防雷與防靜電

第一部分防雷

自從有了人類以來，人類就對閃電感到神秘莫測，創造了好多神話、傳說。直到二百年前，富蘭克林證實雷電是電，并發明避雷針以后，人類才開始能主動的去避免雷電造成的危害。打雷時，出現耀眼的閃光，發出震耳的轟嗚。打雷的時間短（一次雷擊時間約60毫秒），電流大（可高達幾萬~幾十萬安），電壓高（可高達數十萬~數百萬伏）。當人類社會進入電子信息時代后，雷災出現的特點與以往有極大的不同，可以概括為：（1）受災面大大擴大，從電力、建筑這兩個傳統領域擴展到幾乎所有行業，特點是與高新技術關系最密切的領域，如航天航空、國防、郵電通信、計算機、電子工業、石油化工、金融證券等；（2）從二維空間入侵變為三維空間入侵。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變為空間閃電的脈沖電磁場從三維空間入侵到任何角落，無孔不入地造成災害。（3）雷災的經濟損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對象本身的直接經濟損失有時并不太大，而由此產生的間接經濟損失和影響就難以估計。雷電的本身并沒有變，而是科學技術的發展，使得人類社會的生產生活狀況變了。為此，當今時代的防雷工作的重要性、迫切性、復雜性大大增加了，雷電的防御已從直擊雷防護到系統防護，我們必須站到歷史時代的新高度來認識和研究現代防雷技術，提高人類對雷災防御的綜合能力。

一、雷電的形成

有關雷云形成的假說很多，但至今尚未有一種被公認為無懈可擊的完整學說，這里我們只介紹其中被認為比較完善并經常被推薦的假說。

根據大量科學測試可知，地球本身就是一個電容器。通常大地穩定地帶負電荷50萬庫侖左右，而地球上空存在一個帶正電的電離層，這兩者之間便形成一個已充電的電容器，它們之間的電壓為300KV左右，并且場強為上正下負。

雷電的形成從上面的分析,好像雷云總是上層帶正電荷，下層帶負電荷。實際上氣流并不單是只有上下移動，而比這種運動更為復雜。因此雷云電荷的分布也比上面講的要復雜得多。根據科學工作者大量直接觀測的結果,典型的雷云中的電荷分布大體如下圖所示。左端是按理論歸納的理想模式，右面是雷云常見的電荷實際分布。二、雷電的種類1、按危害方式分：直擊雷：雷電直接擊在建筑物上，產生電效應、熱效應和機械力者。雷電感應：雷電放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應，它可能使金屬部件之間產生火花。雷電波侵入：由于雷電對架空線路或金屬管道的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備。2、按形狀分：線形類、片形雷和球形雷。三、雷電的危害雷電的沖擊電壓很高，一般為幾十到幾千KV；雷電電流幅值很大，一般為幾十KA，最大可達幾百KA；雷電放電時間很短，一般為十幾微秒，最大為500毫秒。電作用的破壞：雷電的高電壓使電氣設備或線路的絕緣擊穿，造成停電、短路和爆炸；當雷電流通過人體時，人將因雷擊而死亡。

熱作用的破壞：雷電流產生的高溫會產生火災與爆炸，特別是對易燃易爆物品。機械作用的破壞：雷擊有很強的破壞作用，建筑物、構筑物受雷擊后將現遭到毀滅性破壞，發生倒塌、崩裂。雷公一年打脫2個億

辦公樓信息系統是重災區來源：重慶晚報雷公威力大，一年擊脫我市2個億。昨日召開的氣象依法行政暨防雷管理工作會透露，我市的辦公樓信息系統是遭雷擊的重災區。雷電災害是聯合國“國際減災十年”公布的最嚴重的10大自然災害之一，我市是全國雷暴高發區，年平均雷暴日達41天，強雷暴的秀山地區最高年份雷暴日達到105天。從今年6月至今不完全統計，全市雷擊造成已11人死亡，經濟損失達2億左右。防雷中心負責人介紹說，來自保險公司的統計顯示，辦公樓的通信、計算機設備等信息系統是雷擊的重災區，占整個雷擊損失的一半左右。這位負責人說，從今年6月開始，我市新建建筑物設計已要求要考慮建筑物信息系統防雷技術。據悉，為減少雷擊損失，我市將在2—3年內，實現防雷行政管理的電子化和網絡化。（記者何英）雷電擊傷廣西26名中學師生來源：北京娛樂信報

據《南國今報》報道，6日上午一場雷雨，為干旱的廣西武宣農村帶來了喜悅，卻也給三里中學帶來了建校40年來最大的災害——26名師生在這場雷雨中被雷電擊傷，所幸沒有人員死亡。6日下午4時，記者聞訊趕到武宣縣人民醫院內一科，上午遭遇雷擊的23名三里中學的學生全部住在這里治療；另外3名教師因傷勢較輕，自己在家休息。三里中學初中二年級七班的潘澤西同學回憶說：“大約上午8時40分，我們當時正在上第二節課。這時窗外下起了雨，雨點不大，接著就閃起了電?？砷W了兩三次電之后，突然一聲炸雷，我就感到全身麻木，動彈不得了。中間有幾秒鐘眼前一片漆黑。”據悉，當天兩個教室同時遭雷擊，房頂被擊破。遭受雷擊的校舍位于學校所有建筑最低處，是一棟1960年代初期建校時建的磚瓦房。據帶路的雷老師介紹，該校早就被認定是雷區。她1999年住在學校宿舍時，家里的電視機等電器就曾被擊壞過。四、防雷裝置防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置三部分。接閃器：作用是將雷電引至本身，沿引下線經接地裝置流入大地，使被保護物免遭雷擊的破壞，常用的防雷裝置有避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶、避雷器和保護間隙等。引下線：用來連接接閃器和接地裝置。防雷裝置避雷針主要用來保護高聳弧立的建筑物或構筑物及其周圍的設施，也常用來保護室外的變配電裝置。避雷線常線與架空線路同桿架設，用來保護架空線路。避雷網主要用來保護不頂縣城面積較大的建筑物。避雷帶常用來保護高層建筑的側面。避雷器是專用防雷設備，常與設備線路連接，用來保護線路、電氣設備及其他電氣設施。保護間隙是一種簡易的防雷裝置，主要用來保護線路和電氣設備。

防雷裝置避雷器的分類：保護間隙：結構簡單，價格低廉，便于自制，但性能較差，一般常用于電壓不高且不太重要的線路上或農村線路上。管型避雷器：結構復雜，常用于10KV配電線路上，作為變壓器、開關、電容器、電纜頭等電氣設備的防雷保護。適用于工頻電網容量小、線路長、短路電流不在而雷電活動又很強而且頻繁的農村或山區。閥型避雷器：結構復雜，常用于3~~550KV電氣線路、變配電設備、電動機、開關等的防雷。適用于交直流電網，不受容量、線路長短、短路電流的限制，工業系統中的變配電所，電所設備及線路都能使用。氧化鋅避雷器：一種新型避雷器，無放電延時，大氣過電壓工作后無工頻續流，可經受多重雷擊，殘壓低，通流量大，體積小，重量輕，運行維護簡單，常用于0.25~~550KV電氣系統及電氣設備的防雷及過電壓保護，也適用于低壓側的過電壓保護。五、防雷措施1、架空線路防雷措施：①架設避雷線。電壓等級在60kV及以上全線架設，35kV在進出變電所1.5~2kM架設；②提高線路本身絕緣水平；③三角形排列頂相裝設保護間隙；④裝設ZCH減少停電時間。防雷措施3、建筑物防雷措施：第一類防雷建筑物是指：制造、使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥等；具有0區或10區爆炸環境的建筑物。所謂0區爆炸環境是指正常情況下能形成爆炸性混合物的場所；所謂10區是指粉塵或纖維爆炸性混合物的爆炸危險場所。

防雷措施：1、裝設獨立避雷針或架空避雷線（網），使被保護建筑物及突出屋面的物體均處于保護范圍內。

2、排放爆炸危險氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸管的管口外的以下空間處于保護范圍內。

3、排放爆炸性危險氣體、蒸汽或粉塵的放散管、呼吸閥等，當其排放物達不到爆炸濃度，長期點火燃燒，一排放就點火燃燒時，及發生事故時排放物才達到爆炸濃度的通風管、安全閥，接閃器的保護范圍可保護到管帽。

4、獨立避雷針的桿塔、避雷線的端部和避雷網的各支柱處至少設一根引下線。

5、獨立避雷針和架空避雷線（網）的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯系的管道等金屬物之間的距離不得小于3M。

6、避雷線至屋面和突出屋面的風帽、放散管等物體之間的距離不應小于3M。

7、獨立避雷針，避雷線或架空避雷網應有獨立的接地裝置，接地電阻不宜大于10Ω。8、在電源引入的總配電箱處宜裝設避雷器。防雷措施第二類防雷建筑物是指：國家級重點文物保護的建筑物、國家級的會堂、辦公、大型展覽建筑物，大型火車站、給水泵房等特別重要的建筑物、國家級計算中心、國際通信樞紐等對國民經濟有重要意義且裝有大量電子設備的建筑物、制造、使用或貯存爆炸物質的建筑物，而電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者等。防雷措施：突出屋面的危險氣體、蒸氣或粉塵的放散管、呼吸閥、排風管等管道其防雷保護要求：（1）金屬物體可不裝接閃器，但應和屋面避雷裝置相連。（2）在屋面接閃器保護范圍之外的非金屬物體應裝接閃器，并和屋面避雷裝置相連。（3）當低壓線路全長采用埋地電纜或敷設在架空金屬線槽內的電纜引入時，在入戶端應將電纜金屬外皮、金屬線槽接地等。防雷措施第三類建筑物指不屬于一二類的建筑。防直擊雷的措施：

1、宜采用裝設在建筑物上的避雷網（帶）、避雷針。避雷網（帶）應沿屋角、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設。

3、平屋面的建筑物，當其寬度不大于20M時，可僅沿周邊敷設一圈避雷帶。每根引下線的接地電阻不宜大于30Ω。其接地裝置宜與電氣設備等接地裝置共用。避雷的接地裝置宜與埋地金屬管道相連。在共用接地裝置宜與埋地金屬管道相連的情況下，接地裝置宜圍繞建筑物敷設環形接地體。第二部分防靜電在高科技迅速發展的今天，靜電已成為現代工業的大敵。在石油、化學、紡織、印刷、軍需、兵器和電子等許多工業部門，生產過程中因靜電直接或間接引起的燃燒、爆炸、產品質量差或停產等事故時有發生。靜電是人們看不見摸不著但又無處不在、無時不有。任何物體、人員甚至空氣都可能產生靜電，有時可能產生幾千甚至上萬伏靜電，如何降低靜電和控制ESD的發生？在空氣干燥的季節，當你開門時偶爾會有電擊的感覺，這就是靜電放電（ESD）。當你感覺電擊時，你身上的靜電電壓已超過2000伏！當你看到放電火花時你身上的靜電已高達5000伏！當你聽到放電聲音時，你身上的靜電已高達8000伏！人體自身的動作或與其他物體的接觸，分離，摩擦或感應等因素，可以產生幾千伏甚至上萬伏的靜電。認識靜電靜電是相對靜止的電荷。靜電現象是一種常見的帶電現象，在固體物質的摩擦、粉碎、研磨過程，高電阻液體在管中流動，液體注入容器發生沖擊、沖刷或飛濺時，都極易發生電子的轉移而產生靜電。靜電的特點是：靜電的特點是高電壓、低電量、小電流和作用時間短。靜電電壓很高，可達數萬伏，而靜電電壓能量很小，只不過數毫焦。絕緣體因對其上面的電荷束縛力很強使靜電消散很慢；靜電帶電體周圍發生靜電感應現象及尖端放電，產生放電火花與電弧。靜電放電（ESD）是一個上升時間可以小于1ns（10億分之一秒）甚至幾百ps(1ps=10000億分之一秒)的非?？斓倪^程，ESD可以產生幾十kv/m甚至更大的強電磁脈沖。一、靜電的產生物質都是由分子組成，分子是由原子組成，原子是由帶負電的電子和帶正電荷的質子組成。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞于原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子兒而侵入其他的原子因缺少電子數而帶有正電,而得到電子帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和，電荷就會積累使物體帶上靜電。二、靜電的危害靜電的危害有三類引起火災和爆炸：在有可燃液體（如油品）、爆炸性粉塵（如煤粉、鋁粉、棉麻塵）、爆炸性氣體場所都有可能因靜電火花引起火災和爆炸。電擊：當人體接觸或接近帶靜電物體時，發生瞬間電擊，通常生產工藝過程中靜電引起的電擊不致直接使人致命，但可能使工作人員從高處墜落或摔倒，造成二次事故。對于電容器、長距離線路及電纜等電量較大，發生電擊時的危險較大，因此在進行檢修或試驗工作中應先進行放電。防礙生產和降低產品質量。

三、靜電防治技術

1、容易產生靜電的的生產工藝：①固體物質相互大面積摩擦時；②高電阻液體在管道中流動且流速超過1m/s時、液體噴出管口時，注入容器發生沖擊、沖刷或飛濺時等；③液化氣體、壓縮氣體在管道中流動、噴出管口時；④固體物質粉碎、研磨過程，懸浮粉塵高速運動時；⑤在混合器中攪拌各種高電阻物質時。靜電防治技術2、控制靜電的基本方法是：“接地”、“泄漏”

、“中和”、“屏蔽”以及“工藝控制”等。接地主要是消除導電體上的靜電，而不宜消除絕緣體上的靜電；為了靜電能及時“泄漏”走，必須為靜電提供泄漏通路；為了能“中和”掉靜電，必須提供相反符號的帶電粒子；為了能“屏蔽”靜電，必須提供具有屏蔽功能的環境以及在生產工藝中減少高阻物質的互相摩擦等。靜電防治技術②泄漏法：消除絕緣體靜電危害還普遍采用增濕和加抗靜電劑。增濕：就是提高空氣的濕度，一般可裝空調設備并設噴霧器或掛濕布片，增濕主要是增加靜電沿絕緣體表面的泄露漏，為消除靜電危害，保持空氣相對濕度為70%以上為宜。加抗靜電劑：在易產生靜電的絕緣材料，如化纖、橡膠、石油中加入少量的抗靜電劑，能降低材料的電阻值，加速靜電泄漏。

靜電防治技術③靜電中和法：即在產生靜電荷的物體上或場所里，原地中和靜電荷，降低靜電電位，消除危害。采用感應式消電器高壓靜電消電器離子風消電器等。

靜電防治技術