建筑物雷电的绕击机理分析及其应对措施

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1、建筑物雷电的绕击机理分析及其应对措施 建筑物雷电的绕击机理分析及其应对措施 摘要：利用作图法对雷电闪络数学模型进行分析，阐述雷电绕击现象产生的机理，同时结合目前防雷行业的执行标准，导出第一、二、三类防雷建筑物产生绕击的雷电流幅值分别为5.4KA、10.1KA、15.8KA，同时对雷电的绕击现象提出1、保持空气介质均匀2、降低接地电阻值3、减少绕击暴露面4、提高接闪器高度等工程应对措施，以减小雷电绕击现象产生的概率，从而提高雷电防护效果。 关键词：雷电 绕击 应对 措施 引言 在现代社会里，雷电灾害越来越频繁，人们同时也意识到防雷的重要性，对防雷的认识也在逐步加深。可是有的时候我们发现安装了合格

2、的防雷装置后，在保护空间内的物体还是会被雷电直接击中，特别是架空高压线路在安装防雷装置后遭受雷击的事故屡见不鲜，这大大打击了人们对防雷效果的信心。 我们通常所谓的雷击是指局部带电的云层与另一局部带异种电荷的云层，或者是带电的云层与大地之间出现电位差，当差值到达可以击穿两者之间的距离时而出现的瞬间迅猛放电的过程。而雷电绕击那么不难理解，它是带电云层绕过防雷接闪器后，通过另外的放电渠道而击中被保护物的现象，上面我们提到的就是属于雷电的绕击现象。 1雷电绕击现象的机理分析 1.1 雷电闪络数学模型的引入 产生雷电绕击现象的因素与避雷针保护范围的计算有关，目前我国实行以滚球法来计算接闪器的保护范围，所

3、谓滚球法是指用一个给定半径的球体滚过防雷接闪器时不会触及需要防护的空间或者物体。滚球法是以目前被学术界普遍认同的雷电闪络数学模型为理论根底的，公式为：hr=2I+30，其简化公式为： hr=10I0.65 。 由上述公式性质可知，当雷电流幅值I越大，其闪络距离那么越大；反之，其雷电流幅值I越小，其闪络距离那么越小。 1.2 通过作图法分析绕击机理 通过以上雷电闪络数学模型，我们可以通过作图的方法来分析雷电绕击机理： 图1 雷电数学模型几何分析侧面图 图中hr即指雷电流的击距，圆弧A1B1C1 D1在沿线方向形成一个曲面，此曲面称为定位曲面，在雷电流的先导未到定位曲面之前，其开展不受地面物体影响

4、。假设雷电流的先导落在弧A1B1上时，那么雷击避雷针；假设雷电流的先导落在弧B1C1上时，那么雷击建筑物；假设雷电流的先导落在弧C1D1上时，那么雷击大地，因此弧B1C1称为绕击暴露面。不同的雷电流幅值有不同的击距，所以可以作一系列的定位曲面和绕击曲面。 可以证明，B点的轨迹为针顶和建筑物外角连线的垂直平分线，而C点的轨迹那么为一抛物线。垂直平分线K1K与抛物线K2C1K所包围的区域称为绕击区。随着雷电流的增大，弧BC逐渐减小，当雷电流增大到一定值时，弧BC缩减为零，即此时已不可能发生绕击。 1.3 产生绕击的雷电流幅值 现在我国实行的?建筑物防雷设计标准?中的第一、二、三类防雷建筑物计算接闪

5、器的保护范围时采用的滚球半径分别为30米、45米、60米，将数值带入雷电闪络数学模型分别可求出的雷电流I值为5.4KA、10.1KA、15.8KA，也就是说当雷电流幅值小于上述值时，将有可能会绕过接闪器而直接击中被保护物，当雷电流幅值大于或等于上述值时，雷电理论上将击于接闪器。因此即使严格按照国家标准安装了合格的防雷接闪器后，雷电出现绕击的可能性还是存在，这只是概率问题，并且这个概率主要由雷电流出现的大小幅值概率来控制。 2 减小绕击概率的工程措施 通过对上述雷电绕击的机理分析，在实际防雷工程设计过程中，为尽量防止绕击现象产生的概率，提出以下几点应对的工程措施： 2.1 保持空气介质均匀 尽量

6、防止破坏被保护物周围空气介质导电性能不均匀的因素出现，从而保持雷电流开展通道中的相等闪络放电距离，使接闪器能够起到正常的理论接闪效果。在工程设计中，可建议甲方将烟囱、排气管道、放散管道等设施的排放口尽量远离被保护物或空间，使被保护物上空保持空气介质导电性能的均匀，防止雷电沿非常规路径进行放电而造成雷电的绕击。 2.2 降低接地电阻值 尽可能的将接闪器的接地电阻值降到最低，以提升接闪器开展上行先导的性能，使其能够争取产生更加主动的迎面先导与雷电流进行接闪，从而降低绕击被保护物的概率。因此对于在防雷工程设计中，应尽量要求接地电阻值降到最低，这不仅有利于雷电接闪后的散流效果，还有利于减小绕击现象的发

7、生。 2.3 减少绕击暴露面 在被保护物周围地理环境条件允许的情况下，应优先考虑采用多支避雷针结合保护或者采用架设多避雷线的设计方案；通过对雷电绕击的机理分析后不难理解，这样可以减少雷电绕击被保护物的暴露面，到达降低绕击概率的效果。 2.4 提高接闪器高度 可采用适当提高接闪器的高度的方式来减少雷电的绕击；但这种方法须谨慎采用，当接闪器的安装高度过高时，虽然有利于在被保护物上空将雷电流提前接闪，但是这样有可能会增加正常的落雷次数而所带来次生灾害的增加，由于雷电的放电过程带来对弱电设备的损害，可能会造成更大的经济损失。 3 小结 按照我国目前执行的防雷标准，雷电绕击被保护物属于概率性事件，但是我们可以通过合理的工程措施降低出现雷电绕击现象的发生。 参考文献： 【1】林维勇 用滚球法确定建筑物接闪器的保护范围 ?建筑电气? 1993年03期 【2】林维勇 ?建筑物防雷设计标准?北京 中国方案出版社 2021年 【3】赵斌财 输电线路雷电绕击研究方法浅议 ?电瓷避雷器? 2021年01期