第三節 雷擊和靜電防護技術

　　一、防雷措施

　　1.建筑物防雷的分類

　　防雷的分類是指建筑物按其重要性、生產性質、遭受雷擊的可能性和后果的嚴重性所進行的分類，劃分方法如下。

　　(1)第一類防雷建筑物，

　　1)凡制造、使用或儲存火炸藥及其制品的危險建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　2)具有0區或20區爆炸危險場所的建筑物。

　　3)具有1區或21區爆炸危險場所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　例如，火藥制造車間、乙炔站、電石庫、汽油提煉車間等。

　　(2)第二類防雷建筑物

　　1)國家級重點文物保護的建筑物。

　　2)國家級的會堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站和飛機場、國賓館，國家級檔案館、大型城市的重要給水水泵房等特別重要的建筑物。

　　3)國家級計算中心、國際通訊樞紐等對國民經濟有重要意義的建筑物。

　　4)國家特級和甲級大型體育館。

　　5)制造、使用或儲存火炸藥及其制品的危險建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　6)具有1區或21區爆炸危險場所的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。

　　7)具有2區或22區爆炸危險場所的建筑物。

　　8)有爆炸危險的露天鋼質封閉氣罐。

　　9)預計雷擊次數大于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災危險場所。

　　10)預計雷擊次數大于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業建筑物。

　　(3)第三類防雷建筑物

　　1)省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館。

　　2)預計雷擊次數大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的部、省級辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災危險場所。

　　3)預計雷擊次數大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業建筑物。

　　4)在平均雷暴日大于15d/a的地區，高度在15m及以上的煙囪：水塔等孤立的高聳建筑物;在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。

　　2.防雷技術分類

　　防雷主要分為外部防雷和內部防雷以及防雷擊電磁脈沖。

　　1)外部防雷。即針對直擊雷的防護，不包括防止外部防雷裝置受到直接雷擊時向其他物體的反擊。

　　2)內部防雷。包括防雷電感應、防反擊以及防雷擊電涌侵入和防生命危險;

　　3)防雷擊電磁脈沖。是對建筑物內電氣系統和電子系統防雷電流引發的電磁效應，包含防經導體傳導的閃電電涌和防輻射脈沖電磁場效應。

　　3.防雷裝置

　　建筑物防雷裝置是指用于對建筑物進行雷電防護的整套裝置，由外部防雷裝置和內部防雷裝置組成。

　　(1)外部防雷裝置。指用于防直擊雷的防雷裝置，由接閃器、引下線和接地裝置組成。

　　1)接閃器。接閃桿(以前稱為避雷針)、接閃帶(以前稱為避雷帶)、接閃線(以前稱為避雷線)、接閃網(以前稱為避雷網)以及金屬屋面、金屬構件等均為常用的接閃器。

　　接閃器是利用其高出被保護物的地位，把雷電引向自身，起到攔截閃擊的作用，通過引下線和接地裝置，把雷電流泄入大地，保護被保護物免受雷擊。

　　接閃器的保護范圍按滾球法確定。滾球法是假設以一定半徑的球體，沿需要防直擊雷的部位滾動，當球體只觸及接閃器(包括被利用作為接閃器的金屬物)，和地面(包括與大地接觸并能承受雷擊的金屬物)，而不觸及需要保護的部位時，則該部分就得到接閃器的保護。此時對應的球面線即保護范圍的輪廓線。滾球的半徑按建筑物防雷類別確定，一類為30m、二類為45m、三類為60m。

　　2)引下線。是連接接閃器與接地裝置的圓鋼或扁鋼等金屬導體，，用于將雷電流從接閃器傳導至接地裝置。引下線應滿足機械強度、耐腐蝕和熱穩定的要求。防宜擊雷的專設引下線距建筑物出入口或人行道邊沿不宜小于3m。

　　3)接地裝置。是接地體和接地線的總合，用于傳導雷電流并將其流入大地。

　　除獨立接閃桿外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。

　　防雷接地電阻通常指沖擊接地電阻。沖擊接地電阻一般不等于工頻接地電阻，這是因為極大的雷電流自接地體流入土壤時，接地體附近形成很強的電場，擊穿土壤并產生火花，相當于增大了接地體的泄放電流面積，減小了接地電阻。沖擊接地屯阻一般都小于工頻接地電阻。土壤電阻率越高，雷電流越大，以及接地體和接地線越短，則沖擊接地電阻減小越多。就接地電阻值而言，獨立接閃桿的沖擊接地電阻不宜大于10Ω;附設接閃器每根引下線的沖擊接地電阻不應大于10Ω。為了防止跨步電壓傷人，防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口和人行道不應小于3m。

　　【例題】建筑物防雷裝置是指用于對建筑物進行雷電防護的整套裝置，外部防雷裝置指用于防直擊雷的防雷裝置，以下不屬于外部防雷裝置的是()。

　　A.接閃器

　　B.電涌保護器

　　C.引下線

　　D.接地裝置

　　【答案】：B

　　(2)內部防雷裝置。由屏蔽導體、等電位連接件和電涌保護器等組成。對于變配電設備，常采用避雷器作為防止雷電波侵入的裝置。

　　1)屏蔽導體。通常指電阻率小的良導體材料，如建筑物的鋼筋及金屬構件;電氣設備及電子裝置金屬外殼;電氣及信號線路的外設金屬管、線槽、外皮、網、膜等。由屏蔽導體可構成屏敝層，當空間干擾電磁波入射到屏蔽層金屬體表面時，會產生反射和吸收，電磁能量被衰減，從而起到屏蔽作用。

　　2)等電位連接件。包括等電位連接帶、等電位連接導體等。利用其可將分開的裝置、諸導電物體連接起來以減小雷電流在它們之間產生的電位差。

　　3)電涌保護器(SPD)。指用于限制瞬態過電壓和分泄電涌電流的器件。其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬態過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，防止設備或系統遭受閃電電涌沖擊而損壞。

　　電涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少包含一個非線性元件。放電間隙、充氣放電管、晶體閘流管等非線性元器件在無電涌出現時為高阻抗，當出現電壓電涌時突變為低阻抗，由這類非線性元件作為基本元件的電涌保護器稱為“電壓開關型”或“克羅巴型”電涌保護器。壓敏電阻和抑制二極管等非線性元器件在無電涌出現時為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗跟著連續變小，由這類非線性元件作為基本元件的電涌保護器稱為“限壓型”或“箝壓型”電，涌保護器。由電壓開關型元件和限壓型元件組合而成的電涌保護器，其特性隨所加電壓的特性可以表現為電壓開關型、限壓型或兩者皆有，被稱為“組合型”電涌保護器。

　　4)避雷器。避雷器是用來防護雷電產生的過電壓沿線路侵入變配電所或建筑物內，以免危及被保護電氣設備的絕緣。按其結構，避雷器主要分為閥型避雷器和氧化鋅避雷器等。閥型避雷器上端接在架空線路上，下端接地。正常時，避雷器對地保持絕緣狀態;當雷電沖擊波到來時，避雷器被擊穿，將雷電引入大地;沖擊波過去后，避雷器自動恢復絕緣狀態。氧化鋅避雷器利用了氧化鋅閥片理想的非線性伏安特性，即在正常工頻電壓下呈高電阻特性，而在大電流時呈低電阻特性，限制了避雷器上的電壓。其具有無間隙、無續流、殘壓低等優點，被廣泛使用。

　　4.防雷措施

　　各類防雷建筑物均應設置防直擊雷的外部防雷裝置并應采取防閃電電涌侵入的措施。此外，各類防雷建筑物還應設內部防雷裝置。在建筑物的地下室或地面層處，建筑物金屬體，金屬裝置，建筑物內系統，進出建筑物的金屬管線等物體應與防雷裝置做防雷等電位連接。并且，尚應考慮外部防雷裝置與建筑物金屬體、金屬裝置、建筑物內系統之間的間隔距離。

　　根據不同雷電種類，各類防雷建筑物所應采取的主要防雷措施要求如下。

　　(1》直擊雷防護

　　第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物均應設置防直擊雷的外部防雷裝置;高壓架空電力線路、變電站等也應采取防直擊雷的措施。

　　直擊雷防護的主要措施是裝設接閃桿、架空接閃線或網。接閃桿分獨立接閃桿和附設接閃桿。獨立接閃桿是離開建筑物單獨裝設的，接地裝置應當單設。

　　第一類防雷建筑物的直擊雷防護，要求裝設獨立接閃桿、架空接閃線或網。

　　第二類和第三類防雷建筑物的直擊雷防護措施，宜采用裝設在建筑物上的接閃網、接閃帶或接閃桿，或由其混合組成的接閃器。

　　(2)閃電感應防護

　　第一類防雷建筑物和具有爆炸危險的第二類防雷建筑物均應采取防閃電感應的防護措施。閃電感應的防護主要有靜電感應防護和電磁感應防護兩方面。

　　1)靜電感應防護――為了防止靜電感應產生的過電壓，應將建筑物內的設備、管道、構架、鋼屋架、鋼窗、電纜金屬外皮等較大金屬物和突出屋面的放散管、風管等金屬物，均應與防閃電感應的接地裝置相連。對第二類防雷建筑物可就近接至防直擊雷接地裝置或電氣設備的保護接地裝置上，可不單接接地裝置。

　　2)電磁感應防護――為了防止電磁感應，平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于100mm時，應采用金屬線跨接，跨接點之間的距離不應超過30m;交叉凈距小于100mm時，其交叉處也應跨接。當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處也應用金屬線跨接。在非腐蝕環境下，對于不少于5根螺栓連接的法蘭盤可不跨接。防電磁感應的接地裝置也可與其他接地裝置共用。

　　(3)閃電電涌侵入防護

　　第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物均應采取防閃電電涌侵入的防護措施。屬于閃電電涌侵入造成的雷害事故很多。在低壓系統，這種事故占總雷害事故的70%以上。

　　室外低壓配電線路宜全線采用電纜直接埋地敷設，在入戶處應將電纜的金屬外皮、鋼管接到等電位連接帶或防閃電感應的接地裝置上，在入戶處的總配電箱內是否裝設電涌保護器應根據具體情況按雷擊電磁脈沖防護的有關規定確定。

　　當難于全線采用電纜時，不得將架空線路直接引入屋內，允許從架空線上換接一段有金屬鎧裝(埋地部分的金屬鎧裝要直接與周圍土壤接觸)的電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引入。這時，電纜首端必須裝設戶外型電涌保護器并與絕緣子鐵腳、金具、電纜金屬外皮等共同接地，入戶端的電纜金屬外皮、鋼管必須接到防閃電感應接地裝置上。

　　(4)人身防雷

　　雷雨天氣情況下，人身防雷應注意的要點如下。

　　1)為了防止直擊雷傷人，應減少在戶外活動時間，盡量避免在野外逗留。應盡量離開山丘、海濱、河邊、池旁，不要暴露于室外空曠區域。不要騎在牲畜上或騎自行車行走;不要用金屬桿的雨傘，不要把帶有金屬桿的工具如鐵鍬、鋤頭扛在肩上。避開鐵絲網、金屬曬衣繩。如有條件應進入有寬大金屬構架、有防雷設施的建筑物或金屬殼的汽車和船只。

　　2)為了防止二次放電和跨步電壓傷人，要遠離建筑物的接閃桿及其接地引下線;遠離各種天線、電線桿、高塔、，煙囪、旗桿、孤獨的樹木和沒有防雷裝置的孤立小建筑等。

　　3)雷雨天氣情況下，室內人身防雷應注意的要點有：

　　人體最好離開可能傳來雷電侵入波的照明線、動力線、電話線、廣播線、收音機和電視機電源線、收音機和電視機天線1.5m以上，盡量暫時不用電器，最好拔掉電源插頭。

　　②不要靠近室內的金屬管線，如暖氣片、自來水管、下水管等，以防止這些導體對人體的二次放電。

　　③關好門窗，防止球形雷竄入室內造成危害。

　　二、靜電防護

　　1.環境危險程度的控制

　　為了防止靜電的危害，可采取以下控制所在環境爆炸和火災危險性的措施。

　　(1)取代易燃介質。例如，用三氯乙烯、四氯化碳、苛性鈉或苛性鉀代替汽油、煤油作洗滌劑，能夠具有良好的防爆效果。

　　(2)降低爆炸性氣體、蒸氣混合物的濃度。在爆炸和火災危險環境，采用機械通風裝置及時排出爆炸性危險物質。

　　(3)減少氧化劑含量。充填氮、二氧化碳或其他不活潑的氣體，減少爆炸性氣體、蒸氣或爆炸性粉塵中氧的含量，以消除燃燒條件。混合物中氧含量不超過8%時即不會引起燃燒。

　　2.工藝控制

　　工藝控制是消除靜電危害的重要方法。主要是從工藝上采取適當的措施，限制和避免靜電的產生和積累。

　　(1)材料的選用

　　在存在摩擦而且容易產生靜電的工藝環節，生產設備宜使用與生產物料相同的材料，或采用位于靜電序列中段的金屬材料制成生產設備，以減輕靜電的危害。

　　(2)限制物料的運動速度

　　為了限制產生危險的靜電，汽車罐車采用頂部裝油時，裝油鶴管應深入到槽罐的底部200mm。油罐裝油時，注油管出口應盡可能接近油罐底部，對于電導率低于50pS/m的液體石油產品，初始流速不應大于1m/s，當注入口浸沒200mm后，可逐步提高流速，但最大流速不應超過7m/s。灌裝鐵路罐車時，烴類液體在鶴管內的容許流速按式(2??2)計算。式中V(單位：m/s)為烴類液體流速，D(單位：m)為鶴管內徑的數值;灌裝汽車罐車時，烴類液體在鶴管內的容許流速按式(2??3)計算。

　　VD≤0.8(2??2)

　　VD≤0.5(2??3)

　　(3)加大靜電消散過程

　　在輸送工藝過程中，在管道的末端加裝一個直徑較大的緩和器，可大大降低液體在管道內流動時積累的靜電。例如，液體石油產品從精細過濾器出口到儲器應留有30s的緩和時間。

　　為了防止靜電放電，在液體灌裝、循環或攪拌過程中不得進行取樣、檢測或測溫操作。進行上述操作前，應使液體靜置一定的時間，使靜電得到足夠的消散或松弛。

　　3.靜電接地

　　接地是防靜電危害的最基本措施，它的目的是使工藝設備與大地之間構成電氣上的泄漏通路，將產生在工藝過程的靜電泄漏于大地，防止靜電的積聚。在靜電危險場所，所有屬于靜電導體的物體必須接地。

　　凡用來加工、儲存、運輸各種易燃液體、易燃氣體和粉體的設備都必須接地。工廠或車間的氧氣、乙炔等管道必須連成一個整體，并予以接地。可能產生靜電的管道兩端和每隔200―300m處均應接地。平行管道相距10cm以內時，每隔20m應用連接線互相連接起來。管道與管道或管道與其他金屬物件交叉或接近，其間距離小于10cm時，也應互相連接起來。

　　汽車槽車、鐵路槽車在裝油之前，應與儲油設備跨接并接地;裝、卸完畢先拆除油管，后拆除跨接線和接地線。

　　因為靜電泄漏電流很小，所有單純為了消除導體上靜電的接地，其防靜電接地電阻原則上不得超過1MΩ即可;但出于檢測方便等考慮，規程要求接地電阻不應大于100Ω。

　　4.增濕

　　局部環境的相對濕度宜增加至50%以上。增濕的作用主要是增強靜電沿絕緣體表面的泄漏。增濕并非對絕緣體都有效果，關鍵是要看其能否在表面形成水膜。只有當隨濕度的增加，表面容易形成水膜的絕緣體如醋酸纖維、紙張、橡膠等，才能有效消除靜電。

　　5.抗靜電添加劑

　　抗靜電添加劑是具有良好導電性或較強吸濕性的化學藥劑。加入抗靜電添加劑之后，材料能降低體積電阻率或表面電阻率。

　　6.靜電中和器

　　靜電中和器是指將氣體分子進行電離，產生消除靜電所必要的離子(一般為正、負離子對)的機器，也稱為靜電消除器。使用靜電中和器，讓與帶電物體上靜電荷極性相反的離子去中和帶電物體上的靜電，以減少物體上的帶電量。

　　7.為了防止人體靜電的危害，在氣體爆炸危險場所的等級屬0區及1區時，作業人員應穿防靜電工作服，防靜電工作鞋、襪，佩戴防靜電手套。禁止在靜電危險場所穿脫衣物、帽子及類似物，并避免劇烈的身體運動。

　　【例題】為了防止靜電的危害，可采取的控制措施是( )、抗靜電添加劑、靜電中和器。

　　A.環境危險程度的控制

　　B.靜電接地

　　C.使用惰化技術

　　D.工藝控制

　　E.增濕

　　【答案】：ABDE