雷电与防护技术基础ppt课件

雷电与防护技术基础 湖南省气象局2014年5月 1 为什么要研究雷电与防护技术 雷暴活动频繁 雷电灾害严重2 雷电 什么是雷电 雷电如何产生 形成 分类 危害3 雷电防护 有哪些技术 如何进行防护 风评 技术评价 预警 检测 内容 参考书 雷电学原理 陈渭民 雷电与防护技术基础 肖稳安 张小青GB50057 2010 建筑防雷与接地技术 张小青 雷电与人工引雷 汪道洪 现代防雷技术基础 虞昊关象石等 雷暴活动频繁雷电灾害严重雷电灾害分布雷电灾害防御难度很大在一定程度上避免或者减少雷电带来的损失PS 气象防雷20年发展历程回顾 1 为什么要研究雷电与防护技术 1 为什么要研究雷电与防护技术 雷电是一种大气自然现象 在科学技术不发达的古代 雷电被蒙上了神秘的色彩 除了灾难 它留给人类更多的是迷信和恐惧 直到17世纪中叶 美国科学家富兰克林通过实验证实了天电 雷电 与地电的同一性 并发明和使用了 避雷针 人们才逐步对雷电有了理性和科学的认识 地球上 任何时刻都会有约2000个地点出现雷暴 平均每天要发生800万次闪电 每次闪电在微秒级瞬间可释放出55KW h以上能量 1 雷暴活动频繁我国地处温带和亚热带地区 雷暴活动十分频繁 雷电灾害发生频次多 范围广 危害严重 社会影响大 严重威胁着人民生命财产安全 1 为什么要研究雷电与防护技术 22个省 区 市 年最多雷暴日在50天以上 最多的达150天 10个省 区 市 年平均雷暴日超过40天 最多的超100天 1 为什么要研究雷电与防护技术 2 雷电灾害严重根据近30年的雷电统计资料分析 我国雷暴日天数变化不大 但是雷电灾害造成的经济损失日益严重 据不完全统计 1999 2008年的10年间 全国因雷击造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害事故就有390多起 每年因雷电灾害造成人员伤亡数千人 2011年湖南省共发生雷电灾害72起 其中发生在农村的雷灾43起 雷灾共造成5人死亡 12人受伤 经济损失严重 雷电灾害涉及电力 通信 石化 交通 金融等各行各业以及千家万户 1 为什么要研究雷电与防护技术 村民在瓜地遭雷击身亡 村民遭雷击 村民遭雷击身亡 麻阳舒家村乡舒某家雷击致3人死亡 雷灾造成人员伤亡 1 为什么要研究雷电与防护技术 雷灾造成大量的经济损失 大鲸港镇玉银纸业公司因雷击导致火灾 永兴花炮厂因雷击导致爆炸 军工硝制造有限公司遭雷击 电力设备因雷击受损 德国法兰克福ELELTRAWUBA保险公司Statisticsofdamage1994 1 为什么要研究雷电与防护技术 3 雷电灾害时空分布特点 3个90 90 以上的雷灾经济损失发生在城市的各行业部门 主要分布在华东和华南等经济发达地区 90 以上雷击伤亡事故发生在农村地区 汛期是雷电灾害事故的高发期 4 9月间发生的雷灾起数和雷击伤亡人数均占全年总数的90 以上 重大人员伤亡和重大直接经济损失 全国雷电灾害事故在各地区的分布图 图4 1997年 2006年全国雷击伤亡事故年变化图 1997年 2006年全国雷击伤亡事故年变化图4 9月闪电多 雷灾事故多 雷电灾害行业分布图 电力 通信 计算机系统 广电等行业受损严重 雷击伤亡事故发生地分布图 伤亡发生在农田最多 雷击伤亡事故人群分布图 农民伤亡最多 4 雷电灾害防御难度很大 受灾面的改变 从电力 建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业 特点是与高新技术关系最密切的领域 如航天 航空 国防邮电通信 计算机 电子工业 石油化工 金融证券等 入侵方式的改变 从一 二维空间入侵变为三维空间入侵 由于微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域 微电子器件极端灵敏 LEMP造成微电子设备的失控或者损坏 造成损失和危害程度的改变 它袭击的对象本身的直接经济损失有时可能并不太大 但由此产生的间接经济损失和影响却难以估计 1 为什么要研究雷电与防护技术 因此 电子时代防雷减灾工作更重要 更迫切 也更复杂 如何适应雷电防御已从直击雷防护到系统防护的转变 要求我们站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术 提高人类对雷灾防御的综合能力 防雷减灾工作事关经济社会发展事关人民安全福祉事关社会和谐稳定各级气象部门必须以很强的使命感 责任感 组织做好雷电灾害防御 1 为什么要研究雷电与防护技术 防护技术 能在一定程度上避免或者减少雷电带来的损失 思考 结合工作实际和身边个例 1 为什么要研究雷电与防护技术 雷暴活动频繁 雷电灾害严重2 雷电 什么是雷电 雷电如何产生 形成 分类 危害3 雷电防护 有哪些技术 如何进行防护 风评 技术评价 预警 检测 内容 第一章雷电的形成和分类 第一节雷电的形成1 雷电形成的三个基本条件 空气中必须有足够的水汽 有使潮湿水气强烈上升的气流 有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件 2 雷电形成的基本理论雨滴分裂论当潮湿水气上升到高空 由于高空气温较低 在上升气流运动过程中逐渐凝结增大 形成小水滴 由于上升气流的不稳定 水滴在运动过程中相互摩擦 碰撞分裂形成大小不等的水珠 使得大水珠带正电荷 小水珠带负电荷 小水珠质量轻被上升气流带到上层云层 大水珠质量重则留在下层或降落到地面 这样便形成了带电荷云层的分离过程 当带电荷云层逐步积累到足够的电荷量时 便产生闪电现象 形成雷电 实验证明 水滴分裂时 确实大水珠带正电荷 小水珠带负电荷这一理论 分裂水滴所需气流的速度为3 8m s这正是雷云中上升气流的速度 距地面80公里左右的电离层具有一定的导电能力 而且是带正电荷的 而大地是带负电荷 故形成比较稳定的大气电场 在电离层和地这两个带电导体中间被不导电的大气所绝缘 形成一个电容器 使处于其中的云层上端带负电荷 下端带正电荷 即发生极化 从而为闪电提供有力条件 电场极化论 由于宇宙射线和太阳黑子爆炸 近地大气中形成带有一定量的游离子 其中正离子较重 约为电子的2000倍 不大活动 而负离子则活动性较大 在大气电场和上升气流的作用下 负离子向上运动 正离子向下运动 形成上负下正离子层 有利于闪电的发生 离子积累 3 雷击过程当天空中有雷雨云的时候 因雷雨云带有大量的电荷 由于静电感应的作用 雷雨云下方的地面和地面上的物体都带上了与雷雨云相反的电荷 当雷雨云与地面之间的电压高到一定的时候 雷雨云与地面上突出的物体之间就会出现放电 闪电的初始击穿 下部负电荷中心与其底部的正电荷中心附近局部地区的大气电场达到104v cm左右时 则负 正电荷之间的云雾大气会被击穿 负电荷向下中和掉正电荷 这时从云层下部到云底部全部为负电荷区 先导注流 随大气电场的进一步加强 进入起始击穿的后期 电子与空气的分子发生碰撞 形成天空中带电的雷雨云的云粒 或水成物 向地面延伸 在雷雨云下形成从云层向下的流光 表现为一条暗淡的光柱 即先导注流 也叫注流先导 如右图 闪电通道 注流先导不断地向地面发展过程是一电离过程 在电离过程中生成成对的正 负离子 其正离子被云中向下输送的负电荷不断中和 从而形成多枝状的充满负电荷 对负地闪 的通道 其中有一枝是充满负电荷 对负地闪 的主通道 称为电离通道或闪电通道 简称为通道 雷击分枝状的放电主通道到达地面 或与大地放电迎面会合以后 就形成云层到地面的全程 雷击放电通道 放电 这就是雷击 根据闪电空间位置 形状 声音分类 第二节雷电的分类 还有多种分类方式 在此只详细介绍下这三类 并重点说明云地闪 地闪 云内闪电在同一块云中 不同云区带有正负不同的电荷 在正负荷电区之间的电场达到可击穿强度时 在同一块云中同样可发生放电现象 此现象称之为云内闪电 第一种分类 根据空间位置分类 云际闪电当带有正负不同电荷的两块云之间的电场达到可击穿强度时 在两块云之间发生的放电现象 云地放电 地闪发生在云层和大地之间的放电现象 地闪根据先导和回击方向 可把闪电归纳为以下八种常见的闪电类型 l 先导r 回击v 发展方向 云地间放电形成的先导若是从云层内的电荷中心伸向地面 又称之为向下先导 若是从地面伸向云层的 又称之为向上先导 只沿着先导方向发生中和的闪电 称之为无回击闪电 当发生先导放电之后 还出现逆先导方向放电的现象 称为有回击闪电 第一类地闪 具有向下先导和向上回击 云中负荷电中心与大地和地物间的放电过程 具有负闪电电流 因此 简称为向下负先导负地闪 如果负先导不着地 则就无回击 此时只有图1a所示的过程 云空放电 如果负先导着地 则就产生回击 将云中的部分电荷泄放到大地 若该过程只一次为单闪击闪电 图1b 若重复多次为多闪击闪电 向下负先导负地闪 l 先导 r 回击 v 发展方向 第二类地闪 具有向上正先导的云中负荷电中心与大地和地物间的放电过程 具有负闪电电流 它又分下面两种情况 图2a 先导带正电向上 放电一般始于高耸的接地体 塔尖或山顶 具有向上正先导而无回击 简称为向上正先导连续负放电 若对于图2b 先导带正电向上 和向下回击 称之为向上正先导负地闪 如果其后有随后闪击 称之向上正先导多闪击负地闪 向上正先导负地闪 l 先导 r 回击 v 发展方向 第三类地闪 云中荷正电 具有向下正先导和向上回击 云中正电荷中心与大地和地物间放电过程具有正闪电电流 简称为向下正先导正地闪 图3a 向下正先导不着地 于是产生云空放电过程 图3b 向下正先导着地 引起向上正回击 泄放云中的正电荷到大地 这一类在山地区少见 在湖边可见到 向下正先导正地闪 l 先导 r 回击 v 发展方向 第四类地闪 云中荷正电 具有向上负先导的云中正电荷中心与大地和地物间的放电过程 具有正闪电电流 图4a 向上先导始于高耸的高层建筑的尖顶 这类地闪也有以有无回击而细分为A型和B型 A型地闪具有向上先导而无回击的放电过程 只是在先导后出现持续时间约几百毫秒 持续电流为几百安的放电过程 简称为向上负先导正地闪 B型地闪具有向上先导和向下回击的放电过程 简称向上负先导连续正电流闪电 向上正地闪多为单闪击地闪 向上负先导正地闪 l 先导 r 回击 v 发展方向 小结地闪根据闪电流方向 分为 1 正地闪 闪电电流为正 向下 的称正地闪 2 负地闪 闪电电流为负 向上 的为负地闪 地闪根据先导方向 分为 1 向下先导 由云向下地面发展的先导 2 向上先导 由地面向云中发展的先导 线状闪电我们常见的通常是线状闪电 一般是一种蜿蜒曲折枝杈纵横的巨型电气火花 长2 3公里 也有长达10公里的 是闪电中较强烈的一种 线状闪电大多是雷云与大地间的放电 约50 70 以上 也有雷云之间的放电 这种闪电可以同时击在不同的地方 一般分为前导放电和主放电等阶段 线状闪电对电力 电讯系统及人畜和建筑物等威胁最大 带状闪电与线状闪电相似 只是亮的通道比较宽 看上去好像一条较亮的亮带 第二种分类 根据形状分类 片状闪电是出现在云的表面上的闪光 它有时可能是被云块遮没的火花闪电的延光 也可能是在云的上部发出来的丛集的 若隐若现的一种特殊的放电作用的光 这种闪电 表示云中电场的能量虽然已经足够产生放电 但是新加入的电量却太少 以致在闪烁放电尚未转变到火花 线状 放电以前 原有的储电量已经用完了 仅仅伴随有片状闪电的雷暴 是一种较弱放电现象 通常会对电力系统引入日较弱的感应过电压 链形闪电 联珠状闪电 比较罕见 是一条发光的虚线 一条链子一样 在云与大地间放电或云与云间放电时均可能出现 似乎是介于线状闪电与球形闪电之间的一种过渡形式 球形闪电是最奇妙 最罕见和最神秘莫测的一种闪电 由拳头般大小到足球那样大的球形发光体所组成 活动速度不大 可以看到移动 它走的路径极不规则 往往与风向一致 它出现时 常有尖哨声或嗡嗡声 有时会安然地消失 但有时也会发生恐怖的爆炸 它消失时 往往留下具有刺激性的轻烟雾 球形闪电存在的时间可由几秒到几分钟 它能在一个地方停留一些时候 一面冒烟 一面发出火花 目前 国际上对于球形闪电也还没有很完善的解释 科学家们仍在研究中 无声闪电最常出现的一种无声放电是被称为 爱尔马圣火 由于暴风雨等原因 大气中的电场强度大大地增长起来 在地球面的突出物体附近 电场强度很容易达到30kV cm的强度 导致在突出部分发生静寂放电 这是一种非雷云与大地间放电和没有雷声的闪电现象 实际上就是尖端电晕放电 放电时 突出物周围会呈现出冒烟状或光膜状 当电场强度很强时 就会形成单独束状放电 由物体周围放射出来 这种放电现象对电讯系统有干扰 第三种分类 根据声音分类 有声闪电除了是一种明亮的电气火花以外 同时还伴有强大的响声 这就是雷声 PS 因光速 声速 所以一般先看到闪电再听见声音 雷声的大小与闪电的强弱相关 由于空气在温度高达10000 左右的闪电通道中突然强烈的受热和随之而起的急速冷却 致使空气因急速膨胀和压缩的振动而发生响声 同时 也是水和空气在高电压 火花 的作用下分解所产生的瓦斯爆炸时发出的声音 由于爆炸波的特性 多次放电和声音来回反射等关系 雷声隆隆不绝 云间放电时 雷声延续的时间比云与大地间放电的时间短 一般一次闪电的雷声平均延续时间约30 40秒 在个别场合下可达到1分钟 第二章雷电流 雷击产生的雷电流的大小 强度 与地理位置 地质条件 季节和气象等许多因素有关 一般平原地区比山地雷电流大 正闪击比负闪击大 第一闪击比随后闪击大 研究资料表明 各次雷击闪电电流大小和波形差别很大 尤其是不同种类放电差别更大 这说明雷电流的大小和雷电流的波形是描述雷电流特征的重要参数 如图 先由纵轴上的0 1 0 9 和1 0三个刻度作三条横轴的平行线 前两条平行线分别与波形曲线的头部分别相交于A B两点 过A B两点作一条直线 该直线与第三条平行线和横轴分别相交于C D两点 由C点引横轴的垂线 其垂足E点与D点之间的时间即定义为波头时间 用t1表示 为了定义波长时间 再由纵轴上0 5刻度作横轴的平行线 该平行线与波形曲线的波尾部分相交于F点 从F点引横轴的垂线 垂足G点与D点之间的时间即定义为波长时间 用t2表示 由于波长时间也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时间 它习惯上也被称为半幅值时间 在定义了波头和波长时间后 单极性雷电流脉冲波形可计为t1 t2 这里t1和t2一般采用 s作单位 图2 1雷电波形的画法 雷电流的波形 首次及雷击的雷电流参量 第一 第二 第三类防雷建筑物首次雷电流幅值分别为200kA 150kA 100kA 其雷电流陡度di dt分别为20kA s 15kA s 10kA s 后续雷击的雷电流参量 长时间雷击的雷电流参量 第三章雷电的危害 主要是雷击时 雷电流通过载流导体产生电动力的破坏作用 由电磁学可知 在载流导体周围的空间存在着磁场 而磁场中的载流导体又会受到电磁力的作用 由安培定则 也叫右手螺旋定则 可知两根载有相同方向电流的长直导体 相互吸引 而载有相反方向电流的长直导体 将相互排斥 这是由于在这两根平行载流导体之间存在着电磁力的相互作用 这种作用力称为电动力 因此 由于雷电流强度很大 数十至上百千安 在雷电流的作用下 载流导体就有可能会变形 甚至会被折断 第一节直击雷的危害 电效应及其危害 在雷云对地放电时 强大的雷电流从雷击点注入被击物体 由于雷电流幅值高达数十至数百千安 其热效应可以在雷击点局部范围内产生高达6000 10000 C 甚至更高的温度 能够使金属熔化 树木 草堆引燃 当雷电波侵入建筑物内低压供配电线路时 可以将线路熔断 这些由雷电流的巨大能量使被击物体燃烧或金属材料熔化的现象都属于典型的雷电流的热效应破坏作用 如果防护不当 就会造成灾害 热效应及其危害 机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式 一是雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力 二是雷电流的冲击波效应 1 雷击产生的内压力及其危害由于雷电流幅值很高 且作用时间又很短 在雷击与树木或建筑构建时 在它们的内部将瞬时地产生大量热量 在短时间内热量来不及散发出去 以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气 并迅速膨胀 产生巨大的内压力 这种内压力是一种爆炸力 能够使被击树木劈裂和使建筑构件崩塌 机械效应及其危害 2 雷击产生的冲击波效应及其危害云对地放电过程中的回击阶段 放电通道中既有强烈的空气游离 又有强烈的异性电荷中和 通道中瞬时温度非常高 这使得通道周围的空气急剧膨胀 以超声波速度向四周扩散 从而形成冲击波 同时 通道外围附近的冷空气被严重压缩 在冲击波波前到达的地方 空气的密度 气压和温度都会突然增大 产生的冲击波是类似的 可以使其附近的建筑物 人 畜受到破坏或伤害 冲击波向外传播的速度远大于声波 但很快就会衰减 转化为声波 于是人们就能够听到雷鸣声 机械效应及其危害 雷电的静电感应与电磁感应作用属于雷电的间接破坏作用 由雷电的静电感应与电磁感应所产生的暂态过电压比以上所述的直接破坏作用具有更大的危害范围 它能够损坏建筑物内的信息系统和电气设备 甚至造成人员伤亡 因此 在防雷设计中 一直受到关注 雷电的静电感应 第二节雷击电磁脉冲的危害 在建筑物顶部金属体上的静电感应 在架空线路上的静电感应 雷云和先导通道中电荷的感应作用 在建筑物顶部的金属体上部和架空线路上将出现反极性的感应电荷 电磁感应 直击雷和雷电电磁脉冲侵害的原因 被保护系统的屏蔽差 没有采取等电位连接措施 综合布线不合理 接地不规范 没有安装浪涌保护器SPD 安装的浪涌保护器SPD不符合规范的要求等 1 为什么要研究雷电与防护技术 雷暴活动频繁 雷电灾害严重2 雷电 什么是雷电 雷电如何产生 形成 分类 危害3 雷电防护 有哪些技术 如何进行防护 风评 技术评价 预警 检测 内容 气象防雷20年发展历程回顾 起步 上世纪八十年代未 气象部门涉及防雷装置检测服务 其中安徽 广东 上海 湖南是开展防雷装置检测较早的省 市 此阶段未成立专门的防雷技术服务机构 开拓 上世纪九十年代中 后期 大多数气象台站均开展了防雷服务 并积极拓展新的防雷技术服务项目和服务领域平稳发展 本世纪初 社会各界逐步关注和重视防雷减灾工作 气象部门开始探索面向全社会的防雷减灾管理模式快速发展 2004年 2007年 此阶段的防雷工作得到全面快速的发展 并逐步实现了防雷社会管理与技术服务的分离 防雷减灾的服务内容从防雷装置检测 防雷工程设计与施工拓展到新建防雷装置设计技术评价和施工质量检测 并逐步开展了雷电监测 预警预报 风险评估和雷电灾害调查与鉴定 气象主管机构开展了防雷资质认定 防雷装置设计审核和竣工验收行政许可工作 气象防雷管理与服务体系已基本形成 依法发展 近年 防雷法规 标准体系不断健全 现代雷电业务体系逐步完善 全社会依法防雷 科学防雷的意识不断增强 防雷减灾工作正在步入依法 科学发展的阶段 从防护技术的视角看发展 直击雷的防护 1754年前后 富兰克林 罗蒙诺索夫等一批欧美学者用试验证实了 雷就是电 并发明了用接闪器 引下线和接地装置组成的外部防雷装置拦截闪电 250多年的实践证明 LPS是迄今唯一有效和广泛使用的直击雷防护装置 雷电波侵入的防护 1876年贝尔发明电话后 架空电话线屡遭雷击促使防雷保安器的研制成功 1882年纽约首次实现供配电后 供电线路和电气设备的大量遭雷击又促使了电力系统防雷的研究 雷电电磁脉冲的防护 20世纪中叶以后 微电子技术和超大规模集成电路的广泛应用和普及 LEMP可能损坏大范围的电子系统 并造成更大的损失 从政策法规的视角看发展 2010年1月20日国务院第98次常务会议通过 气象灾害防御条例 对加强和做好雷电灾害防御工作做出了具体的规定 期间 各地纷纷出台地方性防雷法规或政府规章 对防雷减灾工作提出了更具操作性 更适应地方需要的管理规定和要求 2006年 国办下发28号明电 关于进一步做好防雷减灾工作的通知 明确要求 大力加强雷电监测网建设 依法管理和规范雷电灾害防护 2006年1月 国务院下发3号文件 国务院关于加快气象事业发展的若干意见 提出六点要求 重视防雷工作 做好雷电天气预测预报 落实防雷安全措施 加强防雷管理 做好雷灾应急处置 组织防雷知识宣传 风险评估 定义雷电灾害风险评估是根据项目所在地雷电活动时空分布特征及其灾害特征 结合现场情况进行分析 对雷电可能导致的人员伤亡 财产损失程度与危害范围等方面的综合风险计算 从而为项目选址 功能分区布局 防雷类别 等级 与防雷措施确定 雷灾事故应急方案等提出建设性意见的一种评价方法 通过雷电灾害风险评估可为评估对象提供雷电防护的科学设计 灾害风险控制 经济投资 应急管理等方面服务 保证防雷工程安全可靠 技术先进 经济合理 雷电灾害风险评估是开展综合防雷的必经程序 也是实现科学防雷的必要条件 体现了预防为主 防治结合的理念 分类 预评估 现状评估1 预评估是根据建设项目初步规划的建筑物参数 选址 总体布局 功能分区分布 结合当地的雷电资料 现场的勘察情况 对雷电灾害的风险量进行计算分析 给出选址 功能布局 重要设备的布设 防雷类别及措施 风险管理 应急方案等建议 为项目的可行性论证 立项 核准 总平规划等提供防雷科学依据 2 现状评估是对一个评估区域 评估单体现有的雷电防护措施进行雷电灾害风险量的计算分析 给出现有雷电防护措施是否能将雷电灾害的风险量控制在国家要求的范围内 给出科学 经济和安全的整改措施 提供风险管理 雷灾事故应急方案 风险评估 风险评估 工作现状 雷击风险评估工作是我国目前开展的一项新兴业务 现阶段各省主要依据的是GB21714 IEC62305风险管理中的部分方法 但GB21714 IEC62305仅针对单体建筑物 不能满足各类大中型建设项目需求 尤其不能适用于危爆危化 铁路 交通及大型构筑物等项目的区域雷击风险评估 并且 评估结论没有针对性 不能有效体现行业及项目的特殊性 也无法满足不同地理地质环境 不同雷电气象环境及社会因素下开展雷评业务需求 严重制约了雷评业务的长远发展 风险评估 我省情况 2008年 通过对全国雷击风险评估业务工作的考察 调研 结合当前雷击风险评估工作的实际需求 湖南省防雷中心明确提出了 区域雷击风险评估方法研究 通过与成都信息工程学院的共同研究 目前已完成了区域雷击风评估方法的研究 并对多个建设项目进行了实际应用效果检验 实践证明 有效针对ICE62305的不足之处 结合雷电环境 地域和承灾体特性分析 利用先进的数学方法构建的区域雷击风险评估方法 有力提高了雷击风险评估的科技内涵和创新能力 湖南省通过近几年的业务运行 雷击风险评估业务取得了一定的成绩 风险评估涉及易燃易爆 公路桥梁 轨道交通 地铁 超高层建筑物等多个领域 尤为喜人的是 更有多家建设单位主动与湖南省防雷中心联系 积极请求对项目进行雷击风险评估 风险评估 我省情况 长沙地铁二号线雷击风险评估 长沙新奥天然气储备站雷击风险评估 吉首矮寨特大桥雷击风险评估 顺天高层建筑雷击风险评估 技术评价 定义防雷装置设计技术评价是根据国家法律 法规 技术标准与规范 对设计单位所作的防雷设计施工图或方案 就安全性 有效性 稳定性和强制性标准 规范执行情况等进行的技术评价 重点查看内容 防雷装置 与防雷有关的电气接地危化场所的防静电接地 技术评价 所需资料 目前公认的能大幅降低雷击伤亡与灾害最有效的措施之一 能及时 准确地预报当地雷电活动情况 大力保障人民生命及财产 雷电预警 雷电预警信号分三级 分别以黄色 橙色 红色表示 黄色预警 6小时内可能发生雷电活动 可能会造成雷电灾害事故 橙色预警 2小时内发生雷电活动的可能性很大 或者已经受雷电活动影响 且可能持续 出现雷电灾害事故的可能性比较大 红色预警 2小时内发生雷电活动的可能性非常大 或者已经有强烈的雷电活动发生 且可能持续 出现雷电灾害事故的可能性非常大 为全面贯彻湖南省委提出的全面建设小康湖南的精神 切实做好防雷减灾工作 造福三湘人民 中心领导根据全省防雷减灾情况全面部署 以提升雷电服务能力为目标 利用近年来布设的大气电场仪 闪电定位仪及我中心自主研发的雷电监测预警综合业务平台 对油库 黄花机场 地铁等用户开展雷电专项预警服务 2012年 我单位共为用户单位提供154期雷电专项临近预警产品 其中机场预警产品55期 油库预警产品55期 地铁预警产品44期 用户单位未发生一起雷击事故 有效保障了生产安全和人员安全 深受用户单位的好评 雷电预警 我省情况 雷电专项服务 油库 24小时雷电预警 及时掌握雷电发生情况 保障油品运输安全 而油库区需要雷雨天气时的跟踪服务 保障油品分发安全 重点关注油库区域未来2小时及30分钟的雷电预警 雷电专项服务 机场 尽早提醒 及时跟踪 保障航班调度和起降安全 机场20km范围左右提前2小时的雷电趋势及预警 雷电专项服务 地铁 针对地铁2号线和1号线未来1 2小时雷电专项预警 为各施工地点雷雨天气时的工作安排提供决策依据 保障地铁地面施工人员和设备安全 雷电专项服务效果 对每次雷电过程进行分析 总结经验 细化专项用户需求 不断提升专项用户服务能力 通过对比分析 预报准确率已提为88 9 检测 GB50057 2010 意义建筑物防雷装置是由接闪器 引下线接地装置 过电压保护器以及其它连接导体等五部分组成 它们在防雷过程中缺一不可 任何一部分失效 都将导致防雷装置起不到防雷效果 并可能产生负面作用 因此 需要定期对防雷装置进行安全检测 对防雷装置作出公正 科学 准确的评价 确保其质量 安全性能达到规范 标准的要求 发现问题并及时整改 从而避免因质量问题造成不必要的损失 85 建筑物防雷装置设计 关于GB50057 2010 建筑物防雷设计规范 与GB50057 94 2000年版 的主要变化1 结构上 增加了术语一章 合并了一章 2 规定了13条强制性条文 必须严格执行 3 变更防接触电压和防跨步电压的措施 4 补充外部防雷装置采用不同金属物的要求 5 修改防侧击的规定 6 详细规定电气系统和电子系统选用电涌保护器的要求 7 简化了雷击大地的年平均密度计算公式 并相应调整了预计雷击次数判定建筑物的防雷分类的数值 8 部分条款作了更具体的要求 86 一 总则 1 0 1为使建 构 筑物防雷设计因地制宜地采取防雷措施 防止或减少雷击建 构 筑物所发生的人身伤亡和文物 财产损失 以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行 做到安全可靠 技术先进 经济合理 制定本规范 1 0 2本规范适用于新建 扩建 改建建 构 筑物的防雷设计 87 二 术语 2 0 5防雷装置用于减少闪击击于建 构 筑物上或建 构 筑物附近造成的物质性损害和人身伤亡 由外部防雷装置和内部防雷装置组成2 0 18闪电电涌侵入 名称的变化 2 0 26电气系统由低压供电组合部件构成的系统 也称低压配电系统或低压配电线路 2 0 27电子系统由敏感电子组合部件构成的系统 88 三 建筑物的防雷分类 3 0 2为强制性条款 1 第一类防雷建筑物凡制造 使用或贮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 具有0区或20区爆炸危险场所的建筑物 GB50057 94 为0区或10区 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 GB50057 94 仅为1区 注 爆轰 爆炸物中一小部分受到引发或激励后 爆炸物整体瞬间爆炸的现象或过程 火灾爆炸危险环境区的变化是由于 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 GB50058 92也在修订中 本标准采用了GB50058的修编内容 用 20 21 22 代表了粉尘的分区 原来用 10 11 区表示 89 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 新增条 5 制造 使用或贮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 90 第二类防雷建筑物 续 6 具有1区或21区 新增 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 由原11区调整 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 0 06调整 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 0 3调整 的住宅 办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物 91 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 由0 12调整 次 a且小于或等于0 05 由0 06调整 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 0 06调整 次 a且小于或等于0 25 0 3调整 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 92 4 人员密集的公共建筑 建筑设计防火规范 GB50016 2006第5 3 15条文解释本条规定的人员密集的公共建筑主要指 设置有同一时间内聚集人数超过50人的公共活动场所的建筑 如宾馆 饭店 商场 市场 体育场馆 会堂 公共展览馆的展览厅 证券交易厅 公共娱乐场所 医院的门诊楼 病房楼 养老院 托儿所 幼儿园 学校的教学楼 图书馆和集体宿舍 公共图书馆的阅览室 客运车站 码头 民用机场的候车 候船 候机厅 楼 等 93 5 建筑物年预计雷击次数 N k Ng Ae其中 k 2 位于山顶和旷野孤立1 7 没有接地的金属屋面的砖木结构建筑1 5 河 湖 边 山坡下 山地中 小处 地下水露头处 土山顶 山谷风口及特别潮湿的建筑物1 0 一般情况Ng 0 1 Td Ng 0 024Td1 3 Ae LW 2 L W H 200 H 1 2 H 200 H 10 6L W H为长 宽 高 适用于H 100m 94 四 防雷措施的一般规定 4 1 1 4 1 2强条 4 1 2各类防雷建筑物应设内部防雷装置 并应符合下列规定 1在建筑物的地下室或地面层处 以下物体应与防雷装置做防雷等电位连接 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 2除本条1款的措施外 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 尚应满足间隔距离的要求 95 五 接闪器的设置 1 接闪器的构成独立避雷针 架空避雷线以及直接装设在建筑物上的避雷网 避雷带 避雷针或由其混合组成 2 避雷带避雷带应沿易受雷击的部位 见附录B 敷设 女儿墙 屋角 屋脊 屋檐和檐角等 当建筑物比较高时 首先应沿屋顶周边敷设避雷带 避雷带应设在外墙外表面或屋檐边垂直线上或其外 96 97 关于暗敷避雷带问题 利用屋顶钢筋作接闪器及暗敷避雷带 其前提是允许屋顶遭雷击时混凝土会有一些碎片脱离以及一小块防水 保温层遭破坏 这对建筑物的结构一般无损害 但建筑物下方不应有行人通过 车辆放置 及建筑物的出入口 以保证安全 GB T21431 2008 建筑物防雷装置检测技术规范 规定 高层建筑物不应利用建筑物女儿墙内钢筋作为暗敷避雷带 98 避雷网格 第一类防雷建筑物5m 5m或6m 4m 第二类防雷建筑物10m m或12m 8m 第三类防雷建筑物20m 20m或24m 16m 99 3 避雷针 1 滚球法 100 3 避雷针 2 地面上的避雷针 接闪杆在hx高度的xx 上的保护半径rx h 2hr h 1 2 h 2hr hx 接闪杆在地面上的保护半径ro h 2hr h 1 2h 接闪杆高度 hr 滚球半径 hx 被保护物的高度 101 3 避雷针 3 问题1 屋面上避雷针的保护范围如何计算 错误图r0大于屋顶宽度 正确图 避雷带 避雷针顶端同时支撑球体 102 问题2 避雷针设置的越高对设备保护越有利 设置避雷针的目的就是利用避雷针的尖端效应吸引闪电 保护附近的突出的室外设备如天线等 避雷针并不是越高越好 过高的避雷针将导致其接闪能力越强 雷电对避雷针附近的设备的冲击次数会增加 避雷针不能用于保护室内的弱电设备 103 4 接闪器的材料 规格 避雷带 架空接闪线宜采用截面不小于50mm2热镀锌钢绞线或铜绞线 参数调整 避雷线 104 金属屋面 第一类防雷建筑物除外 板间的连接应是持久的电气贯通 例如 铜锌合金焊 熔焊 卷边压接 缝接 螺钉或螺栓连接等 金属板下面无易燃物品时 其最小厚度要求为不锈钢 热镀锌钢 钛和铜板0 5mm 铝板0 65mm 锌板0 7mm 铅板 2mm 金属板下面有易燃物品时 其最小厚度要求为不锈钢 热镀锌钢和钛板4mm 铜板5mm 铝板7mm 金属板无绝缘被覆层 注 薄的油漆保护层或1mm厚沥青层或0 5mm厚聚氯乙烯层均不属于绝缘被覆层 105 关于彩钢保温板 5 2 7的条文说明 上层钢板厚度不应小于0 5mm 中间保温层为非易燃物 下层钢板一般不会被击穿 且能阻挡上层板被击穿时的熔化物 106 1 4 3 3 强条 第二类防雷建筑物 专设引下线不应少于2根 并应沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置 其间距沿周长计算不宜大于18m 当建筑物的跨度较大 无法在跨距中间设引下线 应在跨距两端设引下线并减小其他引下线的间距 专设引下线的平均间距不应大于18m 4 4 3 类似 同上 六 引下线 107 六 引下线 2 在建筑物引下线附近防接触电压时 应符合下列规定之一 新增内容 利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线 这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内 引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小于50k m 注 例如 采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本要求 外露引下线 其距地面2 7m以下的导体用耐1 2 50 s冲击电压100kV的绝缘层隔离 例如用至少3mm厚的交联聚乙烯层 用护栏 警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度 108 关于2 7m 2 7m的高度是参照IEC62305 3的规定考虑的 即以人站立向上伸手的平均高度2 5m加上0 2m长的空气间隙的距离之和 109 引下线 3 在建筑物外引下线附近防跨步电压时 应符合下列规定之一 新增内容 利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于10根柱子组成的自然引下线 这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内 引下线3m范围内土壤地表层的电阻率不小于50k m 注 例如 采用5cm厚沥青层或15cm厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本要求 用网状接地装置对地面作均衡电位处理 用护栏 警告牌使进入距引下线3m范围内地面的可能性减小到最低限度 110 七 接地装置 1 接地装置的类型按GB21714 3的规定 接地装置的类型分为A B二类即A型接地体 单独设置的水平和 或垂直接地体 不少于2个接地极 在土壤电阻率很低 接地电阻很容易低于10 时 无其他要求 土壤电阻率较高 接地电阻不易达到10 以下时 对各类防雷建筑物的接地体有一定长度要求B型接地体 利用建筑物基础钢筋或围绕建筑物的环型人工接地体 111 接地装置 2 第一类防雷建筑物 1 独立的外部防雷装置设置独立接地体冲击接地电阻值 不大于10 2 不独立的外部防雷装置接地装置应围绕建筑物敷设成环形接地体每根引下线的冲击接地电阻不应大于10 其接地装置应和电气和电子系统等接地装置及所有进入建筑物的金属管道相连 此接地装置可兼作防雷电感应接地之用 3 冲击接地电阻值与工频接地电阻值的换算方法 112 2 第二类 第三类防雷建筑物 共用接地装置 外部防雷装置的接地应和防雷电感应 内部防雷装置 电气和电子系统等接地共用接地装置 并应与引入的金属管线做等电位连接 外部防雷装置的专设接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体 共用接地装置的接地电阻应按50Hz电气装置的接地电阻确定 以不大于其按人身安全所确定的接地电阻值为准 当有电子系统时以设备最小接地电阻值要求为准 113 八 防侧击 1 高度超过45m的建筑物 水平突出外墙的物体 如阳台 平台等 当滚球半径45m球体从屋顶周边避雷带外向地面垂直下降接触到上述物体时应采取相应的防雷措施 2 高于60m的建筑物 其上部占总高度20 并超过60m的部位应防侧击 新变化3 外墙内外竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端应与防雷装置等电位连接 114 九 其他防雷措施 1 固定在建筑物上的节日彩灯 航空障碍信号灯及其他用电设备和线路 应根据建筑物的防雷类别采取相应的防止雷电波侵入的措施 无金属外壳或保护网罩的用电设备应处在接闪器的保护范围内从配电箱引出的配电线路应穿钢管 钢管的一端应与配电箱和PE线相连 另一端应与用电设备外壳 保护罩相连 并应就近与屋顶防雷装置相连 当钢管因连接设备而中间断开时应设跨接线 在配电箱内应在开关的电源侧装设 级试验的电涌保护器 其电压保护水平应不大于2 5kV 标称放电电流值应根据具体情况确定 115 其他防雷措施 2 露天堆场粮 棉及易燃物大量集中的露天堆场 当其年预计雷击次数大于或等于0 05时 应采用独立接闪杆或架空接闪线防直击雷 独立接闪杆和架空接闪线保护范围的滚球半径可取100m 在计算雷击次数时 其高度可按可能堆放的高度计算 其长度和宽度可按可能堆放面积的长度和宽度计算 3 屋顶非导电性物体屋顶不处在接闪器保护范围内的非导电性物体 当它没有突出由接闪器形成的平面0 5m以上时 可不附加增设接闪器的保护措施 116 十 防雷区 1 防雷区 LPZ 的概念 117 防雷区 LPZ 2 防雷区的划分LPZOA区 本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流 本区内的电磁场强度没有衰减 直击雷非防护区 LPZOB区 本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击 本区内的电磁场强度没有衰减 直击雷防护区 LPZ1区 本区内的各物体不可能遭到直接雷击 流经各导体的电流比LPZOB区更小 本区内的电磁场可能衰减 这取决于屏蔽措施 第一屏蔽防护区 LPZn 1 后续屏蔽防护区 进一步减小流入电流和电磁场强度的防护区 118 LPZ 3 防雷分区的作用确定等电位连接的位置 防雷区界面处 确定等电位连接导体的最小截面 16mm2 6mm2 确定SPD的安装位置 防雷区界面处 确定SPD的选型 T1 T2 T3 计算H1或H2 决定是否增加屏蔽措施 或确定设备的摆放位置 119 1 等电位连接的意义将分开的各金属物体直接用连接导体 称为等电位连接导体 或经电涌保护器连接到防雷装置 或接地装置 上 以减小雷电流引发的电位差 2 实施等电位连接的位置穿过防雷区界面的所有导电物 电气和电子系统的线路均应在界面处做等电位连接 3 等电位连接实施建筑物的等电位连接包括总等电位连接 建筑物顶设备 施 的等电位