任务五 防雷与防静电
一、雷电的种类及危害
雷电是自然界中的一种放电现象。当雷电发生时，放电电流使空气燃烧出一道强烈火花，并使空气猛烈膨胀，发出巨大响声。雷电放电时间仅约为50～100μs，由雷电产生的雷电压幅值可高达上亿伏，雷电流幅值可高达几十万安。雷电的特点是：时间短，电流强，频率高，感应或冲击电压高。
1.雷电的种类
按照雷电的危害方式分，可分为：直击雷、感应雷和雷电侵入波，其中感应雷又分为静电感应和电磁感应雷。
按照雷电的形状，可分为线性雷、片形雷和球形雷，线形雷很常见，片形雷很少，个别情况下会出现球形雷，球形雷表现为光亮的火球。
2.雷电的危害
（1）雷击的主要对象
1）雷击区的形成首先与地理条件有关，山区和平原相比，山区有利于雷云的形成和发展，易受雷击。
2）雷云对地放电地点与地质结构有密切关系。不同性质的岩石分界地带、地质结构的断层地带、地下金属矿床或局部导电良好的地带都容易受到雷击；雷电对电阻率小的土壤有明显选择性，所以在湖沼、低洼地区、河岸、地下水出口处、山坡与稻田水交界处常易遭受雷击。
3）雷云对地的放电途径总是朝着电场强度最大的方向推进，因此如果地面上有较高尖顶建筑物或铁塔等，由于其尖顶处有较大的电场强度，所以易受雷击。在农村，虽然房屋、凉亭和大树等不高，但是由于它们孤立于旷野中，也成为雷击的对象。
4）从工厂烟囱中冒出的热气常有大量导电微粒和游离子气团，它比一般空气容易导电，所以烟囱较易受雷击。
（2）雷电的破坏效应
1）电作用的破坏：即雷电数十乃至上百万伏的冲击电压可能毁坏电气设备的绝缘，造成大面积长时间的停电，且由于绝缘损坏引起的短路火花和雷电的放电火花可能引起火灾和爆炸事故。巨大的雷电流流入地下，在电流通路上产生极高的对地电压和在流入点周围产生的强电场，可能导致触电伤亡事故。
2）热作用的破坏：巨大的雷电流流过导体，在极短的时间内转换成大量的热能，使金属熔化飞溅而引起火灾或爆炸。
3）机械作用的破坏：巨大的雷电流通过被击物时，瞬间产生大量的热，使被击物内部的水分或其他液体急剧汽化，剧烈膨胀为大量气体，致使被击物破坏或爆炸。此外静电作用力、电动力和雷击时的气浪也有一定的破坏作用。
3.防雷装置
常用的防雷装置有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器和保护间隙等。
一套完整的防雷装置应由接闪器、引下线和接地装置组成。
接闪器：作用是将雷电引至本身，沿引下线经接地装置流入大地，使被保护物免遭雷击的破坏。
引下线：用来连接接闪器和接地装置，一般采用圆钢或扁钢，应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。如采用钢绞线，其截面积不小于25mm2。
接地装置：接地装置必须按规定正确选用与安装。通常采用独立的接地装置，接地电阻一般不大于10Ω。接地装置应远离通道3m以上，远离电气设备5m以上，并尽可能避开行人来往之处，以防雷电流入地时产生的接触电压或跨步电压而造成伤害。
为防止雷电反击，在避雷针下的构架上严禁架设各种线路和无线电天线。
二、防雷措施
1.防直击雷保护
（1）避雷针 避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护范围。
（2）避雷线 避雷线是用来保护架空电力线路和露天配电装置免受直击雷的装置。它由悬挂在空中的接地导线、接地引下线和接地体等组成，因而也称“架空地线”。它的作用和避雷针一样，将雷电引向自身，并安全导入大地，使其保护范围内的导线或设备免遭直击雷。
（3）避雷带和避雷网 避雷带和避雷网用于在建筑物的边缘及凸出部分上加装，通过引下线和接地装置很好地连接，对建筑物进行保护。
2.感应雷和入侵雷防护
避雷器是用来防止线路的感应雷及沿线路侵入的过电压波对变电所内的电气设备造成的损害。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，装在被保护设备的电源侧，与被保护设备并联，如图1-5-1所示。
避雷器分为管式避雷器、阀式避雷器和金属氧化物避雷器。
（1）管式避雷器 管式避雷器主要用于变配电所的进线保护和线路绝缘弱点的保护，保护性能较好的管式避雷器可用于保护配电变压器。其结构如图1-5-2所示。
（2）阀式避雷器 由火花间隙和碳化硅阀片组成，装在密封的磁套管内，如图1-5-3所示，阀式避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀片电阻而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。
图1-5-1 避雷器的连接
图1-5-2 管式避雷器的结构
1—产气管 2—胶木管 3—棒形电极 4—环形电极 5—动作指示器 s1—内间隙 s2—外间隙
（3）金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器又称为压敏避雷器。图1-5-4为氧化锌避雷器，它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的避雷器。压敏电阻片是由氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工频电压下，它具有极大的电阻，能迅速有效地阻断工频电流，因此不需要火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；在雷电过电压作用下，其电阻变得很小，能很好地泄放雷电流。
图1-5-3 阀式避雷器
图1-5-4 氧化锌避雷器
3.架空线路的防雷措施
（1）装设避雷线 防雷效果好，但造价高，所以只在60kV及以上架空线路上全线装设避雷线；而在35kV及以下的架空线路上一般只在进出变电所的一段线路上装设。
（2）提高线路本身的绝缘水平 即在架空线路上，采用绝缘性能高一级的绝缘子。
（3）用三角形顶线作保护线 由于3～10kV线路通常中性点是不接地的，如在三角形排列的顶线绝缘子上装保护间隙，在雷击时，顶线承受雷击，间隙被击穿，对地泄放雷电流，从而就可保护下面两根导线，也不会引起线路跳闸。
（4）装设自动重合闸装置或自重合熔断器 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的，线路断路器跳闸后，电弧就熄灭了，线路就恢复正常了；若采用一次自动重合闸装置或自重合熔断器，使开关经0.5s左右就自动合闸，从而能恢复供电。
（5）装设避雷器和保护间隙 主要保护线路上绝缘最薄弱的部分，包括特别高的杆塔、带拉线的杆塔等。
4.变、配电所的防雷措施
1）装设避雷针来防止直接雷。
2）高压侧装设阀式避雷器或保护间隙（见图1-5-5）
装设避雷器用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏变电所的这一关键的设备。
3）低压侧装设阀式避雷器或保护间隙（见图1-5-6）：主要用在多雷区使用，防止雷电波从低压侧侵入而击穿变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时，其中性点也应加装避雷器或保护间隙。
图1-5-5 3～10kV系统变压器的防雷保护
图1-5-6 3～10kV配电装置防止雷电波侵入的保护接线
5.建筑物的防雷措施
根据发生雷电事故的可能性和后果，将建筑物分成三类。第一类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物质，因电火花会引起爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第二类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物质，电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第三类防雷建筑物是除第一、二类建筑物以外的爆炸、火灾危险的场所。
第一类防雷建筑物和第二类防雷建筑物中有爆炸危险的场所，应有防直击雷、防感应雷和防雷电波侵入的措施。第二类防雷建筑物（除有爆炸危险者外）及第三类防雷建筑物，应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。
6.人身的防雷措施
雷暴时，雷云直接对人体放电，雷电流流入地下产生的对地电压以及二次放电都可能对人体造成电击。
在雷雨天，非工作需要，应尽量不在户外或野外逗留；必须在户外或野外逗留或工作时，最好穿塑料等不浸水的雨衣；如有条件，可进入宽大金属构架或有防雷设施的建筑物、汽车或船只内；如依靠有建筑物或高大树木屏蔽的街道躲避，应离开墙壁和树干8m以外；尽量离开小山、小丘和隆起的道路，离开海滨、湖滨、河边、池旁，离开铁丝网、金属晒衣绳以及旗杆、烟囱、宝塔、独树、没有防雷保护的小建筑物和其他设施。
在户内应注意防止雷电侵入波的危害，应离开照明线、电话线、广播线、收音机和电视机电源线、引入室内的收音机和电视机天线及与其相连的各种导体，以防止这些线路或导体对人体第二次放电。资料表明，70%以上户内对人体二次放电的事故发生在距导体1m内的范围。
三、防静电
1.静电的产生
两种物质紧密接触后再分离时，一种物质把电子传给另一种物质而带正电，另一种物质得到电子而带负电，这样就产生了静电。相对于动电荷，静电是相对静止的电荷。
2.静电的危害
（1）爆炸或火灾 静电电量虽不大，但因其电压很高而容易发生放电，产生静电火花。
（2）静电电击 静电造成的电击发生在人体接近带静电物质时，也可能发生在带静电电荷的人体（人体静电电压可高达上万伏）接近接地体时，电击程度与储存的能量有关，能量越大，电击越严重。带静电体的电容越大或电压越高，则电击程度越严重。
由于生产工艺过程中产生的静电能量很小，所以由此引起的电击不至于直接使人致命。但人体可能因电击坠落摔倒引起二次事故。另外，电击还能引起工作人员精神紧张，影响工作。
（3）妨碍生产 某些生产过程中，如不清除静电，将会妨碍生产或降低产品质量。如静电可使粉体吸附于设备上，影响粉体的过滤和输送；纺织行业，静电使纤维缠结；印刷行业，静电使纸张不齐、分不开等。
3.消除静电的措施
（1）接地、泄漏法 即采取接地、增湿、加入抗静电添加剂等措施使静电电荷比较容易泄漏、消散，以避免静电的积累。
（2）中和法 采用静电中和器和其他方式产生与原有静电极性相反的电荷，使原有静电得到中和而消除，避免静电的积累。
（3）工艺控制法 从材料选择、工艺设计、设备结构等方面采取措施，控制静电的产生，使之不超过危险程度。