高电压技术讲解（下）(4)

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电流从头部流过两脚，则它将经过脑部（包括呼吸中枢）和胸部（包括心脏）。显然它的呼吸中枢暂时麻痹，因而需要人工呼吸。但心脏必须一直跳动，否则就不能复活了。

例二 实验者的勇气

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1、富兰克林在刚充满电的电容器上触过一次电：“好象从头到脚全身挨了一击，跟着躯干很快的猛烈颤抖，几秒钟之后这种现象才逐渐消失”。电流路径是从一只手到另一只手。

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2、诺勒特神父布置了一场向180名卫兵放电的把戏，所有士兵同时向上一跳，动作整齐得像一个人。后来增加到700人。

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3、李赫曼教授受到从头到脚的一次雷击放电，立刻死亡。

4、实验告诉人们：雷击导致人死亡的最直接的原因是心室纤维性颤动和呼吸停止。

直接雷击

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参加足球赛的两名正并排站着相互盯着对方时遭到雷击，电流从头部流到脚，虽然在两人身上都未发现烧灼痕迹，但在他们身体相邻侧留有树枝状电花图。救治无效，两人死亡。

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电花图没有任何迷信色彩，其原因是雷电流通过人体向大地泄放时，在人体表面发生了沿面放电而使人体上流下电花图。当身体和衣服之间发生闪络时，雷电流使皮肤上的水分和汗液变为蒸汽，如果衣服穿得紧，蒸汽的压力会把衣服撕破。

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雷直击人是危险的，但不一定致命，应救治受伤者。

旁侧闪络

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1、一个士兵骑车经过一棵树时被雷击中，他回忆当时的情景说：好象挨了一拳恨击，他看见一道火光从树向他射过来，自行车把带了电。他的皮肤完好无损，没有烧伤的痕迹。

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2、七个儿童在帐篷里避雨时，帐篷柱子被雷击中。五个幸存者都没反映受伤，但死亡的两个儿童左脸以及身体上都有烧伤的地方，在他们的小脚趾上都有电流流过的痕迹。 3、旁侧闪络是由于人与雷电流泄放通道之间的电位差较高，引起气隙击穿造成的。

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接触电压

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两个妇女正在一棵高大的云杉树下避雨，闪电突然击中了那棵大树，当时一个人是背靠树站着，她的衣服并未损坏，但在头右边有4厘米╳4厘米一块头发被烧焦了，变成了灰色。在这块皮肤中有像擦伤的痕迹。在树干上树皮被烧坏很长的一条，长度是从树顶开始一直到离地约158厘米的地方，正与死者身高相同。另一个妇女当时正用右手

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扶着那棵树，她仅失去知觉十到十五分钟，她的下肢有两三个小时不会动而且没有知觉，她的身体以及脚上有烧伤，经过治疗，两天以后就出院了。

跨步电压 ?

法国的一个教堂正值做礼拜时遇到了雷击，所有站在礼拜堂中潮湿石板上的人都跌倒了，有几分钟的光景站不起来，下肢好象瘫痪了一样。而那些站在唱诗班席中橡木地板上的人都安然无恙。 小结

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雷电是一种自然现象，没有任何迷信色彩。

雷害可以预防，雷击人最严重的情况是直接雷击，但不一定致命，应该对受伤者救治。防止接触电压和旁侧闪络伤害的最好方法是不要靠近容易引雷的物体。防跨步电压伤害的办法是雷雨天避雨时双脚并拢。

我国建筑物防雷的发展历程

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1、古人对建筑物防雷的探索 2、建国初期的防雷方法 3、亡羊补牢、古建防雷 4、防雷研究的序幕 5、重大工程的防雷

6、今后建筑物防雷的发展方向

古人对建筑物防雷的探索

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中国人对建筑物防雷的探索最早可追溯到12世纪，较能说明问题的一例是现存的岳阳慈氏塔。

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就理论而言，汉朝的王充曾对雷电现象作出过解释并批判了迷信做法。

中国古代虽有较强的防雷意识并做过一些技术上的尝试，但毕竟没有大的突破。 1750年，富兰克林取得重大突破，证实雷是电现象。

建国初期的防雷方法

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建国初，大多数工程均按照日本的45度到60度保护角确定避雷针的保护范围，接闪器采用三叉小针。

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五十年代初，我国引进苏联技术，采用抛物线和折线计算保护范围，用铁管或镀锌圆钢作接闪器。

六十年代以前，我国没有建筑物防雷设计规范。

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亡羊补牢，古建防雷

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1957年北京发生两起雷击事故：7月6日，明十三陵长陵棱恩殿遭受雷击，劈掉西部吻

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兽，劈裂两根直径1.17米、高14.3米的大楠木柱子，死一人，伤三人；7月8日，中山公园内一棵大树落雷，感应电流经附近的配电线路传到中山公园音乐堂，并引起大火，烧毁配电室、舞台和观众厅大顶棚。

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在给古建筑安置避雷装置时，我国首次采用了避雷带 的防雷方式。

1958年9月，原建工部设计局在武汉召开了“全国电气设计人员交流大会”，拉开了我国防雷研究的序幕。

防雷工程的序幕

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重大工程的防雷

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1958年，人民大会堂工程率先采用笼式避雷网并进行了彻底的等电位联结。把笼式避雷网应用于工程实际，这恐怕在国内外均属首次。

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深圳国际贸易中心高160米，采用笼式避雷网。 终于电视塔405米，也采用笼式避雷网

笼式避雷网即能满足外部防雷系统的要求，也能满足内部防雷系统的要求，它能实现良好的等电位、分流、屏蔽和接地效果，是较为完善的防雷系统。

今后建筑物防雷的发展方向

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利用建筑物、结构物的钢筋作笼式防雷网能够满足外部防雷装置和内部防雷装置的需要，作为全面防雷来说将是今后发展的重点。

建筑物防雷的六大要素：接闪功能、分流影响、屏蔽作用、均衡电位、接地效果和合理布线。

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网络防雷

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(1）雷电波形：一般来讲，我们用1.2/50μs的波形来表示雷电的电压波形，而常用8/20μs来表示雷电电流波形。比如讲到防雷产品时经常要提到电源防雷器要能承受 8/20μs 20kA的冲击（见有关国家标准和国际标准），指的就是T1=8us,T2=20μs I=20 KA。用了8微秒电流峰值即达20KA。1微秒内电流增加2.5千安培。这是一个惊人的数字。用数学语言来讲就是平均陡度di/dt非常大。

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（2）如何防护：既然雷电对线路的感应是造成设备损坏的最重要的原因，那么在线路中加装设备对瞬态过电流、过电压进行抑制就可以了，这种设备我们就称其为避雷器，或称浪涌抑制器、防雷保安器等，下面就称其为避雷器。由于雷电感应主要是通过供电线路和各种信号线破坏设备的，因此对计算机信息系统的防雷保护主要地是合理地加装电源和信号避雷器。

例1：某信息系统防雷

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首先让我们来看看其系统配置：供电系统埋地入户，进入开关柜，分出来一路供应UPS，并由UPS供给位于各层的电子设备使用。楼内包括计算机中心机房、程控交换机房、及无线通信设备。不用说，所有这些设备都要有电源供应，因此，在总电源处加装电源避雷器。按照有关标准的一般要求，必须在0区、1区、2区分别加装避雷器（0区、1区、2区是按照雷电出现的强度划分的），因此在设备前端分别加装多级保护集成为一体的串联型避雷器（多级集成型），以最大限度地抑制雷电感应的能量。同时，计算机中心的MODEM、路由器、甚至HUB等都有线路出户，这些出户的线路都应视为雷电引入通道，因此都应加装信号避雷器。

二、雷电参数

1、雷电流：雷击低接地电阻被击物时流过被击物的电流。我国测得的最大雷电流幅值为300千安。

2、雷暴日（小时）：一年中有雷的天（小时）数，用此来描述一个地区雷电活动的强弱。

3、地面落雷密度：每一雷暴日、每平方公里的地面落雷的次数。 §5.2避雷针、避雷线的保护范围

引言：直击雷的防护采用避雷针或避雷线等装置。200多年前，富兰克林通过观察发现旷野中的孤树常遭到雷击，而树下的低矮植物却能幸免于难，于是，他设想如果在地球的表面立起一个足够高的针体的话，地球上的万物就会得到保护。于是、他发明了避雷针。富兰克林避雷针要求要有足够的高度、要是尖体、但不要求接地电阻的大小。后来、罗蒙诺索夫提出新型的避雷针，要求要有足够的高度、要有足够小的接地电阻、但不要求是尖体。这两种避雷针现在都有应用，我国国家标准中推行的避雷针是罗蒙诺索夫避雷针。避雷针的工作原理：歪变了空间电场、引雷于自身、使周围的物体得到保护。

避雷针的实质是引雷装置 ！中科院兰州高原大气物理所进行了人工火箭引雷试验：在1996年6月4日于南昌做的一次空中触发闪电中，他们无意中将火箭发射架放得离引流杆较远，结果引下的闪电没有以引流杆为接地点，而是打到发射架附近的地面上。这一闪电共有10个回击，由于没有安排良好的接地，在整个放电过程中闪电的击地点在随风平行移动。在后两次触发中，火箭发射架放得靠近引流杆，因而闪电都以引流杆为接地点。结果在闪电过程中，尽管闪道也因风和湍流而移动和改变形状，但其接地点却始终牢牢地固定在接地良好的引流杆顶端。这一试验事实很好地说明了避雷针确有“引雷区域”存在，也说明了为使避雷装置起到预期的作用，良好的接地是十分重要的。

一个独立避雷针由接闪器、接地引下线和接地装置组成。接闪器是指避雷针最上端1~2m长的一段，一般由直径不小于12mm的圆钢或直径不小于20mm的焊接钢管制成。接地引下线是连接接闪器和接地装置的一段导体，采用直径不小于8mm的圆钢或截面积不小于48mm2、厚度不小于4mm的扁钢制作。接地装置是接地体和接地线的总和，是为了降低接地电阻而完成的接地整体。接地体包括垂直接地体和水平接地体，垂直接地体

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一般采用长度为2.5m的角钢、钢管或圆钢，埋地深度不小于0.5m，两垂直接地体之间的间距不小于5m；水平接地体采用扁钢或圆钢用于连接垂直接地体，采用扁钢时截面积不小于100mm2、厚度不小于4mm，采用圆钢时截面积不小于10mm。既然避雷针的实质是引雷装置，所以接闪器没有必要作得很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。

早期科学家是用观测法和几何法来确定避雷针的保护范围的。1777年5月15日，伦敦附近普夫里特镇的一座火药库因雷击而轻微受损。该库的避雷针是由包括富兰克林在内的一个委员会设计的。在出事之后却发现防雷装置完好无缺。 避雷针的保护比d/h小于1.63。这似乎是第一次观察到避雷针保护效能的局限性。直到1855年，避雷针的各种保护比值变化于0.125～9.0之间。用几何方法来解决保护区的问题基于这样一种概念：闪电进展到某一点时，如该处的避雷针构成了一个入地的最短通道，则雷电将优先打在避雷针上而不打在地面上。从多高距离上可以发生这种雷击的问题用几何的办法算出。根据几何法得到的避雷针的保护范围被普遍接受的是“避雷针的保护范围是一个圆锥形空间，其高等于避雷针的长度，其底面为半径等于针高的圆，其边长等于以针高为半径的圆周的四分之一。”实验科学的发展为避雷针保护范围的研究工作起到了事半功倍的作用。早期科学家在实验室通过把接地的棒形电极放在组成长间隙的另一电极之下，看棒的底部周围哪些面积不受雷击的方法，来探求避雷针的吸引作用。在实验室通过模拟试验并结合运行经验，人们得到了避雷针的折线法保护范围。这种避雷针保护范围的计算方法现在依然在采用。但由于雷电路径会受到很多偶然因素的影响，因此要保证被保护设备绝对不受雷击是不现实的，一般保护范围是指具有0.1%左右雷击概率的空间范围而言，此雷击概率是可以接受的。由于折线法保护范围不能很好地解释雷电侧击现象，所以现在很多标准中给出避雷针的保护范围计算方法是滚球法。滚球法就是以hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位时，则该部分就得到接闪器的保护。其中定义hr为滚球半径，即雷电先导每段发展的平均长度，雷电流幅值越高、每段先导发展的平均距离越长。

?第一类防雷建筑物的滚球半径是

30m，对应的雷电流幅值为5.7 KA；第二类防雷建筑

物的滚球半径是45m，对应的雷电流幅值为10.5 KA；第三类防雷建筑物的滚球半径是60m，对应的雷电流幅值为16.1KA。其含义是：对于第一类防雷建筑物雷电流幅值超过5.7 KA、先导平均距离超过30 m的雷都能得到避雷针的拦截，雷不直击在建筑物上；对于第二类防雷建筑物雷电流幅值超过10.5 KA、先导平均距离超过45 m的雷都能得到避雷针的拦截，雷不直击在建筑物上；对于第三类防雷建筑物雷电流幅值超过16.1KA、先导平均距离超过60 m的雷都能得到避雷针的拦截，雷不直击在建筑物上。但雷电流幅值低于上述值的雷可能直击建筑物。 一、避雷针的保护范围 1、单支避雷针

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