某高校全套建筑電氣消防課件

第6章雷電和靜電第一節(jié)雷電種類及危害第二節(jié)雷電防護(hù)措施第三節(jié)靜電的產(chǎn)生及危害第四節(jié)靜電防護(hù)措施第一節(jié)雷電種類及危害重點(diǎn)：掌握雷電種類及形成過程雷電的危害雷電的破壞作用1.1、雷電雷電概念雷電是宇宙間的一種靜電自然現(xiàn)象最早把雷稱為電的是富蘭克林，閃電是雷云正負(fù)電荷之間，或帶電荷的雷云對(duì)地放電引起的現(xiàn)象。1750年提出了避雷針的建議雷是閃電沖擊波衰減為聲波的結(jié)果超級(jí)閃電：威力比普通閃電大100多倍的稀有閃電。普通閃電產(chǎn)生的電力約為10億瓦特，而超級(jí)閃電產(chǎn)生的電力則至少有1000億瓦特，甚至可能達(dá)到萬億至100000億瓦特。紐芬蘭的鐘島在1978年曾受到一次超級(jí)閃電的襲擊，連13公里以外的房屋也被震得格格響，整個(gè)鄉(xiāng)村的門窗都噴出藍(lán)色火焰。閃電形式線狀閃電帶狀閃電球狀閃電聯(lián)珠狀閃電雷電的形成基本條件：帶電積雨云，積雨云是一大團(tuán)翻騰、波動(dòng)的水、冰晶和空氣產(chǎn)生電荷：積云里的氣流使云滴、冰晶受到?jīng)_擊而發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦，因而破裂分離，同時(shí)帶上電荷電荷分離：帶正電的小冰晶被氣流帶到云的頂部，帶負(fù)電的大冰晶較重，下沉到云的下層。因此垂直方向的氣流運(yùn)動(dòng)起到了引起大規(guī)模電荷分離的作用空氣層擊穿：當(dāng)云層的電荷積累達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，或帶不同電荷的積云互相接近到一定程度時(shí)，以及帶電積云與大地凸出物接近到一定程度時(shí)，會(huì)發(fā)生空氣層擊穿被擊穿的空氣層形成導(dǎo)電通道，電流很大，空氣被燒得極為熾熱，發(fā)出耀眼的白光——閃電閃道上的高溫，使空氣膨脹、水滴汽化膨脹，產(chǎn)生沖擊波，發(fā)出強(qiáng)烈的爆炸般的轟鳴——雷聲電荷的載體：雷云中的水滴和冰晶電荷的運(yùn)輸：上升氣流濕氣的供給：太陽加熱空氣層雷電系統(tǒng)可以看作是包括供給能源的太陽在內(nèi)的一個(gè)巨大的靜電發(fā)電機(jī)雷電種種類直擊雷雷帶電積積云接接近地地面至至一定定程度度時(shí)，，與地地面目目標(biāo)之之間的的強(qiáng)烈烈放電電感應(yīng)雷雷也稱作作雷電電感應(yīng)應(yīng)或感感應(yīng)過過電壓壓球雷（（球閃閃）球形閃閃電，，民間間稱為為滾地地雷1、直擊擊雷直擊雷雷的每每次放放電含含有先導(dǎo)放放電、主放電電、余光三個(gè)階階段直擊雷雷的形形成過過程負(fù)電荷荷聚集集，達(dá)到到104V/cm，大氣擊擊穿并并游離離產(chǎn)生大大量離離子，，形成導(dǎo)導(dǎo)電介介質(zhì)（流光光或流流柱））在電場(chǎng)場(chǎng)作用用下，，電子雪雪崩，碰撞氣氣體分分子，使導(dǎo)電氣氣體沿著電電場(chǎng)作作用力力方向向向下發(fā)發(fā)展。同時(shí)時(shí)由于于慣性性和碰碰撞概概率，，并不不是垂垂直向向下，，加之之隨機(jī)機(jī)因素素，呈現(xiàn)出出彎曲曲有分分叉的的折線線段折線段段光柱柱逐級(jí)級(jí)向下下方推推進(jìn)，稱為為梯級(jí)級(jí)先導(dǎo)導(dǎo)或梯梯式先先導(dǎo)（（1.5*105m/s，長度度50m左右））。各各梯級(jí)級(jí)間平平均間間歇時(shí)時(shí)間50ms具有負(fù)負(fù)電荷荷的梯梯式先先導(dǎo)到到達(dá)離離地3-5m時(shí)，形成成強(qiáng)烈烈的地地面大大氣電電場(chǎng)，，會(huì)引引起地面空空氣產(chǎn)產(chǎn)生向向上的的流光光，稱為為回?fù)魮簦涣髁鞴馀c與下行行的先先導(dǎo)接接通，，形成直直通云云中負(fù)負(fù)電荷荷區(qū)的的導(dǎo)電電通道道，地面感感應(yīng)正正電荷荷迅速速流入入，沖向向云中中，形形成巨巨大的的電流流和很很亮的的光柱柱，此此即為主放放電或或主閃閃擊主放電電結(jié)束束后，，繼續(xù)續(xù)有微微弱的的余光光第一次次閃擊擊后，，由于于積云云中電電荷互互相被被空氣氣絕緣緣分隔隔，其其電荷荷遷移移聚積積需要要時(shí)間間，因因此過過幾十十毫秒秒后，，重新新聚集集到負(fù)負(fù)電荷荷中心心后，，會(huì)循循已有有離子子的原原通道道再次次放電電，出出現(xiàn)第第二次次閃擊擊。平平均每每次雷雷擊有有三四四個(gè)閃閃擊。。第一次次閃擊擊的先先導(dǎo)放放電是是梯級(jí)級(jí)式先先導(dǎo)放放電，，之后后的先先導(dǎo)放放電是是循原原通道道再次次放電電，不不再逐逐級(jí)推推進(jìn)，，而是是順利利快捷捷完成成，稱稱其為為箭形形先導(dǎo)導(dǎo)放電電2、感應(yīng)應(yīng)雷靜電感感應(yīng)雷雷、電電磁感感應(yīng)雷雷靜電感感應(yīng)雷雷是由于于帶電電積云云在架架空線線路導(dǎo)導(dǎo)線或或其他他導(dǎo)電電凸出出物頂頂部感感應(yīng)出出大量量電荷荷，在在帶電電積云云與其其他客客體放放電后后，感感應(yīng)電電荷失失去束束縛，，以大大電流流、高高電壓壓沖擊擊波的的形式式，沿沿線路路導(dǎo)線線或?qū)?dǎo)電凸凸出物物的傳傳播雷電種種類靜電感感應(yīng)雷雷的產(chǎn)產(chǎn)生靜電感感應(yīng)雷雷在長長導(dǎo)體體上時(shí)時(shí)，一一旦電電荷可可以移移動(dòng)，，會(huì)以以光速速向?qū)?dǎo)線兩兩端傳傳播，，形成成感應(yīng)應(yīng)過電電壓波波（脈脈沖波波）梯級(jí)式式先導(dǎo)導(dǎo)放電電時(shí)，，先導(dǎo)導(dǎo)通道道里的的電荷荷在架架空長長導(dǎo)線線產(chǎn)生生異號(hào)號(hào)電荷荷，回回?fù)舴欧烹姾蠛?，通通道電電荷消消失，，長導(dǎo)導(dǎo)線電電荷失失去束束縛，，產(chǎn)生生感應(yīng)應(yīng)過電電壓波波沿低壓架空空線路侵入入高電位造造成的事故故占雷害事事故的70%以上電磁感應(yīng)雷雷雷電的電磁感應(yīng)效效應(yīng)引起的電磁感應(yīng)雷雷是由于雷雷電放電時(shí)時(shí)，巨大的的沖擊雷電電流在周圍圍空間產(chǎn)生生迅速變化化的強(qiáng)磁場(chǎng)場(chǎng)，在鄰近近的導(dǎo)體上上產(chǎn)生的很很高的感應(yīng)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，，閉合回路路則產(chǎn)生很很大的沖擊擊電流避雷裝置附附近，會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生強(qiáng)烈的的迅變脈沖沖電磁場(chǎng)，，形成一種種干擾源（（雷電電磁磁脈沖、雷雷擊電磁脈脈沖），對(duì)對(duì)電子設(shè)備備和系統(tǒng)產(chǎn)產(chǎn)生干擾或或永久性破破壞雷電種類3、球雷（球球閃）雷電放電時(shí)時(shí)形成的發(fā)發(fā)紅光、橙橙光、白光光或其他顏顏色光的火火球。從電電學(xué)角度考考慮，球雷雷應(yīng)當(dāng)是一一團(tuán)處在特特殊狀態(tài)下下的帶電氣氣體出現(xiàn)概率大大約為雷電電放電次數(shù)數(shù)的2%球閃壽命1~5s，長的可達(dá)達(dá)數(shù)分鐘多數(shù)消失時(shí)時(shí)伴有爆炸炸，并產(chǎn)生生硫黃、臭臭氧或二氧氧化氮?dú)馕段肚蜷W機(jī)理渦旋-孤子理論：：有電磁效效應(yīng)的球閃閃是等離子子體孤子，，孤子是物物質(zhì)非線性性效應(yīng)的一一種特殊產(chǎn)產(chǎn)物，孤子子具有出奇奇的穩(wěn)定性性，與非線線性系統(tǒng)遵遵守?zé)o窮多多個(gè)守恒定定律有關(guān)化學(xué)反應(yīng)模模型：靠內(nèi)內(nèi)部含有的的混合氣體體的化學(xué)反反應(yīng)釋放出出的熱量來來維持長壽壽命球閃預(yù)防預(yù)防球閃主主要方法是是關(guān)閉門窗窗，防備球球形閃電飄飄進(jìn)室內(nèi)；；如果球形形閃電意外外飄進(jìn)室內(nèi)內(nèi)，千萬不不要跑動(dòng)，，因?yàn)榍蛐涡伍W電一般般跟隨氣流流飄動(dòng)。如如果在野外外遇到球形形閃電，也也不要?jiǎng)樱?，可拾起身身邊的石塊塊使勁向外外扔去，將將球形閃電電引開，以以免誤傷人人群。1.2、雷電參數(shù)數(shù)防雷設(shè)計(jì)的的重要依據(jù)據(jù)雷暴日、雷雷電流幅值值、雷電流流陡度、沖沖擊過電壓壓雷電參數(shù)1.雷暴日表征雷電活活動(dòng)的頻繁繁程度，一一般用年雷暴日數(shù)數(shù)來衡量，即即一年之內(nèi)內(nèi)能聽到雷雷聲的天數(shù)數(shù)雷暴日數(shù)與與緯度有關(guān)關(guān)：赤道附附近大，兩兩極小；山山地大，平平原?。?:1）廣東雷州半半島、海南南一帶，80d/a長江流域以以南40-80d/a長江以北大大部分地區(qū)區(qū)20-40d/a西北地區(qū)20d/a以下西藏地區(qū)50-80d/a以下雷暴日等級(jí)級(jí)我國雷暴日日等級(jí)劃分分：少雷區(qū)：年年平均雷暴暴日不超過過15d/a的地區(qū)多雷區(qū)：超超過40d/a的地區(qū)強(qiáng)雷區(qū)：超超過90d/a的地區(qū)電子信息系系統(tǒng)中，雷雷暴日等級(jí)級(jí)劃分：少雷區(qū)：20d/a及以下多雷區(qū)：20-40d/a高雷區(qū)：40-60d/a強(qiáng)雷區(qū)：60d/a以上雷電參數(shù)2、雷電流幅幅值主放電時(shí)沖沖擊電流的的最大值與氣象、自自然條件有有關(guān)，可達(dá)達(dá)數(shù)十至數(shù)數(shù)百千安我國的雷電電流幅值概概率計(jì)算公公式：P：幅值超過過I的概率，%ISM：雷電流幅幅值，kA大于20d/a的地區(qū)不超過20d/a的地區(qū)3、雷電流陡陡度雷電流隨時(shí)時(shí)間上升的的速度，受受雷電流幅值值和雷電流流波頭時(shí)間間決定防雷設(shè)計(jì)時(shí)時(shí)，要求將雷電流波波形典型化化等值，使其可用用公式表達(dá)達(dá)，便于計(jì)計(jì)算，常用用斜角波和半余弦波作為等值波波形斜角波：半余弦波：：最大陡度：：4、雷擊沖擊擊過電壓u—直擊雷沖擊擊過電壓，，kVi—雷電流，kARi—防雷接地裝裝置的沖擊擊接地電阻阻，Wdi/dt—雷電流陡度度，kA/msL—雷電流通路路的電感，，mH1.3、雷電的危危害雷電特點(diǎn)：：電流大、、電壓高、、沖擊性強(qiáng)強(qiáng)雷電效應(yīng)：：高電壓、、靜電感應(yīng)應(yīng)效應(yīng)、電電磁感應(yīng)效效應(yīng)、熱效效應(yīng)、機(jī)械械效應(yīng)、沖沖擊波效應(yīng)應(yīng)、電動(dòng)力力效應(yīng)人身傷害、、大規(guī)模停停電、設(shè)備備設(shè)施的損損壞、森林林大火、干干擾通訊等等雷電的破壞壞作用1.電性質(zhì)的破破壞作用沖擊電壓破破壞電力系系統(tǒng)設(shè)備絕絕緣，大規(guī)規(guī)模停電絕緣損壞