防雷知识讲座.ppt

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1、防雷知识讲座第一章 雷电干扰防护的研究内容 雷电干扰防护属于电磁兼容的范畴 electromagnetic compatibility(EMC)雷电磁脉冲；LEMP（Lightning Electromagnetic Pulse）开关电磁脉冲；SEMP（Switching Electromagnetic Pulse）静电放电；ESD（Electro-Static Discharge）：核致电磁脉冲；NEMP（Nuclear Electromagnetic Pulse：核致）微波辐射。WR（Microwave Radiation）第二章 雷电与电磁干扰防护的重要性第一节防雷工程技术的发展 第一个

2、把实验室中的电与自然界的闪电发生联想的人是曾任英国伦敦皇家学会馆长的FransisHauksbee，1706年他用玻璃棒摩擦带电，研究它的发光，看到静电放电产生的闪光与闪电相似，而发生了联想。这已接触到闪电的物理本质是电荷放电。科学认识必须建立在科学实验的论证上。第一个达到这一步的是杰出的美国科学家富兰克林(BenjaminFranklinl7061790)，他在实验室内进行一系列电学实验，证实了实验室完成的静电放电现象与天空雷闪类似，以科学的理性思维探索闪电的本质：闪电就是静电产生的火花放电。就此，富兰克林发明了避雷针，这是人类第一件防止雷害的装置。富兰克林发明避雷针之后，这一防雷工程技术延

3、续了百余年毫无发展。不仅是由于人类对雷电的认识停滞不前，而且还由于实际需要没有变化，避雷针还未显出其局限性。1876年贝尔发明电话，由于适应了社会的需要，发展极快，1880年仅美国就有了48，000台，架空的长导线出现了，它成为闪电袭击的新对象，为了防护电话通讯设备和人的安全，于是出现了第二种避雷装置导雷器，它实际上是一个火花隙，接在电话入户线路与大地之间，架空长导线上落雷产生的高电压，到达此处把火花隙击穿短路可从而泄流入地，不致进入户内伤害电话设备和人。这种新事物就是最原始的避雷器，英文称之为Arrester。1887年伦敦筹资百万英磅建立供电公司，标志着电力供应由分散的一家一户发电转变为由

4、中心电站集中供电的开始，输电网迅速扩展，高电压输电网的过电压保护和防雷就成为电力系统的极为重要的项目，于是19世纪90年代就有ETomson发明的磁吹间隙，以它保护直流电力设备，这可说是磁吹避雷器的前身。1901年德国制成串联线性电阻限流的角形间隙，可以说是阀型避雷器的前身。此后由于电力工业的大发展，电力系统成为建筑行业之后防雷需求最为迫切的部门，对雷电的研究，主要在这一行业进行。这里有两个重要原因：第一、电力系统需要研究过电压护和高压绝缘问题，这与防雷的研究，在物理上是相似的，第二、为了研究的需要必须建立高电压实验室，因此为人工模拟雷电的实验研究提供了物质条件。所以20世纪中，电力系统高压实

5、验室的研究为防雷作出了很重要贡献，今天我们关于雷电的认识，很多来源于这些研究结果（比如国际大电网会议）。富兰克林的年代只注意到直接雷击。那时雷电对建筑物的危害也只能是直击雷。20世纪电力工程才注意到感应雷的危害，德国W。Peterson于1914年提出用接地避雷线防雷的理论，后来美国FWPeek，WWLewis也认为威胁线路绝缘的不仅是直击雷，还有感应雷。30年代末期大家已取得共识，100kV以上线路避雷线是防直击雷的基本保护装置。19251926年Peek第一个用“人工雷”研究避雷针的保护范围、雷云极性对保护系统的影响。1934年美国瓦斯和电力公司(AGE)开始用避雷针和避雷线保护变电所，由

6、于避雷线的应用有效，在建筑物上出现了避雷带，50年代后又发展出笼式避雷网。架空电线上直击雷和感应雷产生的过电压波沿线侵入建筑物内造成设备损坏、破坏房屋和人身伤亡等现象这是富兰克林年代所不可能见到的。这是科技发展带来的新的雷灾，当然富兰克林的避雷针无法对付它，需要一种完全不同的思路来防止这种雷灾，那就是在过电压波入建筑物之前把它导入地，为此而设计出来的避雷装置就是避雷器。1907年美国出现一种铝电解避雷器。1908年瑞士Moscicki提出用高压电容器把雷电流分流入地。1922年美国开始采用非游离气体以遮断续流的管型避雷器。50年代初，磁吹阀型避雷器问世。1968年日本松下电气公司研制出新一代的

7、无间隙避雷器，它是一种金属氧化物非线性电阻。80年代以后，雷灾出现的特点，与以往有极大的不同，可以概括为：(1)受灾面大大扩展，从电力、建筑这两个传统领域扩到几乎所有行业部门，特别是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电通信、铁路交通、计算机、电子工业、化工石油等等。(2)从二维空间入侵变为三维入侵。从闪电直击，过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷进入防雷电电磁脉冲(LEMP)，前面是指雷电的受灾行业面扩大了，这儿是指雷电灾害的空间范围扩大了(4)产生上述种种特点的根本原因，也就是关键性的特点是雷灾的

8、主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用广泛渗透到各种生产和生活领域促进社会经济的发展，这是大好事。但是微电子器件极端灵敏、它的这一特点又容易受到无孔不入的LEMP的作用，或者造成微电子设备的失控，或者是损坏。因此，当我们广泛采用新技术，采用新的数字通信系统，使用微机操作控制的时候，雷灾也就跟踪而至。所以当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了。我们必须站到历史时代的新高度来重新认识现代的防雷技术问题。第二节雷电防护的重要性雷电是最常见的自然灾害之一，虽然，地震、旱灾、水灾、泥石流、海啸、台风等自然灾

9、害比较，每次雷电灾害对人类造成的损失不算大，但全球每年由于雷暴灾害造成的损失的总和就不算小数了。地球上的森林火灾，有50%是由雷击引起（1987年内蒙一次雷击森林大火，烧掉1300多公顷森林，大兴安岭雷击火损失占全部损失的70%）。草原火灾有相当一部分是有雷击引起。1989年8月12日，青岛黄岛有库雷击大火，燃烧4天，死亡19人，伤78人，直接经济损失数千万元。1993年8月12日，中国人民银行湖南省郴州分行计算机信息系统遭雷击，使计算机电源、主机、卫星接受小站，营业部终端等被击坏，直接经济损失数十万元，业务中断7天，间接经济损失达亿元之巨。1999年6-7月，广州局军田、郭塘、棠溪、潖江口、

10、飞来峡、银盏坳、广北、江高等站的计算机联锁设备多次反复遭雷击，影响多次列车运行。2000年7月9日，成都局内江通信站遭雷击，损坏电源、PCM、程控交换机等设备，直接经济损失29万元，通信中断数日，间接经济损失巨大。第三章 雷电防护的研究方法雷电防护由一套专门的理论。比如，雷电产生的机理，要研究大气物理学，用物理学的方法探讨雷电产生的原因。雷电对电子设备的雷害机理，需用大气电学的方法。研究雷电的防护方法，又涉及电工学，微电子学和材料学。雷电流的大小、雷电的波形研究，一般通过理论推导和现场实测，将现场实测的波形和理论推导拟合，这就需要用统计学的知识合概率论的知识。雷电科学还是一门试验科学，由于雷电

11、机理的研究对雷电成因的解释许多出于假说，必须通过现场试验和模拟试验验证。同时，防护设备的好坏必须通过实验室模拟试验和现场对比试验两个环节，才可初步判断其好坏，最后，还要用统计学知识，对现场试验作出科学判断。要研究雷电防护，还必须对防护对象有较深刻的了解，所谓知己知彼。比如，电源防护，必须了解电力配电系统和电源屏的结构，还有UPS、开关电源的原理，了解他们的薄弱环节，才可对症下药。计算机网络必须了解网络的拓扑结构、网络设备、传输协议，接口硬件。很难想象，不了解计算机设备的人，能将防雷设备加装在正确的位置上。所以说，防雷是一个综合学科和边缘科学。希望对各门科学略知一二。第四章 雷电的基本知识第一节

12、雷电的形成雷电是从雷雨之中发展起来的一种天气现象。闪电和雷声是雷电的特殊标志。雷电和雷雨是连系在一起的，而只有闪电和雷声而不下雨的称为干雷暴。“迅雷不及掩耳”，确切地说明了雷电突如其来的特点。那么雷电到底是如何形成的呢?要想搞明白这个问题，还得从雷雨的形成过程谈起。有人计算，一块半径为5公里的雷雨云，下暴雨时，每5分钟从云中倾下的水量约达到8万吨(仅以每分钟降雨量为l毫米计)如此巨量的水竟然能够在空中飘移，可以想见雷雨云中上升气流之强大了。那么，拥有巨大能量的积雨云又是怎样生成的呢？打雷必须有电。雷雨云的起电原因是什么？下面就研究这个问题。雷云的形成雷云形成必须具有以下三个基本条件：a空气中应

13、有足够的水蒸汽；b有使潮湿的空气能够开始上升并开始凝结为水珠的气象条件或地形条件；c使气流能强烈持续上升的物理条件。第二节雷电活动强度及雷击的选择性、连续性雷电活动的强度一般地指一个地区雷电活动的频繁程度，亦即某一地区雷击次数的多少。雷电的产生是基于地区气象条件产生的，因此雷电活动强度有地区性、季节性。我们用“雷击次数”这一指标来衡量某一地区一定时间内雷电活动的强度。目前通用的有“雷电小时”和“雷电日数”两种。“雷电小时”是一小时内在某地可闻雷声次数，只要听到雷声，不论雷声持续多长，都作为一个“雷电小时”。统计时以年为单位计算全部可闻雷次数称为“年雷电小时数”我国大部分地区一个雷电日大约为3个

14、雷电小时。这种统计方法我国用得不多。“雷电日数”则指一昼夜间是否有雷，若有可闻雷，则不管次数多少均记为一个雷电日，统计上以年雷电日数计，即一年内有多少个雷电日。但是，各年的雷电日数是不一样的，因此，采用若干年雷电日的统计平均数，我们称之为年平均雷电日。这种方法比较简单，因此被我国各部门广泛采用。年平均雷电日这一参数极其粗糙，它只能反映某地有否雷暴，但不能反映雷暴的强度。雷电活动按地区分布的普遍规律是：潮热地区比干冷地区多雷，陆地比海洋多雷，山区比平原多雷。如我国兰州为25日年，北京为40日年，哈尔滨为33日年，而广西的玉林达105日年，广州78日年。可见南北差异是很大的。就其季节性而言，一般冬

15、季少雷或几乎无雷，而夏季则称为雷雨季节。我国许多部门和行业根据年平均雷暴日，将雷电活动地区分为少雷区、中雷区、多雷区、强雷区：a少雷区年平均雷暴日数不超过15的地区;b中雷区年平均雷暴日数为1540的地区;c多雷区年平均雷暴日数为4090的地区;d强雷区年平均雷暴日数超过为90的地区;第三节直击雷与感应雷直击雷与雷电感应的概念根据雷击过电压进入通信、信号、电力等设备的方式不同，可将侵入设备的雷电分为直击雷（directlightningstrike）和雷电感应（lightningInduction），或称感应雷。我们一般将雷电直接击中线路设备或终端设备并经设备入地的雷击称为直击雷，在许多标准里

16、将直击雷定义为直接击在建筑物、构筑物、地面突出物或大地并产生电效应、热效应和机械力的雷电放电。直击雷是目前人类无法控制和阻止的自然灾害，它的特点是放电电压高（可达500kV以上），放电电流大（虽然一般认为200kA是允许的上限，然而雷电的实际放电电流却可达到惊人的530kA），放电过程时间短（一次闪电放电时间约为40s），闪电电流波形波头陡度大（闪电电流在不到1s的时间便可以达到100kA以上的极值）。它主要给建筑物、构筑物、电力设施、通信设施、输油（气）管道和易燃易爆场所等造成火灾和机械损害，给户外活动的人员和牲畜造成伤亡，引发森林或草原火灾。直击雷对电力设施和通信设施造成损害的机理是雷电直接击中架空输电线路、线路杆塔、地下电力电缆或通信架空线路、地下电缆、无线通信设备天线塔等。大部分雷电流通过架空电力线路、线路杆塔、地下电力电缆或通信架空线路、地下电缆泄流入地，同时造成机械损害。剩下部分雷电流流入电力线路或通信线路导线，并以行波方式向两方向传播，损坏终端设备。直击雷的概率极小，真正对通信、信号、电力造成损害的大多为感应雷 所谓雷电感应定义为雷电放电的强大电磁场作用在邻近的导线或电子