘损坏,导致高压窜入低压造成触电。
(3)设备和设施毁坏
- (电)高电压毁坏电气设备绝缘、烧断电线或劈裂电杆。
- (机)雷电流瞬间产生的热使雷电流通道中液体急剧蒸发。
- (机)静电力和电磁力也有很强的破坏作用。
(4)大规模停电
- (电)电力设备或电力线路破坏后可能导致大规模停电。
建筑物的防雷分类
建筑物的防雷分类按其火灾和爆炸的危险性、人身伤害的危险性、政治、经济价值,可分为第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物、第三类防雷建筑物。
(1)第一类防雷建筑物
- 凡制造、使用或贮存炸药及其制品的危险建筑物,因电火花而引起爆炸、爆轰,会造成巨大破坏和人身伤亡者。
- 具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。
- 具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物。因电火花而引起爆炸,会造成巨大破坏。
(2)第二类防雷建筑物
在可能发生对地闪击的地区,遇下列情况之一时,应划为第三类防雷建筑物。
- 国家级重点文物保护的建筑物。
- 国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博物馆建筑物、大型火车站和飞机场、国宾馆,国家级档案馆、大型城市的重要给水泵房等特别重要的建筑物。注:飞机场不含停放飞机的露天场地和跑道。
- 国家级计算中心、国际通信枢纽等对国民经济有重要意义的建筑。
- 国家特级和甲级大型体育馆。
- 制造、使用或贮存炸药及其制品的危险建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
- 具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物,且电火花不易引起引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
- 具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物。
- 有爆炸危险的露天钢制封闭气罐。
- 预计雷击次数>0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物,以及火灾危险场所。
- 预计雷击次数>0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。
(3)第三类防雷建筑物
在可能发生对地闪击的地区,遇下列情况之一时,应划为第三类防雷建筑物。
- 省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。
- 预计雷击次数≥0.01次/a,且≤0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物,以及火灾危险场所。
- 预计雷击次数≥0.05次/a,且≤0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。
- 在平均雷暴日大于15d/a的地区,高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a的地区,高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。
建筑物的防雷措施
(1)各类防雷建筑物应设防直击雷的外部防雷装置,并应采取防闪电电涌侵入的措施。
(2)各类防雷建筑物应设内部防雷装置,在建筑物的地下室或地面层处,下列物体应与防雷装置做防雷等电位连接:
- 建筑物金属体
- 金属装置
- 建筑物内系统
- 进出建筑物的金属管线
(3)现代防雷技术
所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地,从而保护设备和人身安全。各接地系统之间的距离达不到规范的要求时,应尽可能连接在一起,如实际情况不允许直接连接的,可通过地电位均衡器实现等电位连接。为确保系统正常工作,应每年定期用精密接地电阻测试仪检测接地电阻值。
防雷技术
(1)直击雷防护
- 第一类防雷建筑物,第二类防雷建筑物以及第三类防雷建筑物的易受雷击部位应采取防直击雷防护措施。
- 严禁在装有接闪针的构筑物上架设通讯线、广播线或低压线。
- 独立接闪针不应设在人经常通行的地方。
- 附设接闪针其接地装置可与其他接地装置共用,宜沿建筑物或构筑物四周敷设。
(2)二次放电防护
- 第一类防雷建筑物防止二次放电的最小距离不得小于3m。
- 第二类防雷建筑物防止二次放电的最小距离不得小于2m。
- 当不能满足间距要求时应予跨接,即进行等电位联结。
(3)感应雷防护
- 平行敷设的管道、构架、电缆相距不到100mm时,须用金属线跨接;跨接点之间的距离不应超过30m;交叉相距不到100mm时,交叉处也应用金属线跨接。
- 管道接头、弯头、阀门等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时,连接处应用金属线跨接。
(4)雷电冲击波防护
对于建筑物,为防止雷电冲击波沿低压线进入室内,可采取:
- 全长直埋电缆供电者,入户处电缆金属外皮接地。
- 架空线转电缆供电者,架空线与电缆连接处装设阀型避雷器。
- 架空线供电者,入户处装设阀型避雷器或保护间隙。
(5)电涌防护
电涌防护指对室内浪涌电压的防护,方法是应在配电箱或开关箱内安装电涌保护器。
(6)电磁脉冲防护
建筑物所有正常时不带电的导体进行充分的等电位联结,予以接地,同时在配电箱或开关箱内安装电涌保护器。
(7)人身防雷
在户外避雨时,要注意离开墙壁或树干8m以外;雷暴时,人体最好离开可能传来雷电冲击波的线路和设备1.5m以上。
防雷装置
防雷装置包括外部防雷装置和内部防雷装置,外部防雷装置由接闪器和接地装置组成,内部防雷装置主要指防雷等点位联结及防雷间距(避雷器)。
(1)接闪器
- 避雷针、避雷线、避雷网、避雷带都可作为接闪器。
- 接闪器所用材料应能满足力学强度和耐腐蚀的要求,还应有足够的热稳定性。
- 建筑物的金属屋面可作为第一类工业建筑以外其他建筑的接闪器。
接闪器保护范围的计算方法:
- 对于电力装置,保护范围可按折线法计算。
- 对于建构筑物,保护范围可按滚球法计算。
- 第一类防雷建筑物:滚球半径30m。
- 第二类防雷建筑物:滚球半径45m。
- 第三类防雷建筑物:滚球半径60m。
- 接闪线一般采用截面不小于50mm²的热镀锌钢绞线或铜绞线。
- 金属屋面做接闪器时,金属板之间的搭接长度≥100mm。金属板不得有绝缘层。
- 接闪器焊接处应涂防腐漆,截面锈蚀30%以上应予以更换。
(2)引下线
- 防雷装置的引下线也应满足力学强度、耐腐蚀和热稳定性的要求。
- 引下线截面锈蚀30%以上也应予以更换。
(3)防雷接地装置
除独立接闪针外,在接地电阻满足要求的前提下,防雷接地装置可以和其他接地装置共用。
防雷装置 | 冲击接地电阻 |
独立避雷针 | ≤10Ω |
附设接闪器每一引下线 | ≤10Ω ≤30Ω(第三类建筑物) |
防感应雷装置 | ≤10Ω(工频接地电阻) |
阀型避雷器 | ≤5Ω |
(4)避雷器
- 避雷器装设在被保护设施的引入端。
- 避雷器主要用来保护电力设备和电力线路,也用作防止高电压侵入室内的安全措施。
- 电涌保护器是低压阀型避雷器,当无冲击波时都表现为高阻抗,冲击到来时急剧转变为低电阻。