雷電與防護(hù)技術(shù)肖穩(wěn)安南京信息工程高校電子工程系2005年8月18日

雷電與防護(hù)技術(shù)概論夏季，在大氣中常常發(fā)生伴有巨大隆隆爆炸聲的猛烈閃光現(xiàn)象、即雷電現(xiàn)象。它是“國際十年減災(zāi)”統(tǒng)計(jì)的最嚴(yán)峻的十大災(zāi)難之一。雷電現(xiàn)象有那些表現(xiàn)形式？大氣中的雷電是如何產(chǎn)生的？雷電流的特征是什么？它是怎樣危害人的生命和財(cái)產(chǎn)的？能否阻擋雷電對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)的損害？雷電防護(hù)的方法有哪些？如何檢查雷電防護(hù)的有效性？能否阻擋雷電對(duì)人的生命和財(cái)產(chǎn)的損害？雷電是雷雨云之間或云地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，具有大電流、高電壓、強(qiáng)電磁輻射等特征。雷電作為影響人類活動(dòng)的十大自然災(zāi)難之一，不僅會(huì)造成人員傷亡，也會(huì)給國防、航空、通訊、電子、化工、石油等行業(yè)造成嚴(yán)峻經(jīng)濟(jì)損失。一雷電的形成和分類雷電的形成大氣中存在著電場人們都知道地球有磁場，人們生活在無處不在的地球磁場中,人的睡眠、電子設(shè)備受其影響，日常生活中常?？梢砸暡斓剑涸诮烫玫募忭斏稀O船的桅桿上、或高壓電線上有淡紫色光覆蓋，可以聽到磁磁聲，嗅到臭氧及氧化氮味道，它是一種尖端放電，發(fā)生在帶電場曲率半徑最小的表面位置旁邊，事實(shí)上產(chǎn)生這種狀況的緣由是大氣中存在著電場,并且很不勻整。雷電的形成通過長期考察：大氣中總是含有大量氣體正、負(fù)離子，大氣具有微弱導(dǎo)電性。這些帶電粒子的生成、運(yùn)動(dòng)和不同帶電離子的分別、聚集使大氣顯電性、產(chǎn)生大氣電場、電流，導(dǎo)致雷電的產(chǎn)生。實(shí)際測量表明：各地地面大氣電場強(qiáng)度是因時(shí)、因地而異。由此可知，大氣電場不唯一確定于地球帶電，還與空間電荷分布有關(guān)。1、大氣帶電粒子的形成

大氣：由物理性能不同的暖層（電離層）、中間層、平流層、對(duì)流層組成。雷電發(fā)生在10Km以下的對(duì)流層。低層大氣帶電離子的形成對(duì)的雷電發(fā)生有著重要作用。-53°C積雨云高緯度地區(qū)的對(duì)流層頂高山低緯度地區(qū)的對(duì)流層頂10009008007006005004003002001009080

70605040302010臭氧層貝母云無線電探空氣球17°C-3°C無線電波夜光云-113°C-83°CD層F層E層人造地球衛(wèi)星宇宙火箭極光流星17°C外大氣層熱層中層平流層對(duì)流層

大氣中放射性物質(zhì)輻射的射線

宇宙射線

波長小于1000A的紫外線

閃電、火山爆發(fā)、森林火災(zāi)、塵暴和雪暴

火箭、飛機(jī)、工廠產(chǎn)生的離子

大氣帶電粒子形成的電離源：2、大氣電流的產(chǎn)生事實(shí)上，除電離源產(chǎn)生的正負(fù)離子對(duì)外，有云、霧、降水，樹枝、花草、尖端放電產(chǎn)生的電荷，火山爆發(fā)、沙暴、雪暴、輸電線路電暈放電、工廠排煙釋放的帶電離子等等。受電場、重力、對(duì)流等因素的非對(duì)稱作用，大氣中各處，正、負(fù)電荷分布不勻整，使任何局部空間都不是中性，顯示有凈的體電荷分布。大氣分子被射線電離大氣電離子。大氣電離子隨時(shí)間的移動(dòng)而變更，使大氣電離子的空間分布不勻整。若同一濃度分布區(qū)正、負(fù)離子勻整分布，混合在一起，宏觀大氣不顯電性。3、云霧和雷雨云的起電學(xué)說：云內(nèi)起電機(jī)制（云如何帶電）是弄清礎(chǔ)雷電如何產(chǎn)生的重要科學(xué)課題，得到了眾多大氣物理學(xué)家的關(guān)注，先后提出幾十種云內(nèi)起電機(jī)制的理論，但任何一種理論都不能完善地說明全部云荷電的實(shí)際觀測結(jié)果。把這些理論概括起來可以分成兩類：一是云霧粒子起電；二是雷雨云起電。?一是云霧粒子起電機(jī)制

對(duì)于云霧粒子，云內(nèi)的上升氣流很弱，云內(nèi)起電主要是云霧大氣內(nèi)的離子擴(kuò)散引起和云滴選擇性吸附大氣離子引起的。（1）基本假定

云霧大氣中存有大量大氣正、負(fù)離子，其中大氣正、負(fù)輕離子的尺度小、重量輕，具有較高的離子遷移率，成為大氣離子由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散的主體。（2）荷電機(jī)制

如圖，單個(gè)云霧粒子，其表面處大氣正、負(fù)輕離子濃度為零，而離云霧粒子稍遠(yuǎn)處有大氣正、負(fù)輕離子濃度的平均值，于是在離云霧粒子很近的大氣中大氣正、負(fù)輕離子濃度具有徑向分布，從而形成大氣正、負(fù)輕離子向云霧粒子擴(kuò)散的物理過程，并使云霧粒子荷電。稱為大氣正、負(fù)離子擴(kuò)散起電機(jī)制。大氣粒子擴(kuò)散起電⊕一⊕⊕一⊕一

云滴

粒子濃度小

粒子濃度大一一一一一⊕⊕⊕?積雨云的起電機(jī)制雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層或者帶電的云層與大地之間迅猛的放電。這種迅猛的放電過程產(chǎn)生猛烈的閃光并伴隨巨大的聲音。雷電與帶電的云層存在分不開，人們通常把發(fā)生閃電的云稱為雷雨云。事實(shí)上與閃電有關(guān)的云有多種，例如層積云、雨層云、積云、積雨云等，但最重要的是積雨云，人們通常提到的總是指積雨云。（3）目前比較流行的幾種積雨云起電學(xué)說假定：降水粒子（大粒子）和云粒子（小粒子）在受到外電場的作用而極化，由于降水粒子遠(yuǎn)大于云粒子，降水粒子向下運(yùn)動(dòng)，云粒子向上運(yùn)動(dòng)。機(jī)制：當(dāng)它們相遇發(fā)生碰撞時(shí)可以交換電量。假如電場垂直向下，則粒子上半部極化為負(fù)電，下半部極化為正電。當(dāng)它們接觸時(shí)，降水粒子正電荷與云粒負(fù)電荷相交換，最終導(dǎo)致降水粒子帶負(fù)電，云粒子帶正電，通過重力分別機(jī)制，荷正電荷的云粒子向云的上部運(yùn)動(dòng)，荷負(fù)電荷的降水粒子向云的下部運(yùn)動(dòng)，從而形成云中上部為正，下部為負(fù)的電荷中心。碰撞感應(yīng)起電機(jī)制云內(nèi)的放電原理5、雷擊過程當(dāng)天空中有雷雨云的時(shí)候，因雷雨云帶有大量的電荷，由于靜電感應(yīng)的作用，雷雨云下方的地面和地面上的物體都帶上了與雷雨云相反的電荷，當(dāng)雷雨云與地面之間的電壓高到確定的時(shí)候，雷雨云與地面上突出的物體之間就會(huì)出現(xiàn)放電。閃電的初始擊穿：在有積雨云存在的大氣中，積雨云的下部有一負(fù)電荷中心與其底部的正電荷電荷中心旁邊局部地區(qū)的大氣電場達(dá)到3103v/cm左右時(shí)，則負(fù)、正電荷之間的云霧大氣會(huì)被擊穿，負(fù)電荷向下中和掉正電荷，這時(shí)從云層下部到云底部全部為負(fù)電荷區(qū)。先導(dǎo)注流：

隨大氣電場的進(jìn)一步加強(qiáng)，進(jìn)入起始擊穿的后期，電子與空氣的分子發(fā)生碰撞，形成天空中帶電的雷雨云的云粒（或水成物）向地面延伸，在雷雨云下形成從云層向下的流光，表現(xiàn)為一條暗淡的光柱，即先導(dǎo)注流。也叫注流先導(dǎo)，如右圖。閃電通道：注流先導(dǎo)不斷地向地面發(fā)展過程是一電離過程，在電離過程中生成成對(duì)的正、負(fù)離子，其正離子被云中向下輸送的負(fù)電荷不斷中和,從而形成多枝狀的充溢負(fù)電荷（對(duì)負(fù)地閃）的通道，其中有一枝是充溢負(fù)電荷（對(duì)負(fù)地閃）的主通道，稱為電離通道或閃電通道，簡稱為通道。雷擊：分枝狀的放電主通道到達(dá)地面，或與大地放電迎面會(huì)合以后，就形成云層到地面的全程（雷擊放電通道）放電，這就是雷擊。閃電通道的特征：在雷擊放電通道中，雷雨云與大地之間凝合著大量的電荷，通過在放電先導(dǎo)所開拓的狹小電離通道（雷擊放電通道）中發(fā)生猛烈的電荷中和，釋放出大量的能量，以至在雷擊放電通道中產(chǎn)生萬度的高溫并發(fā)出猛烈的閃光和響徹云霄的雷鳴，在雷擊中，雷擊點(diǎn)有巨大的雷電流流過。梯(級(jí)）式先導(dǎo)：先導(dǎo)注流起先產(chǎn)生時(shí)，是不連續(xù)的，表現(xiàn)為一個(gè)一個(gè)的脈沖相繼向前發(fā)展，其平均速度也約為105-06m/s，各脈沖間隔約為30—90s，先導(dǎo)注流接著向地面發(fā)展，呈現(xiàn)為一條暗淡的光柱像梯級(jí)一樣逐級(jí)伸向地面，稱之為梯（級(jí)）式先導(dǎo)。連接先導(dǎo)：當(dāng)具有負(fù)電位的梯式先導(dǎo)到達(dá)地面旁邊，離地約5-50m時(shí)，可形成很強(qiáng)的地面大氣電場，使地面的正電荷向上運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生從地面向上發(fā)展的正流光，這就是連接先導(dǎo)。連接先導(dǎo)大多發(fā)生與地面凸起物處?；?fù)簦寒?dāng)梯級(jí)先導(dǎo)與連接先導(dǎo)會(huì)合，形成一股光明的光柱，沿著梯式先導(dǎo)所形成的電離通道由地面高速?zèng)_向云中，這稱為回?fù)簟＜较葘?dǎo)：緊接著第一閃擊之后，約經(jīng)過幾十毫秒的

時(shí)間間隔，形成其次閃擊，這時(shí)又有一條平均長度為50

m的暗淡光柱，沿著第一閃擊的路徑由云中直沖地面，這

種流光稱為箭式先導(dǎo)。箭式先導(dǎo)是沿著預(yù)先電離了的路徑通過的，它沒有梯式先導(dǎo)的梯級(jí)結(jié)構(gòu)，箭式先導(dǎo)的傳播速度大于梯式先導(dǎo)的平均傳播速度，平均值為2.0106m/s，變更范圍為1.0106m/s-2.107m/s左右，箭式先導(dǎo)通道直徑變更范圍亦為1-10m左右。當(dāng)箭式先導(dǎo)到達(dá)地面旁邊時(shí)，地面又產(chǎn)生向上發(fā)展的流光與其會(huì)合，即產(chǎn)生向上的回?fù)簦砸还擅髁恋墓庵刂较葘?dǎo)的路徑由地面高速馳向云中。由箭式先導(dǎo)道回?fù)暨@一完整的放電過程稱為其次閃擊，其次閃擊的基本特征與第一閃擊是相同的，而以后各次閃擊的情況與其次閃擊的狀況基本相同。地閃常以多分叉的形式慢速向地面行進(jìn)，并在地面形成兩個(gè)或兩個(gè)以上的接地點(diǎn)高速攝像拍攝到的多接地點(diǎn)回?fù)舳纂姷姆诸?/p>

大量的觀測事實(shí)表明：大地被雷擊時(shí)，多數(shù)是負(fù)電荷從雷雨云向大地放電，稱之為負(fù)地閃；少數(shù)是正電荷從雷雨云向大地放電，稱之正地閃。在一塊雷雨云發(fā)生的多次雷擊中，最終一次雷擊往往是雷雨云上的正電荷向大地放電。依據(jù)閃電出現(xiàn)位置、形態(tài)、聲音

和危害分類空間位置晴天放電雷云閃電[云內(nèi)閃電云際閃電云地閃電線狀閃電（鏈狀）形狀[帶狀閃電（球狀）片狀閃電（球狀）[聲音有聲閃電無聲閃電相對(duì)建筑物[直擊雷側(cè)擊雷雷擊電磁脈沖(LEMP）依據(jù)閃電性質(zhì)分類依據(jù)先導(dǎo)和回?fù)舴较?，可把閃電歸納為以下八種常見的閃電類型：I：先導(dǎo)R：回?fù)魐：發(fā)展方向

云地間放電形成的先導(dǎo)若是從云層內(nèi)的電荷中心伸向地面，又稱之為向下先導(dǎo)。若是從地面伸向云層的，又稱之為向上先導(dǎo)；只沿著先導(dǎo)方向發(fā)生中和的閃電，稱之為無回?fù)糸W電。當(dāng)發(fā)生先導(dǎo)放電之后，還出現(xiàn)逆先導(dǎo)方向放電的現(xiàn)象，稱為有回?fù)糸W電。vlrllrrrvvv1bl1a2a3a4a2b3b4b第一類地閃(圖1a,1b)：具有向下先導(dǎo)和向上回?fù)?，云中?fù)荷電中心與大地和地物間的放電過程，具有負(fù)閃電電流，因此，簡稱為向下負(fù)先導(dǎo)負(fù)地閃；假如負(fù)先導(dǎo)不著地，則就無回?fù)?，此時(shí)只有圖1a所示的過程，云空放電。假如負(fù)先導(dǎo)著地，則就產(chǎn)生回?fù)簦瑢⒃浦械牟糠蛛姾尚狗诺酱蟮?，若該過程只一次為單閃擊閃電（圖1b），若重復(fù)多次為多閃擊閃電。

向下負(fù)先導(dǎo)負(fù)地閃（l–先導(dǎo)，r

-回?fù)?，v–發(fā)展方向）其次類地閃（圖2a，2b）：具有向上正先導(dǎo)的云中負(fù)荷電中心與大地和地物間的放電過程，具有負(fù)閃電電流。它又分下面兩種狀況：圖2a，先導(dǎo)帶正電向上，放電一般始于高聳的接地體（塔尖或山頂），具有向上正先導(dǎo)而無回?fù)?，簡稱為向上正先導(dǎo)連續(xù)負(fù)放電。圖2b，先導(dǎo)帶正電向上，和向下回?fù)簦Q之為向上正先導(dǎo)負(fù)地閃，假如其后有隨后閃擊，稱之向上正先導(dǎo)多閃擊負(fù)地閃。2a2b

向上正先導(dǎo)負(fù)地閃（l–先導(dǎo)，r

-回?fù)?，v–發(fā)展方向）2a2b

第三類地閃（3a，3b）：

云中荷正電，具有向下正先導(dǎo)和向上回?fù)?，云中正電荷中心與大地和地物間放電過程，具有正閃電電流，簡稱為向下正先導(dǎo)正地閃。圖3a，向下正先導(dǎo)不著地，于是產(chǎn)生云空放電過程。圖3b，向下正先導(dǎo)著地，引起向上回?fù)?，泄放云中的正電荷到大地，這一類在山地區(qū)少見，在湖邊?？梢姷?。

向下正先導(dǎo)正地閃（l–先導(dǎo)，r

-回?fù)?，v–發(fā)展方向）

第四類地閃（4a，4b）：云中荷正電，具有向上負(fù)先導(dǎo)的云中正電荷中心與大地和地物間的放電過程，具有正閃電電流。圖4a，向上先導(dǎo)始于高聳的高層建筑的尖頂，這類地閃也有以有、無回?fù)舳譃锳型和B型。

A型地閃具有向上先導(dǎo)而無回?fù)舻姆烹娺^程，只是在先導(dǎo)后出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間約幾百毫秒，持續(xù)電流為幾百安的放電過程，簡稱為向上負(fù)先導(dǎo)正地閃。

B型地閃具有向上先導(dǎo)和向下回?fù)舻姆烹娺^程，簡稱向上負(fù)先-連續(xù)正電流閃電。向上正地閃多為單閃擊地閃。

向上負(fù)先導(dǎo)正地閃（l–先導(dǎo)，r

-回?fù)簦瑅–發(fā)展方向）云際放電：

當(dāng)帶有正負(fù)不同電荷的兩塊云之間的電場達(dá)到可擊穿強(qiáng)度時(shí)，在兩塊云之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。云內(nèi)放電：在同一塊云中，不同云區(qū)帶有正負(fù)不同的電荷，在正負(fù)荷電區(qū)之間的電場達(dá)到可擊穿強(qiáng)度時(shí)，在同一塊云中同樣可發(fā)生放電現(xiàn)象，此現(xiàn)象稱之為云內(nèi)放電。云地放電：發(fā)生在地層和大地之間的放電現(xiàn)象。枝狀閃電

片狀閃電

株?duì)铋W電

球形閃電：是最奇異、最罕見和最奇妙莫測的一種閃電，由拳頭般大小到足球那樣大的球形發(fā)光體所組成，活動(dòng)速度不大，可以看到移動(dòng)，它走的路徑極不規(guī)則，往往與風(fēng)向一樣，它出現(xiàn)時(shí)，常有尖哨聲或嗡嗡聲，有時(shí)會(huì)平穩(wěn)地消逝，但有時(shí)也會(huì)發(fā)生恐怖的爆炸。它消逝時(shí)，往往留下具有刺激性的輕煙霧。球形閃電存在的時(shí)間可由幾秒到幾分鐘，它能在一個(gè)地方停留一些時(shí)候，一面冒煙，一面發(fā)出火花，目前，國際上對(duì)于球形閃電也還沒有很完善的說明，科學(xué)家們?nèi)栽谔接懼小Ｇ驙铋W電球狀閃電連球狀閃電三雷電的活動(dòng)和雷電流特征雷擊產(chǎn)生的雷電流的大?。◤?qiáng)度）與地理位置、地質(zhì)條件、季節(jié)和氣象等很多因素有關(guān)。一般平原地區(qū)比山地雷電流大，正閃擊比負(fù)閃擊大，第一閃擊比隨后閃擊大,因此,雷電的活動(dòng)的時(shí)、空分布規(guī)律是描述雷電流特征的重要參數(shù)。探討資料表明：各次雷擊閃電電流大小和波形差別很大，尤其是不同種類放電差別更大。這說明雷電流的大小和雷電流的波形是描述雷電流特征的又一重要參數(shù)。云地間放電形成的先導(dǎo)是從云層內(nèi)的電荷中心伸向地面，這叫做向下先導(dǎo)，也可能是從接地體向云層推動(dòng)的向上先導(dǎo)，只沿著先導(dǎo)方向發(fā)生中和的閃電，稱為無回?fù)糸W電。當(dāng)發(fā)生先導(dǎo)放電之后還出現(xiàn)逆先導(dǎo)方向放電的現(xiàn)象，稱為有回?fù)糸W電。帶負(fù)電荷的雷雨云向大地放電為負(fù)閃擊，帶正電荷的雷雨云向大地放電為正閃擊，雷雨云對(duì)大地放電多為負(fù)閃擊，其電流峰值以20～50kA居多。通常一次雷電包括3～4次放電，一般是第一次放電的電流最大，正閃擊的電流比負(fù)閃擊的電流大，其電流峰值往往在100kA以上。雷電的活動(dòng)參數(shù)

雷暴的時(shí)間分布參數(shù)1．雷暴日表征不同地區(qū)雷暴活動(dòng)的頻繁程度，通常定義雷暴日、月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日等參數(shù)。（1）雷暴日：指該天發(fā)生雷暴的日子，即在一天內(nèi)，只要聽到雷聲一次或一次以上的就算一個(gè)雷暴日，而不論該天雷暴發(fā)生的次數(shù)和持續(xù)時(shí)間。雷暴日的統(tǒng)計(jì)通常分月雷暴日、季雷暴日和年雷暴日等?，F(xiàn)代探測雷電的主要方法主要有目測、照相、電場儀、閃電計(jì)數(shù)器、光譜儀、脈沖電壓記錄儀、衛(wèi)星閃電探測器、聲探測器、雷達(dá)探測等。

按年平均雷暴日數(shù)，地區(qū)雷暴日等級(jí)宜劃分為少雷區(qū)、中雷區(qū)、多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)。（GB50343-2012）1、少雷區(qū)：年平均雷暴日在25d及以下的地區(qū)2、中雷區(qū)：年平均雷暴日大于25d，不超過40d的地區(qū)3、多雷區(qū)：年平均雷暴日大于40d，不超過90d的地區(qū)4、強(qiáng)雷區(qū)：年平均雷暴日超過90d的地區(qū)

全國年雷暴日數(shù)分布圖

浙江省年雷暴日數(shù)分布圖雷電流的波形1、雷電流的波形

G電流（kA）/電壓（kV）μst20.11.00.90.5D極短時(shí)間

IB時(shí)間t1圖2-1波頭和波長時(shí)間的定義方法雷電過電壓波是持續(xù)時(shí)間極短的脈沖波主要參數(shù)：幅值、波頭時(shí)間、半值時(shí)間對(duì)于建筑防雷設(shè)計(jì)來說，一般是將雷擊分為首次和后續(xù)雷擊兩種狀況，并規(guī)定相應(yīng)的波形參數(shù)，詳見表2－2。

波形參數(shù)建筑物防雷類別第一類第二類第三類電流幅值Im（KA）200150100波頭時(shí)間t1(μs)101010波長（半幅值）時(shí)間t(μs)350350350總電荷Q（As）1007550表2-2（a）首次雷擊的雷電流波形參數(shù)

波形參數(shù)建筑物防雷類別第一類第二類第三類電流幅值Im（KA）505050波頭時(shí)間t1(μs)0.250.250.25波長（半幅值）時(shí)間t(μs)100100100表2-2（b）后續(xù)雷擊的雷電流波形參數(shù)

四雷電的危害雷電是指：云際（云層—云層）、云地（云層—大地）、云空（云層—晴空）之間迅猛的脈沖放電，產(chǎn)生猛烈的閃光，并半隨巨大的響聲，一種既可怖又壯麗的大氣物理現(xiàn)象。自然界這種強(qiáng)大的放電現(xiàn)象能夠通過各種途徑危害地面的物體。

雷電感應(yīng)雷電危害直擊雷靜電感應(yīng)雷電反擊電磁脈沖電磁感應(yīng)電效應(yīng)熱效應(yīng)機(jī)械效應(yīng)

雷擊燒毀樹木雷擊火災(zāi)燒毀房屋

近些年來，隨著信息處理技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大量電子設(shè)備正普遍地進(jìn)入各種建筑物內(nèi)，建筑物之間的信息交換與傳遞也日趨增加，這就使得雷電脈沖磁場的危害性變得越來越嚴(yán)峻。

雷電流不僅能產(chǎn)生脈沖磁場，而且也能產(chǎn)生脈沖電場，并能以電磁波的形式干脆輻射到電子設(shè)備中去，使電子設(shè)備受到干擾或被損壞。雷擊電流熱效應(yīng)使設(shè)備燒損的事例五建筑物的防雷分類和防雷愛護(hù)區(qū)建筑物的防雷分類和防雷愛護(hù)區(qū)是防雷工程設(shè)計(jì)中首先要考慮的重要內(nèi)容，然而它們又是兩個(gè)完全不同的概念。建筑物的防雷分類是為防止或削減雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財(cái)產(chǎn)損失，做到平安牢靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，在細(xì)致調(diào)查地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動(dòng)規(guī)律以及被愛護(hù)物的特點(diǎn)等的基礎(chǔ)上，依據(jù)建筑物的重要性、運(yùn)用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求具體探討防雷裝置的形式及其布置，而將建筑物進(jìn)行分類。防雷愛護(hù)區(qū)是依據(jù)雷電流沿放電通道和建筑物的防雷系統(tǒng)傳輸過程中，在其空間環(huán)境中產(chǎn)生的雷電電磁脈沖影響、干擾、損壞建筑物以及建筑物內(nèi)部的電子儀器設(shè)備的狀況和防雷設(shè)備的實(shí)力來劃分的。在不同的空間雷電強(qiáng)度是不同的，為防止或削減雷電對(duì)建筑物及建筑物內(nèi)部電子設(shè)備的危害，設(shè)計(jì)平安牢靠、經(jīng)濟(jì)合理的防雷措施，須要將愛護(hù)的空間劃分為不同的防雷愛護(hù)區(qū)。建筑物的防雷分類建筑物應(yīng)依據(jù)建筑物重要性、運(yùn)用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三類。第一類：1凡制造、運(yùn)用或貯存火炸藥及其制品的危急建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者。2具有0區(qū)或20區(qū)爆炸危急場所的建筑物。3具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危急場所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會(huì)造成巨大破壞和人身傷亡者。其次類：1國家級(jí)重點(diǎn)文物愛護(hù)的建筑物。2國家級(jí)的會(huì)堂、辦公建筑物、大型展覽和博覽建筑物、大型火車站和飛機(jī)場、國賓館，國家級(jí)檔案館、大型城市的重要給水泵房等特殊重要的建筑物。注：飛機(jī)場不含停放飛機(jī)的露天場所和跑道。3國家級(jí)計(jì)算中心、國際通信樞紐等對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有重要意義的建筑物。4國家特級(jí)和甲級(jí)大型體育館。5制造、運(yùn)用或貯存火炸藥及其制品的危急建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。6具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危急場所的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。7具有2區(qū)或22區(qū)爆炸危急場所的建筑物。8有爆炸危急的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。9預(yù)料雷擊次數(shù)大于0.05次/a的部、省級(jí)辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物以及火災(zāi)危急場所。10預(yù)料雷擊次數(shù)大于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。第三類：1省級(jí)重點(diǎn)文物愛護(hù)的建筑物及省級(jí)檔案館。2預(yù)料雷擊次數(shù)大于或等于0.01次/a，且小于或等于0.05次/a的部、省級(jí)辦公建筑物和其他重要或人員密集的公共建筑物，以及火災(zāi)危急場所。3預(yù)料雷擊次數(shù)大于或等于0.05次/a，且小于或等于0.25次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物或一般性工業(yè)建筑物。4在平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū)，高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物。0區(qū)：連續(xù)出現(xiàn)或長期出現(xiàn)或頻繁出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的場所。1區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)可能偶然出現(xiàn)爆炸氣體混合物的場所。2區(qū)：在正常運(yùn)行時(shí)不行能出現(xiàn)爆炸性氣體混合物的場所，或即使出現(xiàn)也僅是短時(shí)存在的爆炸性氣體混合物的場所。20區(qū)：以空氣中可燃性粉塵云持續(xù)地或長期地或頻繁地短時(shí)存在于爆炸性環(huán)境中的場所。21區(qū)：正常運(yùn)行時(shí)，很可能偶然地以空氣中可燃性粉塵云形式存在于爆炸性環(huán)境中的場所。22區(qū)：正常運(yùn)行時(shí)，不太可能以空氣中可燃性粉塵云形式存在于爆炸性環(huán)境中的場所，假如存在僅是短暫的。爆炸和火災(zāi)危急環(huán)境按釋放源及通風(fēng)條件防雷愛護(hù)區(qū)各種電子系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、通信設(shè)施、限制系統(tǒng)（通稱為信息系統(tǒng)）等對(duì)雷電過電壓的耐受實(shí)力很低，對(duì)雷電電磁脈沖干擾極為敏感。它們?cè)谠庥隼讚綦姶判?yīng)的侵害后，很簡潔受到壞，從而嚴(yán)峻地影響到信息系統(tǒng)的平安正常運(yùn)行。但是，雷電電磁脈沖在空間傳播是漸漸衰減的，尤其是遇到金屬網(wǎng)絡(luò)體或金屬平面物后，會(huì)有明顯的衰減。信息系統(tǒng)通常都安放在有有鋼筋骨架的現(xiàn)代化大樓內(nèi)，甚至是有特地的金屬屏蔽網(wǎng)的房屋內(nèi)，在這些不同空間，雷電電磁脈沖衰減特性不同，因此，出于防雷電電磁脈沖的目的，又考慮節(jié)約開支，常將建筑物須要愛護(hù)的空間劃分為多個(gè)不同的防雷愛護(hù)區(qū)（LPZ）。以及在愛護(hù)區(qū)之間的界面處如何進(jìn)行等電位連接。一．防雷愛護(hù)區(qū)的劃分被愛護(hù)空間被劃分防雷愛護(hù)區(qū)，通過建筑物的隔墻、房間和設(shè)備，用現(xiàn)有的金屬立面、鋼筋和金屬外殼等建立不同的愛護(hù)區(qū)，各愛護(hù)取的級(jí)別依據(jù)愛護(hù)區(qū)中雷電電磁脈沖的來確定，如下頁圖。LPZ0A：直擊雷非防護(hù)區(qū)，本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭遇到干脆雷擊和導(dǎo)走全部雷電流，本區(qū)內(nèi)的電磁場沒有衰減，屬完全暴露的未設(shè)防區(qū)。LPZ0B：直擊雷防護(hù)區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體很少遭到干脆雷擊，但本區(qū)內(nèi)電磁場沒有衰減，屬充分暴露的直擊雷防護(hù)區(qū)。（本區(qū)一般在外部防雷裝置接閃器愛護(hù)范圍之內(nèi)，從理論上本區(qū)不行能遭遇直擊雷，而事實(shí)上有這種可能）。LPZ1：第一屏蔽防護(hù)區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不行能遭到干脆雷擊，在本區(qū)內(nèi)全部導(dǎo)電部件上的雷電流比LPZ0區(qū)內(nèi)的雷電流進(jìn)一步減小。本區(qū)內(nèi)的電磁場因屏蔽措施而有所衰減。（本區(qū)一般指在鋼筋結(jié)構(gòu)的建筑物內(nèi)）。LPZ2：其次屏蔽愛護(hù)區(qū)：為了進(jìn)一步減小導(dǎo)體部件上的雷電流和電磁場而引入的后續(xù)雷電防護(hù)區(qū)。LPZn：第n屏蔽愛護(hù)區(qū)：須要進(jìn)一步減小雷擊電磁脈沖，以愛護(hù)敏感度水平高的設(shè)備的后續(xù)雷電愛護(hù)區(qū)。LEMPLEMPIntermediatefloorLPZ2LPZ3SEMPLPZ1LPZ0ALPZ1防雷分區(qū)概念電源系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)電源系統(tǒng)üüüü局部匯流排設(shè)備再次層屏蔽室內(nèi)次層屏蔽基礎(chǔ)接地極加強(qiáng)筋防雷等電位連接雷電流SPDü局部等電位過壓愛護(hù)器SPD空調(diào)裝置接閃系統(tǒng)LPZ0BMüLPZ0Büüü攝像機(jī)燈光插座“滾球半徑"R米LPZ0BLEMPüüLPZ防雷愛護(hù)區(qū)二．劃分防雷愛護(hù)區(qū)的實(shí)際意義：可以計(jì)算出各LPZ內(nèi)空間雷擊電磁脈沖的強(qiáng)度，以確認(rèn)是否須要實(shí)行進(jìn)一步的屏蔽措施?？梢源_定等電位連接的位置（一般是各LPZ區(qū)交界處）?？梢源_定在不同LPZ交界處選用電涌愛護(hù)器的具體指標(biāo)。可以選定敏感電子設(shè)備的平安放置位置。可以確定在不同LPZ交界面處等電位連接導(dǎo)體的最小芯線截面。（1）愛護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)免遭到雷電災(zāi)難；（2）把損害削減到最低程度。3、防雷原則：要供應(yīng)一條雷電（含電磁脈沖輻射）對(duì)地泄放且合理的低阻抗路徑，而不能讓其隨機(jī)性選擇放電通道。實(shí)質(zhì)上就是要限制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換。防雷的基本原則2、防雷目的：（1）嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)防雷的規(guī)范；

（2）統(tǒng)籌兼顧科學(xué)原則和經(jīng)濟(jì)原則。1、愛護(hù)對(duì)象：建筑物、設(shè)備、人三者要兼顧六現(xiàn)代防雷技術(shù)現(xiàn)代防雷技術(shù)的框架為使建筑物及其內(nèi)部設(shè)施免受雷電的干脆和間接危害，通常運(yùn)用避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等防直擊雷的危害；運(yùn)用信息系統(tǒng)中防雷電暫態(tài)沖擊的器件避雷器壓敏電阻、氣體放電管和雪崩二極管等防間接雷電侵入波的危害；屏蔽技術(shù)也是防止雷電電磁波侵入的重要方法。對(duì)于建筑物防雷愛護(hù)設(shè)計(jì)而言，包括接地在內(nèi)的的合理組合和設(shè)置這些防雷設(shè)備與器件，來構(gòu)成建筑物及其內(nèi)部設(shè)施的雷電防護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從建筑物外部和內(nèi)部兩個(gè)方面對(duì)雷電危害進(jìn)行有效地?cái)M制?，F(xiàn)代防雷技術(shù)的框架

內(nèi)部防雷現(xiàn)代防雷技術(shù)

外部防雷接閃接地等電位連接綜合布線屏

蔽過電壓保護(hù)1、接閃：

指在確定范圍內(nèi)出現(xiàn)的閃電（干脆雷）不能隨意選擇放電通道，而只能依據(jù)人們事先設(shè)計(jì)的防雷系統(tǒng)及規(guī)定通道將能量泄放到大地中去。接閃中要留意防感應(yīng)雷。接閃2、接閃裝置類型

（1）接閃桿（避雷針）早期富蘭克林獨(dú)創(chuàng)的避雷針就是一根磨尖的鐵棒（后來證明鐵棒不須要磨尖）、引下線和接地體。其功能就是主動(dòng)將閃電電流引入大地，也稱閃電引導(dǎo)器。（2）接閃線（避雷線）指供電線路上方架設(shè)的鋼線，其功能類同避雷針。（3）接閃帶（避雷帶）指建筑物頂上四周的金屬桿，其功能類同避雷針。（4）接閃網(wǎng)（避雷網(wǎng)）指用大小適中金屬網(wǎng)，將要愛護(hù)的對(duì)象包圍起來。通過接地體將雷電電流引入大地。接閃桿（避雷針）、接閃線(避雷線)、接閃帶（避雷帶）、接閃網(wǎng)（避雷網(wǎng)）是干脆接受雷擊的，統(tǒng)稱為接閃器。接閃器的分類：接閃桿（避雷針）接閃器的分類：接閃短桿（避雷短針）接閃器的分類：接閃帶（避雷帶）接閃器的分類：接閃線（避雷線）滾球在建筑物上的移動(dòng)軌跡建筑物防雷類別滾球半徑hr/m第一類防雷建筑物30第二類防雷建筑物45第三類防雷建筑物60各類防雷建筑物的滾球半徑滾球法確定避雷針愛護(hù)范圍的方法①單支避雷針的愛護(hù)范圍A、單支避雷針的高度不大于滾球半徑ds確定避雷針愛護(hù)范圍的確定方法如圖,其具體步驟如下：a、距地面ds處作一平行于地面的平行線；b、以避雷針的針尖為圓心，ds為半徑畫圓弧，該圓弧線交于平行線的A、B兩點(diǎn)；c、分別以A、B為圓心，hr為半徑畫圓弧，這兩條圓弧線上與避雷針尖相交，下與地面相切。再將圓弧與地面所圍面以避雷針為軸旋轉(zhuǎn)180，所得圓弧曲面圓錐體即為避雷針的愛護(hù)范圍.單支避雷針的愛護(hù)范圍單支避雷針的愛護(hù)空間域d、避雷針在hx高度的xx′平面上和地面上的愛護(hù)半徑：避雷針在高度為hx的平面xx’上的愛護(hù)半徑rx可確定為避雷針在地面上的愛護(hù)半徑r0,,可確定為

式中，ds為滾球半徑，h為避雷針的高度，hx為距平面x處的高度，rx在高度為hx處的愛護(hù)半徑，各量的單位均為m。B、單支避雷針的高度h＞ds的愛護(hù)范圍ds在避雷針部取高度為ds的一點(diǎn)代替避雷針針尖為圓心，其余的作圖步驟同h≤ds的狀況。當(dāng)h<ds時(shí)，避雷針的愛護(hù)范圍不再增大，并在其高出滾球半徑的部分，即h－ds部分，將會(huì)出現(xiàn)側(cè)向暴露區(qū)，在避雷針的該部分上將會(huì)遭到側(cè)面雷擊。h＞ds單支避雷針的愛護(hù)范圍DC2=OD2-OC2OD=hrOC=hr-hDC2=hr2-(hr-h)2=hr2-(hr2-2hr·h+h2)=hr2-hr2+2hr·h-h2

=2hr·h-h2

=h(2hr-h)單支接閃桿地面上的愛護(hù)半徑r0=AB=DC=h—接閃桿的高度；hr—滾球半徑；單枝接閃桿：DC2=OD2-OC2OD=hrOC=hr-hxDC2=hr2-(hr-hx)2=hr2-(hr2-2hr·hx+hx2)=hr2-hr2+2hr·hx-hx2

=2hr·hx-hx2

=hx(2hr-hx)-=hx—被愛護(hù)物的高度接閃桿在hx在高度的平面上的愛護(hù)半徑rx=義烏氣象保護(hù)范圍內(nèi)②雙支避雷針的愛護(hù)范圍OB2=OA2-AB2OA=OE=OF2+EF2OF=hr-hEF=D/2OA=(hr-h)2+(D/2)2OB2=(hr-h)2+(D/2)2-x2雙枝等高接閃桿：單根接閃線：-當(dāng)h小于hr且大于hr時(shí)，愛護(hù)范圍最高點(diǎn)的高度h0=2hr-h接閃線在hx高度的平面上的愛護(hù)寬度bx=當(dāng)無法確定弧垂的狀況下，當(dāng)?shù)雀咧еg的距離小于120m時(shí)，架空接閃線中點(diǎn)的弧垂宜接受2m，距離120m—150m時(shí)宜接受3m。建筑物防雷類別接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸（m）專設(shè)引下線間距

（m）第一類防雷建筑物≤5×5或≤6×412第二類防雷建筑物≤10×10或≤12×818第三類防雷建筑物≤20×20或≤24×1625接閃網(wǎng)格尺寸和專設(shè)引下線間距：接地

接地就是讓已經(jīng)進(jìn)入防雷系統(tǒng)的閃電電流順當(dāng)?shù)亓魅氪蟮兀荒茏尷纂娔芰考性诜览紫到y(tǒng)的某處對(duì)被愛護(hù)物體產(chǎn)生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避開發(fā)生反擊。是整個(gè)防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)。接地裝置要求：人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m，并宜敷設(shè)在當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵?，其距墻或基礎(chǔ)不宜小于1m。接地體宜遠(yuǎn)離由于燒窯、煙道等高溫影響使土壤電阻率上升的地方。人工鋼質(zhì)垂干