雷电的形成及防护

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  中图分类号:S761文献标识码: A
  一、摘要
  雷电灾害是十种最严重的自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电,每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。从卫星、通信、导航、计算机网络系统、通信指挥系统和有室外天馈设备的系统更是雷电的重灾区。从某种意义上说,科技越发达,雷击对人类的危害就越大。因此我们日常生活中,我们必须掌握一定的雷电知识,必须懂得一些防雷的措施,因此今天我们就通过此文来简单了解一下雷电知识。
  二、概念 
  1、雷电的形成
  雷电是一种大气中放电现象,产生于积雨中,积雨云在形成过程中,某些云团带正电荷,某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应,使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷,当电荷积聚到一定程度时,不同电荷云团之间,或云与大地之间的电场强度可以击穿空气,开始游离放电,我们称之为"先导放电"。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的,当到达地面时,便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里,由于异性电荷的剧烈中和,会出现很大的雷电流,并随之发生强烈的闪电和巨响,这就形成雷电。
   2、防雷的重要性
  (1)我国情况:我国也是雷暴活动十分频繁,受灾率高,造成的灾害十分严重。 据不完全统计,我国每年因雷击造成人员伤亡达3000~4000人,财产损失50~100亿元人民币。近年来,随着社会经济发展和现代化水平的提高,特别是信息技术的快速发展,城市建设高层建筑物日益增多,雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。
   (2)电子信息系统受损比重急剧增加:一方面,电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰。另一方面,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这些设备和系统的影响越来越突出,对这些设备力系统造成的失效与损坏事故的发生率逐年增高。第三,随着城市建筑物的增高收发雷电的几率也增大。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。
  3、雷电的形式
   (1)直击雷:大气中带有电荷的雷云对地电压可高达几亿伏,当雷云对地面突出物的电场强度达到空气的击穿强度时,产生的放电现象称为直击雷。
   (2)感应雷:又称雷电感应,分为静电感应和电磁感应。静电感应是雷云接近地面时,在地面突出的建筑物顶部被感应出大量的异性电荷,一旦雷云与其它异性雷云放电后,骤集在该建筑物顶部的感应电荷就失去束缚,以雷电波的形式高速传播形成的。電磁感应是发生在雷击后,雷电流在周围空间产生迅速变化的磁场,在附近的金属导体上感应出很高的电压。
   (3)雷电侵入波:由于雷击在架空线路的导线上或架空的金属管道上产生的冲击电压,沿着线路或管道的两个方向迅速传播的雷电波称为雷电侵入波。
   4、雷电防护措施
  (1)拦截——信息防雷的第一道防线是拦截直击雷。最经济、最有效的方法仍然是避雷针(避雷带、避雷网)法。尽管避雷针对于电子信息设备有很多负作用,对其应抱趋利避害、积极、稳妥的态度,采取有效的技术措施予以抑制。
   (2)屏蔽——屏蔽是防止任何形式电磁干扰的基本手段之一。屏蔽的目的,一是限制某一区域内部的电磁能量向外传播,二是防止或降低外界电磁辐射能量向被保护的空间传播。屏蔽一般分为电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁场屏蔽几种。(A、静电屏蔽; B、磁场屏蔽; C、电磁场屏蔽;D、信号传输电缆的全屏蔽电缆)
  (3)均压——均压也称电位均衡连接(简称等电位连接)。就是把所有导体相互作良好的导电性连接,并与接地系统连通。其中非带电导体直接用导线连接,带电导体通过避雷器连接。其本质是由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线、等电位连接器(即避雷器、地线隔离器)和所有导体组成一个电位补偿系统。
  (4)分流——分流是将雷电流能量向大地泄放过程中应符合层次性原则。层次性就是按照所划分的防雷保护区对雷电能量分级泻放。尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。
  ( 5)接地——接地是分流和泻放直击雷和雷电电磁干扰能量的最有效的手段之一,也是电位均衡补偿系统基础。目的是使雷电流通过低阻抗接地系统向大地泄放,从而保护建筑物、人员和设备的安全。
  5、雷电的保护设施
  一、直击雷设施:各种规格的避雷针、避雷线、避雷带、避雷网等 。
  (1)避雷针:对于直击雷可以采用避雷针,避雷针由三部份组成:最上部份叫受电端,中间是导电线,下部份是接地体。当雷雨云接近避雷针时,它会感应出大量的异性电荷,通过导电线和受电端向空中放电与雷雨云中的电荷中和减弱雷雨云的电场强度,达到防雷目的。
  (2)避雷线:也称架空地线,它是悬在高空的接地导线,其作用和避雷针一样,当雷云放电时,避雷线将雷电引向自己,并安全地将雷电流导入大地。保护线路及电气设备免受直击雷害。
   (3)避雷带网:与避雷线相似,用于建筑物防雷,敷设在建筑物顶上。避雷带网多采用为35~70mm2的镀锌钢铰线或元钢设制,引下线应有足够的截面,其接地装置的接地电阻一般保持在10Ω以下。
   (4)避雷器:避雷器是用来限制作用于线路绝缘和电站绝缘上的大气过电压的,这种过电压波浸入变电所,将给变电所电气设备带来严重危害,在导线上装设避雷器、使之保护电气设备免遭雷电侵入波的危害。 
  二、对感应雷的防护
   为了防护感应雷对供电线路,传输电缆和架空天线及高层导电线建筑的破坏,可以在线路上安装碳化硅阀型避雷器或金属氧化物(如氧化锌)避雷器、;对于高层建筑,可将建筑物内的金属设施联合接地;对于非金属屋顶,可加装金属防护网并可靠接地。这些措施虽然有效,但有时也难免遭受雷击,究其原因关键在于存在接地电阻,雷击电接地体流经接地电阻产生很高电压,仍可将设备击坏,故避雷效果不理想。 
  6、防雷的注意事项
  (1)不要成为至高点。在旷野、屋顶、水面时,尽量降低高度。不要躲在高大的树和铁塔旁边,要躲在山洞、低洼地带,也可以躲在车内、船内。
  (2)躲雨不要选择易燃的工棚、茅房。这些地方一旦遭雷击,很可能起火,造成二次伤害。
  (3)雷雨天,如果要拔插头,一定要在打雷前拔。如果听到雷声很大、很近,不要去拔插头,因为不少民房上面都有架空线路,遭雷击后很容易感应过电压。
   (4)不要在打雷时使用热水器,特别是太阳能热水器。不少住户喜欢在屋顶上安装太阳能热水器,这些热水器很容易超过避雷带,很容易遭电击。
  参考文献
  1 、《雷电与避雷工程》中山大学出版社苏邦礼
  2 、《现代防雷技术基础》清华大学出版社虞昊等
  3 、《现代防雷技术》电子科技大学出版社潘忠林
  4、《建筑物防雷设计规范》GB50174-94(2000年版)
  
  简介:肖菲(1987年),女,江西九江人,职称:助理工程师,学历:本科,主要研究方向:大气科学防雷工程
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