雷電防護技術
打雷是一種大氣中激烈的放電現象。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)。化工企業如果沒有可靠的防雷裝置,建筑物、設備裝置或人體遭到雷擊,那將造成火災、爆炸、觸電死亡等嚴重的、甚至毀滅性的災害事故,造成巨大的損失。
一、雷電的種類:
1、按按放電對象分:空中雷(云層與云層、雷云與雷云之間)和落地雷(10%是造成火災及其危害的主要原因)。
2、按雷電的形狀分:
(1)枝狀雷:常見線狀,雷云下部一般是帶負電荷,地面感應出正電荷,由于地表分布的不均勻,凸出部分集聚較多正電荷,電位梯度大,負電荷在向下伸展過程中,會受到下面正電荷的爭奪,負電荷就會分多道向正電荷空氣塊沖擊,出現分支閃電。
(2)帶狀雷:閃電通道寬而集中,電場強度特別大,空氣濕度比較高,給雷電流造成了快速一次釋放的機會,形成帶狀。
3、按破壞形式分:
(1)直擊雷:雷云與地面凸出物之間的放電。
(2)感應雷:由于雷電的靜電感應或電磁感應而使附近其他物體產生高壓,并由此造成放電。
(3)雷電波侵入:可由感應、直擊雷造成,在架空線路、金屬管道上產生“沖擊電壓”,沿線路或管道兩邊傳播的雷電波,傳播速度150~300m/ms
二、危害機理:
1、機械效應:
當雷擊中樹木等物體時,樹干就相當于引下線,因具有較高的電阻率,雷電流泄入大地比較緩慢,在此物體內部熱量會急劇增大,濕度迅速上升,水分被汽化,內部壓力劇增,待到一定極限,就以機械能的形式釋放出來,把物體劈開或粉碎,這就是雷電的機械效應所為。如:樹木劈裂,煙窗、墻壁劈倒等現象
2、熱效應:
雷電流通過導體時,在極短的時間產生大量熱能,可燒斷導線,燒壞設備,引起金屬熔化,飛濺而引起火災及停電事故。當巨大的沖擊電壓擊中被擊物體時,就會產生數KA 至數百KA 的雷擊電流,而在雷電流的通道上瞬時轉變成大量的熱量。
因放電時間很短,若引下線處于良好狀態,不會產生明顯的溫升,但雷電電流過低壓導線等截面面積小的線路,熱效應會使導線迅速熔化燃燒,嚴重時會發生金屬導線噴濺
3、電氣效應:
雷擊時所產生的高達數萬至數百萬伏的沖擊電壓,可使電氣設備和電氣線路的絕緣擊穿引起短路、停電事故,甚至發生爆炸、火災事故。
(1)大氣過電壓:電氣設備、線路絕緣破壞 → 閃絡放電 → 開關跳閘→ 線路停電 →甚至高壓串低壓造成人身傷亡
(2)壓沖擊波:與附近帶電導體或建筑物間發生反擊放電,產生火花
(3)雷電流流入地下、雷電波侵入室內:在相鄰的金屬構架或地面上產生很高的對地電壓,造成接觸電壓和跨步電壓升高,導致電擊危險。
4、直擊雷危害:電壓效應、熱效應、機械效應
5、感應雷危害:
(1)靜電感應:當導體金屬物、輸電線路等處于雷云和大地之間所形成的電磁中,感應出與雷云相反的電荷,雷云與大地放電后,導體上的電荷來不及泄漏,就會產生很高的對地電壓。當雷云放電的先驅階段,與雷云相異的電荷從導線兩端轉移到靠近先驅通道一段導線上,成為束縛電荷,主放電后,就變成自由電荷,以極高的速度向導線兩端流動,形成300~400KV 的感應沖擊電壓
(2)電磁感應:雷云對地放電(或接近地面)時,由于雷電流迅速變化(或雷云的快速移動)→在它周圍一定的空間里會產生強大的變化電磁場(如:建筑物中的鋼筋、架空的管道等),若上述導體未構成回路或連接不嚴 → 出現放電火花和局部發熱 → 火花、溫度引燃存放在周圍內的物品。
6、雷電波侵入:高電壓侵入到建筑物內部或裝置上面 → 電線短路、可燃物質燃燒,人員觸電傷亡。
注:每年雷害事故中,50%以上由雷電波侵入引起。