[电磁兼容]避雷针保护机理 [复制链接]

避雷针知识问答总结： M$DwQ}Z  
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B$iMU?B3  
1．避雷针的发明时间和发明人？ ^;v.ytO*  
dW] Ej"W  
　　 答：1744～1750年富兰克林进行的关于一系列实验，例如著名的风筝实验，第一次向人们揭示了雷电只不过是一种大气火花放电现象的秘密。1749年富兰克林创议：接地的高耸的尖形铁棒可以用来保护建筑物，并设计了避雷针的实验。到18世纪末，避雷针获得公认，被普遍采用。 c;A ew!  
2g`uC}  
　　 2．避雷针由哪几部分组成的？ J@&$U7t  
a-o hS=W  
　　 答：避雷针由接闪器、引下线和接地体组成。接闪器是指直接截受雷击的避雷针的针头、避雷线、避雷带、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和技术构件。引下线是指连接接闪器与接地体的金属导体。接地体是指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。 bC>yIjCTn  
Y=#mx3.
 
　　 3．避雷针的保护原理是什么？ R&d_WB4w  
bU@>1>b6lE  
　　 答：当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。 :7AauoI  
AF{7<v>/P  
　　 避雷针冠以“避雷”二字，仅仅是指其能使被保护物体避免雷害的意思，而其本身恰恰相反，是“引雷”上身。 _yXeX   
"=0lcbC  
　　 4．为什么避雷针要高于被保护物体？ w1/T>o  
7Q4PjcD  
　　 答：虽然避雷针的高度比较高，但在雷云与大地之间这个高达几公里，方圆几十公里的大电场内的影响却很限的。雷云在高空随机漂移，先导放电的开始阶段随机地向任意方向发展，不受地面物体的影响，如图所示。当先导放电向地面发展到某一高度H以后，才会在一定范围内受到避雷针的影响，对避雷针放电。 `E1_S  
@):NNbtA  
　　 H称为定向高度，与避雷针的高度h有关。根据模拟试验，当h≤30m时，H≈20h；当h＞30m时，H≈600m。 dJ" xW;"  
R5~vmT5W  
　　 5．什么是避雷针的保护范围？ 7XI4=O};&%  
uL{~(?U$  
　　 答：避雷针的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受雷击。 q\Io6=39x  
,0u0 '  
　　 6．在避雷针保护范围内的被保护物体是否绝对安全？ ReGb.pf  
wjGjVTt Hs  
　　 答：避雷针保护范围的计算方法是根据雷电冲击小电流下的模拟试验研究确定的，并以多年运行经验做了校验。保护范围是按保护概率99、9%（即屏蔽失效率或绕击0、1%）确定的。也就是说，保护范围不是绝对保险的，而是相对于某一保护概率而言。 >Ti2E+}[M  
~rfjQPbh9x  
　　 7．建筑物安装防雷装置后是否就万无一失了？ 7 QJcRZ[lU  
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　　 答：从经济观点出发，要达到万无一失将十分浪费，因此《建筑物防雷设计规范》及其它设计规范和标准都指出“减少”，以表示不是万无一失。按照国家和国际标准进行设计的防雷装置的防雷安全度不是100%。 r
4>I?lD  
~O7(0RsCN  
　　 8．“避雷针越高保护范围越大。”这种说法对不对？ "$V2$  
~"YNG?Rre  
　　 答：不对。用避雷针保护一个面积较大的被保护对象，并不是一味的增加避雷针的高度就能成比例的增大避雷针的保护范围。保护范围若按照45度角折线法进行计算，避雷针的高度影响系数P：当避雷针太高时保护半径不与避雷针高度成正比增大。若采用滚球法估算避雷针的保护范围，用这种计算方法，得不出“避雷针越高保护范围越大”的结论。所以，对于面积较大的被保护对象，可以采用多支避雷针联合保护或与避雷带相结合的方法。 ti2_kYq  
WQC6{^/4[1  
　　 9．避雷针的保护范围怎样确定的？ 
w1G.^  
?a9k5@s  
　　 答：按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94），用滚球法进行确定。 {EN@,3bA  
F7l:*r,O  
　　 10．普通避雷针发展至今，出现了哪些新的问题？ u@'zvkb@  
itgO#(g$Q  
　　 答：普通避雷针发展之初，雷电的防护完全是建筑师的事，主要是避免建筑物遭到雷击和对人身安全的防护；20世纪初，雷电对电力系统的越来越大，在建筑防雷的基础上，电力系统开始研究雷电的危害，至今雷电的研究始终是电力系统重要的课题；80年代后，随着通信系统和计算机系统的迅猛发展，避雷针落雷，雷电流在入地过程中对周围线路的感应和对建筑物内的微电子设备的产生相当大的危害。关于这个问题，可以依照被保护对象的不同设计相应的防雷设施。 1*CWHs  
{\zr_v`g  
　　 11．普通避雷针在现代防雷中为什么存在一定的局限性和缺陷？ X5<.%@Z  
_q4m7C<  
　　 答：①高电位的反击和大电流导入的问题： 0M98y!A 5^  
　　 雷击避雷针后，雷电流流过引下线时各点的电位：U = IRg + L0h rv%[?Ml  
　　 雷电流幅值I="100kA"； p2 (_YN;s  
　　 引下线单位长度电感L0=1、67μH/m； D:EF@il  
　　 接地装置的冲击接地电阻Rg="10"Ω； :/qO*&i,N  
　　 雷电流陡度 = kA/μs="38"、46kA/μs； s+- aHn  
　　 假设高度h="30m"，则 7k|(5P;  
　　 U="IRg"+L0h 2N 4>  
　　　 =100×103×10 + 1、67×10-6×30×38、46×109 KK$A4`YoR  
　　　 = 1000 + 1927 (kV) = 2927 (kV) qTF>!o#\:  
　　 即使接地装置的接地电阻Rg = 0Ω， &J:)*EjVl5  
　　 U = L0h edx'p`%d5  
　　　 = 1、5×10-6×30×38、46×109 = 1927 (kV) pN_!&#|+$  
EQC  
　　 ②雷击避雷针的电磁效应 D[M?27  
　　 雷击避雷针时，附近导线的感应过电压避雷针上各点（N点）的电位： 06 s3  b  
　　 uN = IR + L0h i]pG}SJ  
　　 设L0=1、67μH/m，h="20m"，R="10"Ω，I="100kA"，t="2"、6μs， GJPZ[bo  
　　 uN = IR + L0h =100×10+ (1、67×20× ) ≈2285(kV) sb.SpF>   
　　 沿针体存在的高电位引影响下，其附近的线路上的静电感应过电压： 8f5^@K\c  
　　 uj= uN K9'*q3z   
　　 同时针附近的金属开口环的开口处有电磁感应过电压： y:[]+  
　　 uCI = M = 0、2c(ln ) >+8I =S  
　　 当a="b"=1m，c="10m"， I="100kA"时， mXj Ljgc}  
　　 uCI = 0、2c(ln ) tta0sJ8i  
　　　 = (0、2×10×ln2)× ≈ 53、3(kV) F*:NKT d  
　　 雷击避雷针，雷电流入地处的地电位升高，引下线周围空间形成强烈的电磁脉冲。雷击点附近的通讯线路、信号控制线路、射频传输线路会通过反击和电磁耦合的方式，形成暂态过电压，并以雷电波的形式沿线路传播，危害电子设备。 ,s&~U<Z  
　　 ③附近雷击时的环境情况 [{LnE:  
　　 LPZ0区内的磁场强度 H0 = (A/m) ?4Juw ?  
　　 i0 – 雷电流(kA)，通信局(站)取100kA；
qFbUM;  
　　 Sa – 雷击点与屏蔽空间之间的平均距离 (m) ； {b
qKb=nyZ  
　　 LPZ1区内的磁场强度从H0减为H1 K(f LqXE%  
q'@Ei4  
　　 H1 = (A/m) ?$4R <  
　　 SF – 屏蔽系数(dB) A=
]F_  
　　 微电子设备的工作电压不到10伏，工作电流只有数毫安或微安。 f<altz_\q  
　　 美国AD报告(AD-722675)： 0W%}z}/N  
　　 永久性损坏—2、4Gs(1、2Gs)；误动—0、07Gs (0、035Gs) 5po'(r|U  
　　 B = = ×104 (Gs) ww t()  
　　 B1 = 2、4Gs时，Sa = 83m；B2 = 0、07Gs时，Sa = 240m vcJb\LW  
'S4E
KV]  
　　 结论：对于雷电感应，采用等电位连接的方式、有效地限制雷电流的幅值和陡度，才能降低雷击后的高电位大电流、强烈的电磁脉冲等二次效应。 Etc?;Z[F#  
6Vbv$ AU  
　　 12．限流避雷针的针体结构是怎样的？ ;(0(8G  
[q+e]kD  
　　 答：限流避雷针分为金属接闪部分、导电硅橡胶高分子材料组成的限流部分和基座。 :&0yf;>v  
Jt>[]g$  
　　 13．限流避雷针导电硅橡胶高分子材料组成的限流部分为什么做成伞盘形状？ S|q!? /jqj  
<A -(&+  
　　 答：在考虑限流避雷针的效果时，重要的问题是沿电阻体表面的闪络，如果一旦发生闪络，就不能期望得到限流电阻的限流效果。因此，必须要有耐闪络性高的形状，同时应有适当的电阻值。限流避雷针的伞盘形状主要是利用屏障的原理，增大爬电距离，防止闪络，使限流避雷针能很好地限流。 &Ky 
u@Tt  
[cQ<dVaTX  

^YvB9XN  
14．限流避雷针的工作原理是什么？ |J0Q,F]T  
CO?Xt+
1hR  
　　 答：起电后的雷云和大地之间相当于一个充了电的电容器，在雷云对大地放电时，即在电容器放电回路中串入电阻后可以降低电容器放电时的电流，这是众所公认的。限流避雷针就是利用串入阻抗的特性来实现雷击避雷针后限流的。如图所示，其一，由于电阻的电压降U1=Rir，如果回击（迎面先导）和上行先导通道在电阻顶部的击穿电压U＞ ，这里U2为同一点的静电电位，回击（迎面先导）的产生和上行先导的传播可以受到限制；其二，即使上行先导抵达雷云，由于放电电流受到限制，也不会产生瞬间中和全部雷云电荷的强烈放电。先导向其它雷云的进一步发展也同样会受到电阻的限制。因此被限制了的雷电流将以较长的时间流过限流避雷针。 `^9(Ot $  
AVw%w& |%  
　　 15．限流避雷针的特点是什么？ :_kAl? eJ  
B>y9fI
  
　　 答：①阻止高层建筑雷电上行先导的产生； 5S{7En~zUE  
　　 ②具有普通避雷针的引雷作用并将雷电流导入大地的特点； 8>WVodv  
　　 ③限制急剧上升的雷击电流，有效的降低雷电流幅值和陡度，减少雷电感应引起的二次效应； X+k}2HvNG  
　　 ④雷电通流能力强； b6(p  
　　 ⑤具有自身恢复功能，寿命长； ;a{:%t  
　　 ⑥可配备雷电计数器； 41a.#o  
　　 ⑦抗风能力强，可抗45m/s的风力； G rmzkNlN  
　　 ⑧安装方便，免维护。 P|tNL}2`;  
{gNV[45  
　　 16．限流避雷针符合哪些标准？ 9+s.w25R  
~9)"!  
　　 答：IEC024(1992)、IEC1312-1（1996）、GB50057-94、YD5067-98 XdL CbY  
v :Tzv^  
　　 17．与普通避雷针相比，使用限流避雷针是否可放宽接地电阻？ 'bld,Do6  
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　　 答：直击雷过电压主要决定于雷电流陡度和雷电流通道的阻抗，它的大小可按下式来计算：U="IR"+L （式中：I—雷电流幅值kA；i—随时间变化的雷电流kA；R—接地电阻Ω；L—雷电流通道的电感H）。由于普通避雷针和其它防雷厂家的避雷针（如法国依利达、易地雷等）都不具备限流功能，一旦落雷会产生很高的电位，造成强烈的二次效应，如果再放宽接地电阻的阻值，电位将会更高，造成的二次效应将会更加强烈，所以对于普通避雷针来说，放宽接地电阻值，只会抬高雷击后的电位；而使用限流避雷针，可以适当的放宽接地电阻值至30Ω，由于限流避雷针能够限制雷电流幅值I和使陡度 衰减，不会抬高电位，雷击的二次效应不会有明显危害。----摘录电子设计技术China m-^8W[r+_  
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文章出自: 世科网 /kt2c[9  
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