知识拓展 静电和雷电的防护

静电放电与雷电放电有一些相同之处，它们的主要危害都是引起火灾和爆炸等，对人体安全和电气设备存在着威胁，所以掌握它们的防护措施有很重大的意义。

1.静电防护

静电是一种常见的自然现象，任何一种物质，不论是固体、液体、气体还是粉尘，不论是导体还是绝缘体，都会因为摩擦而产生静电。如夜晚脱毛衣时能听到放电声甚至会看到电火花，这是我们熟悉的静电现象。静电产生的内因有物质的逸出功不同、电阻率不同和静电常数不同等；静电产生的外因有物质的紧密接触和迅速分离、附着带电、感应起电、极化起电等。

（1）静电的危害

静电放电主要有以下危害。

1）爆炸和火灾。静电能量虽然不大，但因其电压很高而容易发生放电，如果周围存在易燃物质或者由易燃物质形成的爆炸性混合物，就有可能由静电火花引起爆炸或火灾。这种事故在炼油、化工、橡胶、造纸印刷、粉末加工等行业很容易发生。

2）电击。静电电击不是电流持续通过人体的电击，而是静电放电造成的瞬间冲击性的电击，一般不会直接使人致命，但很可能导致因静电电击而坠落的严重二次事故。

3）妨碍生产。在某些生产过程中，如不消除静电，将会妨碍生产或降低产品质量。如造成电子元器件的误动作或电子元器件的损坏。

（2）静电的防护措施

1）静电最为严重的危害是引起爆炸和火灾。因此，静电安全防护主要是对爆炸和火灾的防护。当然，一些防护措施对于防护静电电击和消除影响生产的危害也同样是有效的。

2）控制环境危险程度。对于爆炸性混合物较多的场所，可以采取减少氧化剂含量、取代易燃介质、降低爆炸性物质的浓度等措施控制爆炸和火灾危险性。

3）工艺控制。工艺控制是从工艺上采取适当的措施，限制和避免静电的产生和积累。常用的工艺控制方法有选用合适的工作服材料、降低摩擦速度或流速、增强静电的消散过程。

4）接地和屏蔽。接地是消除静电危害最常见的方法，可采取金属导体直接接地、导电性地面间接接地等方式，把设备上各部分经过接地极与大地连接。静电屏蔽是指用接地的屏蔽罩把带电体与其他物体隔离开，这样带电体的电场将不会影响周围其他物体。

5）增湿。增湿适用于绝缘体上静电的消除。随着湿度的增加，绝缘体表面上形成薄薄的水膜，它能使绝缘体的表面电阻大大降低，加速静电的泄漏。此方法常在纺织工业中用来消除纤维产生的静电。

6）静电中和器。静电中和器又叫静电消除器，它能将分子进行电离，产生等量的正、负离子，被送风装置吹到带电体上，与带相反电性的静电进行中和从而达到消除静电的目的，通常用于中和非导体上的静电。按照工作原理和结构的不同，静电中和器大体上可以分为感应式中和器、高压式中和器、放射线式中和器和离子风式中和器。

7）抗静电添加剂。抗静电添加剂是化学药剂，具有良好的导电性或较强的吸湿性，因此，在容易产生静电的高绝缘材料中，加入抗静电添加剂能够降低材料的电阻，加速静电的泄漏。

（3）防静电产品

防静电产品种类很多，在各行各业有着广泛的应用，主要应用于大规模集成电路洁净车间、电子仪器制造车间、军火及易燃易爆的场所、石油化工车间、计算机机房、各类通信机房、医院手术室、麻醉室、氧吧间及其他管线敷设比较集中的场所。常见的防静电产品有静电安全工作台、防静电工作服、防静电腕带、防静电手套等如图1-12所示。

2.雷电防护

雷电是一种自然现象，是一部分带电荷的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间的迅猛放电（如图1-13所示），这种迅猛的放电过程产生强烈的闪电并伴随巨大的声音，当然，云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人畜没有太大的影响，然而，云层对大地的放电则对建筑物、电子电气设备和人畜危害很大。

（1）雷电的种类

造成危害的雷电主要有直击雷、感应雷和球雷3种类型。

1）直击雷。直击雷是带电积云接近地面到一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。直击雷的每次放电还有先导放电、主放电、余光3个阶段，大约50%的直击雷有重复放电特征，一次直击雷的全部放电时间一般不超过500ms。

2）感应雷。感应雷也称为雷电感应，分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷是由于带电积云在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大量电荷，在带电积云与其他客体放电后，感应电荷失去束缚，以大电流、高电压冲击波的形式，沿线路导线或导电凸出物极快地传播。电磁感应雷是由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场，在邻近的导体上产生很高的感应电动势。

3）球雷。球雷是雷电时形成的发出橙光、红光或其他颜色光的火球。球雷出现的概率约为雷电放电次数的2%，其直径多为20cm左右，运动速度约为2m/s或更高一些，存在时间为数秒钟到数分钟。球雷是一团处在特殊状态下的带电气体。在雷雨季节，球雷可能从门、窗、烟囱等通道侵入室内。

（2）雷电的参数

雷电参数是防雷设计的重要依据之一，雷电参数是指雷暴日、雷电流幅值、雷电流陡度、冲击过电压等电气参数。

1）雷暴日是与雷电活动频繁程度相关的参数，采用雷暴日为单位，在一天中只要能听到雷声就算一个雷暴日。一般用年平均雷暴日数来衡量雷电活动的频繁程度，单位为d/a。雷暴日数越大，说明雷电活动越频繁，山地雷暴日约为平原的3倍。我国把年平均雷暴日不超过15d/a的地区划为少雷区，超过40d/a的地区划为多雷区，在防雷设计时，应考虑当地雷暴日条件。

2）雷电流幅值是指主放电时冲击电流的最大值，其值可达数十至数百千安。

3）雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度，雷电流冲击波波头陡度可达50kA/μs，平均陡度约为30kA/μs，雷电流陡度越大，对电气设备造成的危害也越大。

4）雷击时的冲击过电压很高，直击雷冲击电压可高达数千千伏。

（3）雷电的危害

由于雷电具有电流很大、电压很高、冲击性很强的特点，有多方面的破坏作用，且破坏力很大。就其破坏因素来看，雷电主要具有电性质、热性质和机械性质3方面的破坏作用。

1）电性质的破坏作用表现在数百万伏乃至更高的冲击电压，可能毁坏发电机等电气设备的绝缘，造成大规模停电。

2）热性质的破坏作用表现在巨大的雷电流通过导体，在极短的时间内转换成大量的热能，导致物品的燃烧和金属熔化、飞溅，从而引起火灾或爆炸。

3）机械性质的破坏作用表现在巨大的雷电通过被击物时，在被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，致使被击物破坏和爆炸。

（4）雷电的防护

避雷针（如图1-14所示）、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器（如图1-15所示）都是经常采用的防雷装置，一套完整的防雷装置包括接闪器、引下线和接地装置，上述的避雷针、避雷线、避雷网、避雷带都只是接闪器，而避雷器是一种专门的防雷装置。

● 避雷针一般用镀铸圆钢或钢管制成，分独立避雷针和附设避雷针，主要用来保护露天变电设备、建筑物和构筑物。

● 避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线，主要用来保护电力线路。

● 避雷网和避雷带（如图1-16所示）用镀铸圆钢或扁钢制成，主要用来保护建筑物。

● 避雷器并联在被保护设备或设施上，正常时处在不通的状态，出现雷击过电压时，击穿放电，切断过电压，发挥保护作用。过电压终止后，避雷器迅速恢复不通状态，恢复正常工作。避雷器主要用来保护电力设备和电力线路，也用作防止高电压侵入室内的安全措施。