防雷復習總結(jié)

第一部分雷電物理研究

1.雷電現(xiàn)象舉例及雷電產(chǎn)生的原因（了解）

（1）現(xiàn)象舉例：

（2）產(chǎn)生原因：大氣中的帶電粒子和正負離子通過對流、傳導、擴散等作用產(chǎn)生分離和積聚，使大氣顯電性，當大氣中的電場強度達到3×103v/cm（該臨界值需要記憶）時，就會產(chǎn)生雷電流。

2.雷電發(fā)生的過程

（1）第一閃擊：由梯階先導到回擊這一完整的放電過程叫第一閃擊。四個階段：初始擊穿階段、梯階先導階段、連接光導階段、回擊階段（2）第二閃擊：由箭式先導到回擊這一完整的放電過程叫第二閃擊。兩個階段：箭式先導階段、回擊階段

梯式先導105m/s（3）雷電流的平均傳播速度箭式先導106m/s回擊107m/s（4）閃電的分類

按形狀分：線狀閃電、帶狀閃電、片狀閃電、鏈珠狀閃電以及球狀閃電

按空間位置（性質(zhì)）分：分為晴天放電和雷云閃電，雷云閃電包括云內(nèi)閃電、云際閃電、云地閃電，云地閃電分為正地閃和負地閃

相對于建筑物分：直擊雷、側(cè)擊雷、雷電感應

3.雷電的表現(xiàn)形式：單極脈沖波4.雷電的特征參數(shù)

（1）時間分布參數(shù)

雷暴日：表征不同地區(qū)雷暴活動的頻繁程度。指該天發(fā)生雷暴的日子，即在一天內(nèi)，只要聽到雷聲一次或一次以上的就算一個雷暴日，而不論該天雷暴發(fā)生的次數(shù)和持續(xù)時間。雷暴日的統(tǒng)計通常分月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日等。

平均年雷暴日：是指年雷暴日的多年平均結(jié)果，單位天。它反映一個地區(qū)雷暴的活動日的多年平均情況，更接近實際，在雷暴氣候統(tǒng)計中常被使用。（2）空間分布參數(shù)

總閃密度：地閃、云閃密度之和。單位為次/km2秒，或次/km2年。對一個區(qū)域研究，所取面積1000km2。地面落雷密度（Ng）：每個雷電日每平方公里上的平均落雷次數(shù)，又稱閃電頻數(shù)。從防雷角度分析，地閃發(fā)生的頻數(shù)是確定地閃對人類和建筑物的最重要的參數(shù)。（3）雷電流的波形特征參數(shù)

波頭時間：雷電的脈沖電流上升到幅值的時間幅值：雷電的脈沖電流所能達到的最高值半波值時間

波頭陡度：雷電流隨時間上升的變化率電荷量

單位歐姆能量：單位阻值上的能量

（4）首次雷擊和后續(xù)雷擊需要防御的波形分別為10/350,0.25/100

第二部分雷電災害研究（個人認為，此部分理解為主）

1.直擊雷的危害（1）熱效應的危害（理解為主）

雷電擊中人體、建筑物或設(shè)備時，強大的電流轉(zhuǎn)變成熱能，使人體灼傷，建筑物燃燒，設(shè)備部件熔化。

防護的對象：易燃、易爆場所、房屋和古建筑物、樹木和電子線路等。防護方法：接閃、接地、等電位連接等疏導、分流的外防雷技方法。（２）機械效應的危害兩種形式（重要）：①雷電流流過金屬物體時產(chǎn)生的電動力；②雷電流注入樹木或建筑構(gòu)件時在它們內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)壓力。電動力防護：

由安培定律可知，凡含有拐彎部分的載流導體或金屬構(gòu)件，其拐彎部分都將受到電動力的作用，拐彎處的夾角越小，受到的電動力就越大。所以當拐彎夾角為銳角時，所受到的電動力相對較大；而當拐彎處的夾角為鈍角時，所受到的電動力相對較小。（此段作理解，防護措施是關(guān)鍵，如下）

因此，在防雷設(shè)計與施工中，避雷引下線的走線方式應盡可能走直線路徑，在必須拐彎的情況下，應采取鈍角并帶圓弧向下走線，而應避免采用銳角或繞直角向下走線。當避雷引下線非要走銳角路徑不可時，應在線路的銳角拐彎處采取牢固的機械固定措施，以防被電動力拉動。

內(nèi)壓力及危害（了解）：

當雷擊于樹木或建筑構(gòu)件時，在它們的內(nèi)部將瞬時地產(chǎn)生大量熱量。在短時間內(nèi)熱量來不及散發(fā)出去，以致使這些內(nèi)部的水分被大量蒸發(fā)成水蒸氣，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力。這種內(nèi)壓力是一種爆炸力，能夠使被擊樹木劈裂和使建筑構(gòu)件崩塌。（2）沖擊波效應的危害

沖擊波衰減轉(zhuǎn)化為聲波，從而聽到雷鳴聲。

2.雷電感應的危害

雷電感應是指閃電放電時，在附近導體上產(chǎn)生的靜電感應和電磁感應，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生電火花。

（1）靜電感應過電壓

a.在建筑物頂部金屬體上靜電感應的危害，建筑物金屬屋頂?shù)膶Φ仉妷簎將按以下規(guī)律變化：

tuU0eRC

b.在架空線路上靜電感應的危害

UkphIcd（2）回路感應過電壓概念：雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流過的路徑周圍產(chǎn)生很強的暫態(tài)脈沖磁場。根據(jù)電磁感應定律，這種快速變化的脈沖磁場交鏈導體回路時，能在回路中感應出電動勢，產(chǎn)生過電壓和過電流�；芈分械母袘�電壓可表示為：diu1Mcdt式中，u1回路感應電壓，V；M互感系數(shù)，H；ic分支導體上流過的雷電流，A。a.在防雷設(shè)計中，當載流導體為感應回路的一部分，且a1，a2r時，

M0.2106a2ln(a1/r)

式中，M互感系數(shù)，H；a1，a2感應回路的寬和長，m；

b.當載流導體與感應回路分離，兩者之間的互感系數(shù)可近似表示為:

M0.2106a2In[a1a3/a3](3)雷電電磁輻射及其危害:感應雷電流具有很大的幅值和波頭上升陡度，能在所流過的路徑周圍產(chǎn)生很強的暫態(tài)脈沖磁場。

(4)暫態(tài)高電位引起的反擊（暫態(tài)高電位的計算需掌握）

a.在建筑物遭受雷擊時，雷電流沿防雷裝置中各分支導體流動，經(jīng)接地體匯入大地。會在分支導體的電感、電阻和接地電阻上產(chǎn)生壓降，使防雷裝置中各個部位的對地電位都有不同程度的升高。由于雷電流持續(xù)時間很短，這種電位升高現(xiàn)象所持續(xù)的時間也很短，所以稱為暫態(tài)電位升高。

在雷電流的傳輸過程中，防雷裝置中任意一點A處的暫態(tài)電位可表示為：

di

uAiRghL0dt

式中，uAA點對真實地的暫態(tài)電位，kV；di/dt雷電流波頭時間變化率，kA/s；i雷電流，kA；Rg接地體的沖擊接地電阻，Ω；L0引下線單位長度電感，H/m；ｈA點到接地體的長度，m。

b.由暫態(tài)電位升高使防雷裝置中的某些部位與周圍金屬體之間發(fā)生空氣間隙擊穿的現(xiàn)象稱為雷電反擊。

c.跨步電壓與接觸電壓（個人認為屬名詞解釋范疇）

在發(fā)生雷擊時，雷電流流經(jīng)接地體散入大地，將在周圍土壤中產(chǎn)生壓降，使附近地面上不同點之間出現(xiàn)電位差。如果人站在這塊具有不均勻電位分布的地面上，則在人的兩只腳之間就存在著一定的電壓。在工程上，常將人跨一步的步長取為0.8m，并把這一距離兩端的電位差稱為跨步電壓。

（接觸電壓概念需補充）(5)操作過電壓的危害

3.雷電災害風險評估規(guī)范：GB/T217142201*IEC62305-2.201*

第三部分雷電防護研究

1.雷電監(jiān)測工具：閃電定位儀（可測得閃電的時間、位置、強度、極性）和大氣電場儀。

2.直擊雷的防護

（1）建筑物的分類

根據(jù)建筑物的重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，將建筑物分為三類。第一類防雷建筑物：凡制造、使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物以及具有炸危險環(huán)境、因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物。（注意：重點考慮雷擊后可能造成的巨大破壞和人身傷亡的嚴重后果。）第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物（大致能區(qū)分清就可）（2）建筑物年預計雷擊次數(shù)按下式計算N=kNgAeN為建筑物預計雷擊次數(shù)（次/a）

式中，K為雷擊次數(shù)校正系數(shù)，越易受雷擊的地方，K越大。一般取1，在空曠地區(qū)的孤立建筑物K取2。

Ng為建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度[次/（km2a）]，按以下公式計算Ng=0.1Td,Td為年平均雷暴日。（此公式為重點）Ae為與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積（km2），建筑物等效截收面積定義為與建筑物具有相同的年直接雷擊的大地表面積，其面積應為其實際平面向外擴大后的面積。

（3）接閃器：避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)以及大型的可做接閃器的金屬體,用于攔截雷電閃擊。

接閃桿接閃的原理：接閃器與先導連線之間的電場發(fā)生畸變，電場強度梯度最大，空氣最先被擊穿，從而引雷。

（4）避雷針保護范圍的計算（滾球法原理及滾球法的思路要了解）

雷擊距：被雷擊的點距下行先導的距離都等于hr，hr稱為雷擊距，即滾球半徑(hr)。ａ．單只避雷針的保護范圍

兩種計算題型：給定保護高度，計算保護范圍；給定保護范圍，計算保護高度。ｂ．雙支等高避雷針的保護范圍

ｃ．建筑物頂部突出屋面上避雷針長度的確定

（５）引下線：外部防雷裝置中用于將雷電流從接閃器傳導至接地裝置的那一部分．對引下線間距，規(guī)范根據(jù)GB50057-94標準，第一類、第二類、第三類防雷建筑物的引下線間距相應應為10、15、25m。但考慮到我國工業(yè)建筑物的柱距，一般均為6m，因此，按6m的倍數(shù)考慮，故對引下線間距相應定為12、18、25m。接地裝置：外部防雷裝置中用于將雷電流傳導及散流入地的那一部分。接地體是接地裝置的一部分，它直接與大地有電氣接觸并將雷電流散流入大地。（６）為了防止雷電流流過防雷裝置時所產(chǎn)生的高電位對被保護的建筑物或與有聯(lián)系的金屬物發(fā)生反擊。應使防雷裝置與這些物體之間保持一定的安全距離。對于第一類建筑物，獨立避雷針及其接地裝置與道路或建筑物的出入口等的距離應大于3m。當小于3m時，應采取均壓措施或鋪設(shè)卵石或瀝青地面。獨立避雷針的接地裝置與建筑物接地網(wǎng)的地中距離不應小于3m。第二類和第三類，2米。

（７）防雷接地的定義:避雷針、避雷線、避雷器和雷電電涌保護器件等都需要接地，把雷電流泄放入大地，這就是防雷接地。接地電阻的概念和影響因子：①接地電阻的定義為：當接地電流一流入接地電極，接地電極的電位就比接地電流流入前升高U[V]，把R=U/I（Ω）作為那個接地電極的接地電阻R。防雷工程中提到的接地電阻是指接地極的對地電阻和接地線電阻的總和，也稱接地裝置的接地電阻。接地電阻的數(shù)值等于接地裝置對地電壓與通過接地體流入地中電流的比值。影響接地電阻的因子

A、接地電極的形狀和尺寸（次要因子）

a.當其形狀和尺寸確定后，電極的接地電阻可用下式表示：R=ρ×ｆ

式中，R為接地電阻，ρ為大地電阻率。f表示接地電阻的形狀、尺寸；b.當電極形狀確定后，接地電阻可表示如下：R=kρ/L式中，L為電極的特征幾何尺寸，k是形狀系數(shù)。

在一定的大地電阻率條件下，如形狀變化，接地電阻會明顯變大變小，這在電極設(shè)計上很重要。

B、土壤的電阻率（主要因子）

當接地極在形狀確定后，土壤電阻率影響接地電阻的大小。土壤電阻率大的地方，接地電阻也大。

影響土壤電阻率的主要因素:

a.土壤的種類和結(jié)構(gòu):不同種類的土壤之間的電阻率可能會相差數(shù)百至數(shù)千倍，甚至是上萬倍（上表）。國外研究者將土壤劃分為四大類，即泥土類、黏土類、砂土類和砂巖類。b.含水量：絕對干燥的土壤是絕緣體，隨著土壤顆粒中含有水分的增加，其電阻率會下降。c.溫度:當土壤溫度降低到0℃及以下時，由于土壤中水分結(jié)冰，土壤凍結(jié)，其電阻率急劇增大；當土壤溫度從0℃上升時，由于土壤中的冰凍水分溶化和電解質(zhì)電離熔解等作用，土壤電阻開始下降。但是，當土壤溫度上升得很高，達到100℃以上時，土壤中含有的水分開始蒸發(fā)，其電阻率又會增大。

高土壤電阻率地區(qū)的降低接地電阻的措施:

換土；接地體埋于較深的低電阻率的土壤中；使用降阻劑；多支線外引接地裝置，外引長度不應大于有效長度，有效長度應符合le2要求。

(８)沖擊接地電阻與工頻接地電阻及其換算關(guān)系

工頻接地電阻：對于工作接地和保護接地來說，通過接地體流入地中的是工頻電流，所求得的電阻基本上是接地體周圍土壤的歐姆散流電阻，稱之為工頻接地電阻。沖擊接地電阻：在避雷接地中，沖擊電位降的峰值與沖擊電流的峰值之比應該是一個阻抗，通常情況下，把這一阻抗稱之為沖擊接地電阻。

在大多數(shù)實際情況下，接地體的分布參數(shù)效應對接地電阻的影響弱于土壤放電效應，接地體的沖擊地電阻小于其工頻接地電阻。在高電阻率土壤地區(qū)采用泄散陡波頭雷電流的較長接地體等特殊場合下，分布參數(shù)效應會強于土壤放電效應，這些場合下接地體的沖擊接地阻抗會大于其工頻接地電阻，甚至可能遠大于工頻接地電阻。對于同一接地體，其中沖擊接地電阻與工頻接地電阻之比定義為沖擊系數(shù)

A=Rg/RI

式中：Rg為接地裝置各支線的長度取值小于或等于接地體的有效長度le，或者有支線大于le而取其等于le時的工頻接地電阻(Ω)；A為換算系數(shù)；RI為所要求的接地裝置沖擊接地電阻(Ω)。

關(guān)于接地體的長度和接地體見的鋪設(shè)距離問題

３.第一類防雷建筑物防側(cè)擊雷措施

當建筑物高度超過30m時，尚應采取以下防側(cè)擊雷措施：

①從30m起每隔不大于6m沿建筑物四周設(shè)水平避雷帶并與引下線相連；②30m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置連接。

４.防雷分區(qū)

LPZ0A：完全暴露的未設(shè)防區(qū)；LPZ0B:充分暴露的直擊雷防護區(qū)；

LPZ1：本區(qū)內(nèi)的電磁場因屏蔽措施而有所衰減。(本區(qū)一般指在鋼筋結(jié)構(gòu)的建物內(nèi)）；LPZ2：為了進一步減小導體部件上的雷電流和電磁場而引入的后續(xù)雷電防護區(qū)；

LPZn區(qū)：須要進一步減小雷擊電磁沖，以保護敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)雷電保護區(qū)。劃分防雷保護區(qū)的實際意義：可以通過公式計算出各LPZ內(nèi)LEMP的強度，并依據(jù)計算結(jié)論采取相應的屏蔽保護措施；可以確定等電位連接的位置；③可以確定不同LPZ交界處選用電涌過電壓保護器的具體型號和參數(shù)；④可以確定敏感性設(shè)備的放置位置和合適的連接點；⑤可以確定在不同LPZ交界處等電位連接導體的選用。

５.屏蔽

（１）概念：使用金屬網(wǎng)、箔、殼、管子等導體把需要保護的對象包圍起來，使閃電的電磁脈沖波從空間入侵的通道全部截斷。（２）屏蔽的作用:LEMP主要以場和路兩種形式耦合影響設(shè)備。屏蔽技術(shù)是減少干擾（場形式）的基本措施。（３）屏蔽保護的原因因為利用金屬屏蔽體吸收、反射、折射的方法可衰減施加在設(shè)備上的電磁干擾和過電壓能量。

屏蔽吸收，是指通過金屬屏蔽體與防雷系統(tǒng)的等電位連接使屏蔽體與泄流入地的引下線、接地體等電位，等同于泄流入地。屏蔽反射或折射，是指雷電電磁波在線路傳輸中，常會遇到線路突然改變的情況，例如，雷電電磁波從波阻抗較大的架空線進入波阻抗小的電纜以及在線路中間或末端接入電阻、電感、電容或非線性元件（這些通稱為集總參數(shù)），雷電電磁波將在參數(shù)突變的邊界處發(fā)生折射和反射，理論上可以證明這種反射和折射可衰減施加在設(shè)備上的電磁干擾和過電壓能量。（４）屏蔽措施：

建筑物的電磁屏蔽：利用建筑物的鋼筋結(jié)構(gòu)構(gòu)造一個法拉第籠式避雷網(wǎng)。這些避雷網(wǎng)除了具有其它的防雷用途外，還可以用于屏蔽目的。

設(shè)備屏蔽：采用連續(xù)完整的金屬將設(shè)備封閉起來，進出設(shè)備的信號線和電源線屏蔽層在其進出口處應與設(shè)備的金屬外殼保持良好的電氣接觸。③線路屏蔽：

a.建筑物之間線路的屏蔽:從雷電脈沖電磁場防護的角度來看，位于建筑物之間的戶外線（供電線或通信線）應采用帶金屬屏蔽的電纜，對于沒有屏蔽的線路，應設(shè)置金屬管道，讓線路從管道中穿過，在進入建筑物的入口處，金屬管壁應與建筑物的鋼筋引下線或接地線作電氣連接。

b.戶內(nèi)線路的屏蔽：在建筑物需要集中布設(shè)大量線路的地方，應構(gòu)筑布線井，布線井壁內(nèi)的鋼筋應每隔一定距離作一圈電氣連接。在建筑物內(nèi)分支布線和室內(nèi)布線的路徑上可架設(shè)布線槽來對線路進行屏蔽。布線槽的壁由金屬材料制成，它應就近與接地導線或防雷引下線鋼筋等連接，各段布線槽的結(jié)合部應作可靠連接。

６.等電位連接

（１）等電位連接的概念：等電位連接是將各防雷區(qū)的金屬和系統(tǒng)以及在一個防雷區(qū)內(nèi)部的金屬物和系統(tǒng)，在界面處作等電位連接，建立一個三維的連接網(wǎng)絡，即為防雷等電位連接。（２）等電位連接的方法：Ｍ型、Ｓ型、混合組合連接

（３）暫態(tài)等電位：在一些特殊場合，各金屬體之間不允許作永久性的常規(guī)等電位連接，只有在它們之間出現(xiàn)短暫的高電位差時才能進行暫時的等電位連接，而在暫態(tài)高電位差消失后，彼此之間又需恢復不連接的開斷隔離狀態(tài)，這就是暫態(tài)等電位連接。

７.電位保護器的概念、工作原理、性能參數(shù)等８.大氣過電壓

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