雷击和静电防护技术

第四节雷击和静电防护技术

一、防雷措施

1.建筑物防雷的分类

防雷的分类是指建筑物按其重要性、生产性质、遭受雷击的可能性和后果的严重性所进行的分类，划分方法如下。

(1)第一类防雷建筑物，

1)凡制造、使用或储存火炸药及其制品的危险建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

2)具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物。

3)具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

例如，火药制造车间、乙炔站、电石库、汽油提炼车间等。

(2)第二类防雷建筑物

1)国家级重点文物保护的建筑物。

2)国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站和飞机场、国宾馆，国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物。

3)国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物。

4)国家特级和甲级大型体育馆。

5)制造、使用或储存火炸药及其制品的危险建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者，。

6)具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物，。且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。

7)具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物。

8)有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。

9)预计雷击次数大于0．05次／a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。

10)预计雷击次数大于0．25次／a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物。

(3)第三类防雷建筑物

1)省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。

2)预计雷击次数大于或等于0．01次／a且小于或等于0．05次／a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所。

3)预计雷击次数大于或等于0．05次／a且小于或等于0．25次／a的住宅、办公楼等一般性民用建筑

物或一般性工业建筑物。

4)在平均雷暴日大于15d／a的地区，高度在15m及以上的烟囱：水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d／a的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。

2．防雷技术分类

防雷主要分为外部防雷和内部防雷以及防雷击电磁脉冲。

1)外部防雷。即针对直击雷的防护，不包括防止外部防雷装置受到直接雷击时向其他物体的反击。

2)内部防雷。包括防雷电感应、防反击以及防雷击电涌侵入和防生命危险；

3)防雷击电磁脉冲。是对建筑物内电气系统和电子系统防雷电流引发的电磁效应，包含防经导体传导的闪电电涌和防辐射脉冲电磁场效应。

3．防雷装置

建筑物防雷装置是指用于对建筑物进行雷电防护的整套装置，由外部防雷装置和内部防雷装置组成。

(1)外部防雷装置。指用于防直击雷的防雷装置，由接闪器、引下线和接地装置组成。

1)接闪器。接闪杆(以前称为避雷针)、接闪带(以前称为避雷带)、接闪线(以前称为避雷线)、接闪网(以前称为避雷网)以及金属屋面、金属构件等均为常用的接闪器。

接闪器是利用其高出被保护物的地位，把雷电引向自身，起到拦截闪击的作用，通过引下线和接地装置，把雷电流泄入大地，保护被保护物免受雷击。

接闪器的保护范围按滚球法确定。滚球法是假设以一定半径的球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物)，和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物)，而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。此时对应的球面线即保护范围的轮廓线。滚球的半径按建筑物防雷类别确定，一类为30m、二类为45m、三类为60m。

2)引下线。是连接接闪器与接地装置的圆钢或扁钢等金属导体，，用于将雷电流从接闪器传导至接地装置。引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。防宜击雷的专设引下线距建筑物出入口或人行道边沿不宜小于3m。

3)接地装置。是接地体和接地线的总合，用于传导雷电流并将其流入大地。

除独立接闪杆外，在接地电阻满足要求的前提下，防雷接地装置可以和其他接地装置共用。

防雷接地电阻通常指冲击接地电阻。冲击接地电阻一般不等于工频接地电阻，这是因为极大的雷电流自接地体流入土壤时，接地体附近形成很强的电场，击穿土壤并产生火花，相当于增大了接地体的泄放电流面积，减小了接地电阻。冲击接地屯阻一般都小于工频接地电阻。土壤电阻率越高，雷电流越大，以及接地体和接地线越短，则冲击接地电阻减小越多。就接地电阻值而言，独立接闪杆的冲击接地电阻不宜大于10Ω；附设接闪器每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。为了防止跨步电压伤人，防直击雷的人工接地体距建筑物出入口和人行道不应小于3m。

【例题】建筑物防雷装置是指用于对建筑物进行雷电防护的整套装置，外部防雷装置指用于防直击雷的防雷装置，以下不属于外部防雷装置的是( )。

A．接闪器

B．电涌保护器

C．引下线

D．接地装置

【答案】：B

(2)内部防雷装置。由屏蔽导体、等电位连接件和电涌保护器等组成。对于变配电设备，常采用避雷器作为防止雷电波侵入的装置。

1)屏蔽导体。通常指电阻率小的良导体材料，如建筑物的钢筋及金属构件；电气设备及电子装置金属外壳；电气及信号线路的外设金属管、线槽、外皮、网、膜等。由屏蔽导体可构成屏敝层，当空间干扰电磁波入射到屏蔽层金属体表面时，会产生反射和吸收，电磁能量被衰减，从而起到屏蔽作用。

2)等电位连接件。包括等电位连接带、等电位连接导体等。利用其可将分开的装置、诸导电物体连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。

3)电涌保护器(SPD)。指用于限制瞬态过电压和分泄电涌电流的器件。其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬态过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，防止设备或系统遭受闪电电涌冲击而损坏。

电涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少包含一个非线性元件。放电间隙、充气放电管、晶体闸流管等非线性元器件在无电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗，由这类非线性元件作为基本元件的电涌保护器称为“电压开关型”或“克罗巴型”电涌保护器。压敏电阻和抑制二极管等非线性元器件在无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗跟着连续变小，由这类非线性元件作为基本元件的电涌保护器称为“限压型”或“箝压型”电，涌保护器。由电压开关型元件和限压型元件组合而成的电涌保护器，其特性随所加电压的特性可以表现为电压开关型、限压型或两者皆有，被称为“组合型”电涌保护器。

4)避雷器。避雷器是用来防护雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或建筑物内，以免危及被保护电气设备的绝缘。按其结构，避雷器主要分为阀型避雷器和氧化锌避雷器等。阀型避雷器上端接在架空线路上，下端接地。正常时，避雷器对地保持绝缘状态；当雷电冲击波到来时，避雷器被击穿，将雷电引入大地；冲击波过去后，避雷器自动恢复绝缘状态。氧化锌避雷器利用了氧化锌阀片理想的非线性伏安特性，即在正常工频电压下呈高电阻特性，而在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压。其具有无间隙、无续流、残压低等优点，被广泛使用。

4．防雷措施

各类防雷建筑物均应设置防直击雷的外部防雷装置并应采取防闪电电涌侵入的措施。此外，各类防雷建筑物还应设内部防雷装置。在建筑物的地下室或地面层处，建筑物金属体，金属装置，建筑物内系统，进出建筑物的金属管线等物体应与防雷装置做防雷等电位连接。并且，尚应考虑外部防雷装置与建筑物金属体、金属装置、建筑物内系统之间的间隔距离。

根据不同雷电种类，各类防雷建筑物所应采取的主要防雷措施要求如下。

(1》直击雷防护

第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物均应设置防直击雷的外部防雷装置；高压架空电力线路、变电站等也应采取防直击雷的措施。

直击雷防护的主要措施是装设接闪杆、架空接闪线或网。接闪杆分独立接闪杆和附设接闪杆。独立接闪杆是离开建筑物单独装设的，接地装置应当单设。

第一类防雷建筑物的直击雷防护，要求装设独立接闪杆、架空接闪线或网。

第二类和第三类防雷建筑物的直击雷防护措施，宜采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带或接闪杆，或由其混合组成的接闪器。

(2)闪电感应防护

第一类防雷建筑物和具有爆炸危险的第二类防雷建筑物均应采取防闪电感应的防护措施。闪电感应的防护主要有静电感应防护和电磁感应防护两方面。

1)静电感应防护——为了防止静电感应产生的过电压，应将建筑物内的设备、管道、构架、钢屋架、钢窗、电缆金属外皮等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应与防闪电感应的接地装置相连。对第二类防雷建筑物可就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不单接接地装置。

2)电磁感应防护——为了防止电磁感应，平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时，应采用金属线跨接，跨接点之间的距离不应超过30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处也应跨接。当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0．03Ω时，连接处也应用金属线跨接。在非腐蚀环境下，对于不少于5根螺栓连接的法兰盘可不跨接。防电磁感应的接地装置也可与其他接地装置共用。

(3)闪电电涌侵入防护

第一类防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物均应采取防闪电电涌侵入的防护措施。属于闪电电涌侵入造成的雷害事故很多。在低压系统，这种事故占总雷害事故的70％以上。

室外低压配电线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户处应将电缆的金属外皮、钢管接到等电位连接带或防闪电感应的接地装置上，在入户处的总配电箱内是否装设电涌保护器应根据具体情况按雷击电磁脉冲防护的有关规定确定。

当难于全线采用电缆时，不得将架空线路直接引入屋内，允许从架空线上换接一段有金属铠装(埋地部分的金属铠装要直接与周围土壤接触)的电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入。这时，电缆首端必

须装设户外型电涌保护器并与绝缘子铁脚、金具、电缆金属外皮等共同接地，入户端的电缆金属外皮、钢管必须接到防闪电感应接地装置上。

(4)人身防雷

雷雨天气情况下，人身防雷应注意的要点如下。

1)为了防止直击雷伤人，应减少在户外活动时间，尽量避免在野外逗留。应尽量离开山丘、海滨、河边、池旁，不要暴露于室外空旷区域。不要骑在牲畜上或骑自行车行走；不要用金属杆的雨伞，不要把带有金属杆的工具如铁锹、锄头扛在肩上。避开铁丝网、金属晒衣绳。如有条件应进入有宽大金属构架、有防雷设施的建筑物或金属壳的汽车和船只。

2)为了防止二次放电和跨步电压伤人，要远离建筑物的接闪杆及其接地引下线；远离各种天线、电线杆、高塔、，烟囱、旗杆、孤独的树木和没有防雷装置的孤立小建筑等。

3)雷雨天气情况下，室内人身防雷应注意的要点有：

人体最好离开可能传来雷电侵入波的照明线、动力线、电话线、广播线、收音机和电视机电源线、收音机和电视机天线1．5m以上，尽量暂时不用电器，最好拔掉电源插头。

②不要靠近室内的金属管线，如暖气片、自来水管、下水管等，以防止这些导体对人体的二次放电。

③关好门窗，防止球形雷窜入室内造成危害。

二、静电防护

1．环境危险程度的控制

为了防止静电的危害，可采取以下控制所在环境爆炸和火灾危险性的措施。

(1)取代易燃介质。例如，用三氯乙烯、四氯化碳、苛性钠或苛性钾代替汽油、煤油作洗涤剂，能够具有良好的防爆效果。

(2)降低爆炸性气体、蒸气混合物的浓度。在爆炸和火灾危险环境，采用机械通风装置及时排出爆炸性危险物质。

(3)减少氧化剂含量。充填氮、二氧化碳或其他不活泼的气体，减少爆炸性气体、蒸气或爆炸性粉尘中氧的含量，以消除燃烧条件。混合物中氧含量不超过8％时即不会引起燃烧。

2．工艺控制

工艺控制是消除静电危害的重要方法。主要是从工艺上采取适当的措施，限制和避免静电的产生和积累。

(1)材料的选用

在存在摩擦而且容易产生静电的工艺环节，生产设备宜使用与生产物料相同的材料，或采用位于静电序列中段的金属材料制成生产设备，以减轻静电的危害。

(2)限制物料的运动速度

为了限制产生危险的静电，汽车罐车采用顶部装油时，装油鹤管应深入到槽罐的底部200mm。油罐

装油时，注油管出口应尽可能接近油罐底部，对于电导率低于50pS／m的液体石油产品，初始流速不应大于1m/s，当注入口浸没200mm后，可逐步提高流速，但最大流速不应超过7m/s。灌装铁路罐车时，烃类液体在鹤管内的容许流速按式(2――2)计算。式中V(单位：m/s)为烃类液体流速，D(单位：m)为鹤管内径的数值；灌装汽车罐车时，烃类液体在鹤管内的容许流速按式(2――3)计算。

VD≤0.8(2――2)

VD≤0.5(2――3)

(3)加大静电消散过程

在输送工艺过程中，在管道的末端加装一个直径较大的缓和器，可大大降低液体在管道内流动时积累的静电。例如，液体石油产品从精细过滤器出口到储器应留有30s的缓和时间。

为了防止静电放电，在液体灌装、循环或搅拌过程中不得进行取样、检测或测温操作。进行上述操作前，应使液体静置一定的时间，使静电得到足够的消散或松弛。

3．静电接地

接地是防静电危害的最基本措施，它的目的是使工艺设备与大地之间构成电气上的泄漏通路，将产生在工艺过程的静电泄漏于大地，防止静电的积聚。在静电危险场所，所有属于静电导体的物体必须接地。

凡用来加工、储存、运输各种易燃液体、易燃气体和粉体的设备都必须接地。工厂或车间的氧气、乙炔等管道必须连成一个整体，并予以接地。可能产生静电的管道两端和每隔200—300m处均应接地。平行管道相距10cm以内时，每隔20m应用连接线互相连接起来。管道与管道或管道与其他金属物件交叉或接近，其间距离小于10cm时，也应互相连接起来。

汽车槽车、铁路槽车在装油之前，应与储油设备跨接并接地；装、卸完毕先拆除油管，后拆除跨接线和接地线。

因为静电泄漏电流很小，所有单纯为了消除导体上静电的接地，其防静电接地电阻原则上不得超过1MΩ即可；但出于检测方便等考虑，规程要求接地电阻不应大于100Ω。

4．增湿

局部环境的相对湿度宜增加至50％以上。增湿的作用主要是增强静电沿绝缘体表面的泄漏。增湿并非对绝缘体都有效果，关键是要看其能否在表面形成水膜。只有当随湿度的增加，表面容易形成水膜的绝缘体如醋酸纤维、纸张、橡胶等，才能有效消除静电。

5．抗静电添加剂

抗静电添加剂是具有良好导电性或较强吸湿性的化学药剂。加入抗静电添加剂之后，材料能降低体积电阻率或表面电阻率。

6．静电中和器

静电中和器是指将气体分子进行电离，产生消除静电所必要的离子(一般为正、负离子对)的机器，也称为静电消除器。使用静电中和器，让与带电物体上静电荷极性相反的离子去中和带电物体上的静

电，以减少物体上的带电量。

7．为了防止人体静电的危害，在气体爆炸危险场所的等级属0区及1区时，作业人员应穿防静电工作服，防静电工作鞋、袜，佩戴防静电手套。禁止在静电危险场所穿脱衣物、帽子及类似物，并避免剧烈的身体运动。

【例题】为了防止静电的危害，可采取的控制措施是（）、抗静电添加剂、静电中和器。

A．环境危险程度的控制

B．静电接地

C．使用惰化技术

D．工艺控制

E．增湿

【答案】：ABDE