现代防雷技术的有效性及差异性分析论文.doc
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1、院、系 行健文理学院 专业 电气工程及其自动化 姓名 杨忠行 学号 0938170346论文题目 现代防雷技术的有效性及差异性分析 2012年 12 月 15 日摘要 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。导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生。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。关键词 雷电危害;雷
2、电形成;防雷装置概述 大气中的饱和水蒸气遇冷结成水滴,该水滴在强烈的上升气流冲击下,被分裂成带有不同电荷的水滴,一般说来,小水滴带负电,大水滴带正电,而且小水滴容易被气流带走,于是形成了两种带不同电荷的水气团,这就是雷云。当不同电荷的雷云把空气间隙击穿放电时即为雷。如果大气中的雷电接近地面时,则在地面上会感应出与雷云相反的异性电荷,若雷云再继续接近以至把空气间隙击穿时,便形成雷云对地面放电。概念 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
3、云团之间,或云与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25-30KV/cm),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(地面上的建筑物,架空输电线等),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(一般为几十千安至几百千安),并随之发生强烈的闪电和巨响,这就形成雷电。防雷的重要性1、国外情况:据美国国家雷电安全研究所关于雷电所造成的经济影响的一份调查报告表明,美国每年因雷击造成的损失约5060亿美元。每年因雷击造成的火灾3万多起,50%野外火灾与雷电有关;30%的电力事故与雷电有关;有45石油产品
4、储存和储藏罐事故是由雷击引起的;由于雷电和操作过电压造成物理装置的损失约占80%。据德国一保险公司1997年对8722件案例损坏原因的分析,雷电及操作过电压占31.66%。 2、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。据中国气象局政策法规司副司长刘宪华介绍,全国有21 个省、区、市雷暴日在50天以上,最多的可达134天。雷暴给人们生活带来了极大的安全隐患。据不完全统计,我国每年因雷击造成人员伤亡达30004000人,财产损失50100亿元人民币。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
5、失及社会影响也越来越大。据广东省统计,在19961999年的四年间,全省发生雷击事故6143起,伤亡699人,直接经济损失达15亿元。损失是“触目惊心”的。3、电子信息系统受损比重急剧增加:电气和电子技术是现代物质文明的基础,其迅猛发展促进了生产力的发展,加速了社会繁荣与进步的进程,同时不知不觉地麻烦也应运而生,各类电磁干扰越来越严重。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
6、城市建筑物的增高,收发雷电的几率也增大。一个雷电的电磁可影响几公里范围的电子设备,这也使电子设备受损的几率增大。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。雷电危害 雷电具有很强的破坏性,主要有直击雷、雷电感应、雷电波侵入和地电压反击四种形式。其中又以感应雷和电压反击对弱电设备破坏能力最强。当天空的雷雨产生雷击时,其将携带高负荷雷电脉冲、电压及电流,以电磁波形式无规则释放,从而导致雷区域15公里范围内(视雷电波强度而定)所有带金属的导线(如高空架设天线、有线电视电缆、通信电缆、供电系统电缆等),在瞬间内感应到相应强度的脉冲电压及电流,这些电流沿着电器设备上的各种电源电线或信号电缆
7、进入电器设备内部,在雷击电压超过电器设备额定抗电压的瞬间击坏内部器件;主要原因是由于连接在电器上所有电线电缆所带的电压高低不等,高电压就会往低压冲去,形成电流,从而将电器设备局部击坏,造成整个设备系统瘫痪,严重时甚至把整机击毁,甚至触及到人身安全。 雷电的电磁效应:雷云对地放电时,位于雷击点附近的导线上, 将产生感应过电压,其幅值一般可达几十万伏,它会使电气设备绝缘发生闪络成击穿,甚至引起火灾和爆炸,造成人身伤亡。雷电在放电过程中,呈现出电磁效应、热效应以及机械效应。它对建筑物、电气设备及人身都有很大危害。 雷电的热效应:雷电流通过导体时,会产生很大的热量。在雷电流的作用下,会使导体熔化。在实
8、际运行中观察到避雷线烧熔断股现象,都与雷电流的热效应有关 雷电的机械效应:强大的雷电流的机械效应表现为击毁杆塔和建筑物,劈裂线路的木电杆和木扁担。雷电的形式 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。 感应雷: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。电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
9、电压。 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。 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(电场屏蔽):是为了消除和抑制静
10、电电场的干扰。 B、磁场屏蔽:是为了消除或抑制由磁场耦合引起的干扰。磁场屏蔽又分为低频屏蔽和高频磁屏蔽两种情况。C、电磁场屏蔽:一般在远离干扰源的空间单纯的电场或磁场是少见的,干扰是以电场、磁场同时存在的高频电磁场辐射的形式发生的。雷电电磁脉冲在远场条件下可看作平面电磁场传播。因此,应同时考虑电场和磁场的屏蔽。D信号传输电缆的全屏蔽电缆的屏蔽是一项很重要的技术措施,它要求对机房内、外所有架空、埋地的电缆都用金属层屏蔽起来,以防雷电电磁脉冲的干扰,这称作全屏蔽。当全屏蔽电缆接触或穿过另一金属部分时,还要采用中间接地点。因此,全屏蔽电缆要求多点接地。) 3、均压均压也称电位均衡连接(简称等电位连接
11、)。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。其作用,一是为雷电流提供低阻抗的连续通道,使其迅速导入大地泄放。二是使系统各部分不产生足以致损的电位差。即在瞬态现象存在的极短时间里,通过这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内的所有导电部件之间建立起五个等电位区域。这个区域相对于外界可能存在着数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部,所有导电部件之间不能存在显著的电位差,从而达到保护设备和人
12、身安全的目的。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。尽可能多、尽可能将多余能量在引入信息系统之前泄放入地。 ( A、前级评估模式用于评估LPZ0B区与LPZ1区交界处的雷电流分配情况。该级的雷电流用10/350波形表示。B、后续评估模式用于评估LPZ1区以后各级保护区交界处的雷电流分配情况。由于用户侧绝缘阻抗远大于避雷器放电支路处外线路的阻抗,进入后续防雷区的雷电流将减少。该区域的雷电流用8/20s波形表示。)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
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