高速公路防雷.ppt
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1、目 录,雷电基本知识 雷击案例展示 高速公路防雷要点 防雷装置日常维护要点 智能仪器设备管理维护趋势,雷电基本知识,(一)雷电概述,1、定义: 雷电是雷雨云之间或云地之间产生的放电现象。 具体表象:特殊的、极为壮观的声、光、电现象。 2、雷电对人类的影响 A、有机化合物的合成,生命起源原因之一。 B、维持电离层平衡。 C、最严重的自然灾害源。 雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。,(二)、雷电的形成,1、雷云形成的物理过程 A、雷云形成过程 云的概念:大气中的水蒸汽凝结起来而形成可见的小水滴。 水气凝结淡积云浓积云积雨云 B、积雨云或雷(雨)云的形成要具备三个条件:
2、 第一、空气中必须含有充分的水蒸汽,以便促成云的生长。 第二、太阳晒热地面及其附近的空气,产生抬升作用,使潮湿的空气上升高空,水蒸汽凝结成水滴。 第三、从地面到垂直高度的大气必须是不稳定的,以便形成大气的对流。,2、雷云的电结构,6,2,10,高度(km),云体运动方向,0,+10,雨,-30,雪,冰晶,-65,温度(),一块雷雨云的气流结构示意图,3、雷云起电机制 目前主要雷云起电学说有以下几种: A、水滴破裂效应 B、吸电荷效应 C、水滴冰冻效应 D、温差起电效应 E、感应起电效应 F、对流起电效应,云粒子获得电荷过程,冰粒,云粒子,E,(三)、雷击(电)的分类,1、雷电的基本分类 A、闪
3、电空间位置分类: 云内、云际和云地。 云地闪电大约占闪电总数的20% B、闪电形状分类: 线状、带状、片状、球状。,2、闪击的组合形式 A、向下闪击 开始于雷云向大地的向下先导。一向下闪击至少有一首次短时雷击,其后可能有多次后续短时雷击并可能含有一次或多次长时间雷击。 对平原和低建筑物典型的四种组合(附图6.3)。 B、向上闪击 开始于一接了地的建筑物向雷云产生的向上先导。一向上闪击至少有一其上有或无叠加多次短时雷击的首次长时间雷击,其后可能有多次短时雷击并可能含有一次或多次长时间雷击。 对约高于100米的高层建筑物典型的五种组合(附图6.4)。,3、地闪(直击雷)的发生过程,20ms,50m
4、s,50ms,1.5ms,1.5ms,梯式先导,积雨云,3km,常见地闪结构的典型情况,60S,60S,60S,云地闪回击过程,闪电的分类,云地闪 正闪 负闪 云闪(云内、云气、云云) 球闪(地滚雷) 诱发闪电 鬼火(闪电对电离层),4、闪击距离 A:含义:雷电的最后闪络距离。 也就是先导最后一次跳跃的距离。 闪击距离与雷电流幅值有关,通常在10 100米之间。 B、雷击数学模型 Hr9.4I2/3 先导与地面目标的距离等于击距时,才受地面影响而定向, (GB50057-94)规范规定,一、二、三类对应的滚球半径为30、45、60米。,5、利用外部防雷装置拦截雷电的原理 、尖端放电和金属接闪泄
5、放原理 、保护范围确定方法 滚球法 网格法 是“避雷”还是“引雷”? 避雷针的引雷效应: 击距范围内引雷入地,(四)雷电特性及参数,、放电具有重复性,一次雷电平均包括3次至4次放电。 、雷电流具有单极性的脉冲波形,约75% 90%是负极性的。 、雷电主放电时间约50 100s,主放电电流可达数百千安,一般一次地闪过程平均持续时间约为0.2秒,其变化范围为0.012秒。 、90%以上雷电能量分布在频率为10多kHz以下。 、一次闪电放电电荷一般在零点几到一千多库仑。 、波头越陡,谐波越丰富,频率范围越宽。,、闪电中可能出现的三种雷击:,短时首次雷击,i,t,后续雷击,-i,t,长时间雷击,t,i
6、,、描述雷电流波形的三个参数: A、幅值I(kA):雷电的脉冲电流所能达到的最高值。 B、波头T1 C、波长T2,50%,90%,10%,T1,T2,I,雷电流波形,(五)雷电活动,A、雷暴日:在一天内只要测站听到雷声则为一个雷暴日,而不论该天雷暴次数和持续时间。 雷暴日反映局部地区的雷电活动情况。 B、地区雷暴日等级划分(年平均雷暴日Td) 少雷区: Td 20天;多雷区: 20 Td 40天; 高雷区:40Td 60天; 强雷区:60天; 我国西北地区一般在15天以下;长江以北大部分地区在1540天;长江以南地区在40天以上;北纬23以南地区超过80天。 浙江省雷暴日最高的在温州、丽水、金
7、华、衢州,最高约65天,雷暴日最低的浙中、北、东地区也有近40天。杭金衢高速公路沿线平均雷暴日约50天,为雷电高发区域。,C、雷电活动规律 赤道多于两极,低纬度地区多于高纬度地区,陆地多于海洋,高原山地多于平原,潮湿地区多于同纬度干燥地区。 “气团雷暴” 一般西北和华北的夏季较为常见,雷暴活动时间大多在1422时。 “锋面雷暴”危害最大,覆盖面较广,在南方较为常见,一般春秋季大于夏季,白天夜晚均可发生,夜晚大于白天,且移动速度比白天快。 “地形雷暴” 较多发生在山地的迎风面和山脉缺口通道。,(六)雷击选择性,1、与土壤的电阻率有关 、土壤电阻率小的地方。河床、盐场等 、土壤电阻率有突变的地点。
8、 、地下埋有金属矿和金属管线密集处。 2、与地面上的设施有关 有利于雷云与大地建立良好的放电通道者易受雷击。 3、地形和地物条件 、山中的平地较峡谷易受雷击。 、高耸建筑物、空旷地区孤立建筑物、树木。 、低洼潮湿地点、山口。 、高速公路、铁路枢纽、高压架空线。 4、建筑物结构及其所附属构件条件 、结构材料所能积蓄电荷的多少影响接闪的频率。 、建筑物内金属设备多少。,(七)雷电放电的危害形式,1、直接雷击(直击雷) 、雷电流的高温热效应 、雷电流的冲击波效应 A、“激波- (冲击波)” (几万度的高温,空气膨胀以超声速度扩散,外围的冷空气被强烈压缩)产生冲击作用 B、次声波(放电后电应力突然解除
9、形成压缩与稀疏区) (几Hz ) 、雷电流的电动力效应 2、雷电感应 A、静电感应 B、电磁感应 3、电磁脉冲辐射 4、雷电波侵入 5、反击,6、跨步电压 两脚(一般取0.8m)跨步间出现电位差称“跨步电压” 7、接触电压 规定离地面1.8m高区间,人距避雷引下线0.8m,雷击时手触到 金属 8、旁侧闪络 指人在雷击点2m范围内雷击物体(如大树)产生的高压击穿空气闪击到人体,雷电流通过人体流入大地。 雷电破坏作用表现在: 强大的电流、极高的电压、炽热的高温、猛烈的冲击波、剧变的电磁场和强烈的电磁辐射等物理效应。 雷电造成危害的类型有: 雷击火灾、雷击伤亡、雷击建(构)筑物、雷击供电系统、雷击弱
10、电电子设备等。 雷电发生的特点: 随机性、局域性、分散性、突发性、瞬时性、三维性。,雷电流泄入大地,由于土壤有电阻率,大地不再等电位,出现电位分布。当行人离雷击点附近,两脚(一般取0.8m)跨步间出现电位差称“跨步电压” U=I /2 s /d(d+ s ) 其中:I 雷电流幅值kA 土壤电阻率 m s跨步长度 m d 雷击点与靠近的一脚的距离m 在200 m土壤电阻率与跨步长度0.8m 状态的跨步电压 离雷击点距离 30 kA 50 kA 100 kA 150 kA 10 m 7.07kV 11.8kV 23.6kV 35.39kV 20 m 1.84kV 3.06kV 6.12kV 9.1
11、9kV 40 m 0.5kV 0.8kV 1.56kV 2.34kV,雷击电流,雷雨来时尽量不要呆在外面,更不要到 江河、湖泊、池塘、坑边等处钓鱼、划船或 游泳,也不要站在高处,如山顶、楼顶或其 他接近导电性高的物体,而要站到地势比较 低的不宜导电的地方。同时,如不得已在户 外行走,要远离树木和桅杆,尽量避开电线 杆的斜拉铁线,不要接触天线、水管、铁丝 网、金属门窗、建筑外墙等易导电的物体。,如果在雷电交加时,头、颈、手处有蚂蚁 爬行的感觉、头发竖起,说明将发生雷击,应 赶紧蹲在地上,这样可以减少雷击的危险,并 拿去身上佩戴的金属饰品和发夹、项链等。,雷击案例展示,雷电是一种自然现象,当云层电
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