雷电灾害是人类遭遇的最严重的十种自然灾害之一,我国国防电工委员会称为“电子时代的一大公害”。随着当代科学技术的高速发展,尤其是微电子技术和计算机网络的快速发展和普及,雷电灾害已经影响到人类活动的方方面面,雷电防护技术越来越受到世界各国政府和有关部门的重视。雷电与防护技术基础这门课内容可分为两大部分,一是讲解有关雷电的理论知识,二是现代防雷技术和方法。第一部分主要讲解雷电的形成和分类,包括雷电的形成,尤其是典型负地闪形成的全过程,闪电的分类;雷电和雷电流参数,包括雷电活动参数,雷电流的波形及常数参数;雷电的危害,包括直击雷的危害,雷击电磁脉冲的危害,暂态电位抬高及危害和操作过电压的危害;建筑物的防雷分类和防雷保护区,包括建筑物的防雷分类,防雷保护区的划分等。第二部分介绍现代防雷技术和方法,包括将现代防雷技术作为一系统工程,现代防雷技术的框架,避雷针、避雷线、避雷带和避雷网,避雷装置保护范围的确定;避雷器与电涌抑制器件,包括避雷器的保护原理和性能要求,阀式避雷器,氧化锌避雷器,保护间隙和管型避雷器,对雷电电涌防护器件性能要求,气体放电管,压敏电阻,齐纳、雪崩二极管和暂态抑制二极管,正温度系数电阻和暂态抑制晶闸管;接地技术,包括接地与接地电阻,工频接地电阻,冲击接地电阻,土壤电阻率,接地电阻与土壤电阻率的测量;屏蔽与等电位连接,包括屏蔽的概念和分类,屏蔽措施,等电位连接等。另外,为了能够很好地理解这门课的理论内容,学生需要有一定的电学知识,其内容有静电场,包括静电的基本现象合法基本规律,两种电荷,静电感应,电荷守恒定律,导体、绝缘体和半导体,物质的电结构,库仑定律,电场和电场强度,电场强度矢量,电场强度叠加原理,电荷的连续分布,带电体在电场中受的力及其运动,高斯定理,电力线及其密度,电通量,高斯定理的运用举例,电位及其梯度,静电场力所做的功与路径无关,电位差与电位,电位叠加原理,等位面,电位梯度等,还有电流强度和电流密度,欧姆定律,电阻和电阻率电功率,焦耳定律,气体的自激导电和被激导电,磁场对载流导体的作用,安培力等等。如果条件允许,还应该具备有关电磁感应和暂态过程以及交流电等内容。
全课程共分八章节,另外有前言和补充的电学知识。具体知识要点如下:
前言:了解历史上的雷电灾害,理解雷电防护的重要性,提高防雷意识。了解国内外有关雷 电的研究情况。
电学知识:了解并理解有关雷电的一些电学知识,如电荷、自由电子、离子、电场、电场强度、静电感应、电荷密度、等位面、尖端放电、静电屏蔽、电子雪崩、火花放电等。
第一章:大气电场的特点。积雨云的电荷分布。常见地闪中负极性闪电的梯式先导、箭式先导、回击的典型结构的分析。闪电有哪些类型以及对书第15页的图1.25的八个小图的解释。
第二章:雷暴日、雷暴时、雷暴月、雷暴季节和雷暴持续时期的定义。雷电流波形,幅值、波头、波长的定义。几种常用的雷电过电压波形。雷电流幅值的累计概率。在雷电流的能量与频谱这节里,着重强调的是:雷电流的波头越陡,高频就越丰富,对电子设备和网络的影响越大;雷电流的波尾越长,低频就越丰富,雷电的能量大多分布在低频部分,因此在通信网络中要防止十多千赫以下频率的雷电波侵入,就能把雷电波的能量消减掉90%以上。另外还有雷击距离和地面物体引雷曲面的概念。
第三章:直击雷主要对建筑物、高耸物体、人、畜造成危害,感应雷主要对电气设备、电子设备、电力系统、信息系统、网络等造成危害。直击雷的破坏作用表现形式为雷电流的热效应、电效应和雷击参数的机械效应。感应雷(主要是雷击电磁脉冲)的破坏作用表现形式为雷电的静电感应、电磁感应、电磁脉冲、暂态电位升高造成的雷电反击。另外还有跨步电压和接触电压的概念。
第四章:建筑物的防雷分类分为三类,这三类建筑物的区别。防雷保护区(LPZ)划分为LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2、LPZn区。各区的保护范围。
第五章:雷击电磁脉冲的特点。防雷工程包括两部分,一是防止直接雷的雷击(外部防雷), 二是防止和抑制雷击电磁脉冲的干扰(内部防雷)。采取措施为:拦截、屏蔽、均压、分流、接地。防直击雷用:避雷针、避雷线、避雷带、避雷网;防雷电暂态冲击用:避雷器(压敏电阻、气体放电管、雪崩二极管等)、浪涌保护器、接地技术、屏蔽技术、等点位连接等。还有用滚球法来确定避雷针和避雷带的保护范围,计算避雷针的保护半径。第一类、第二类、第三类防雷建筑物的滚球半径分别为30米、45米、60米。建筑物的空间受雷曲面。多支避雷针以及避雷线保护范围的形象图。
第六章:避雷器的保护原理、性能和要求。阀式避雷器的保护原理,主要电气特性。氧化锌避雷器的保护原理、性能特点、电气特性参数。对雷电电涌防护器(SPD)件性能要求。气体放电管、压敏电阻、齐纳、雪崩二极管、暂态抑制二极管、正温度系数电阻和暂态抑制晶闸管、暂态抑制晶闸管等器件的性能特点。
第七章:接地的概念,防雷接地的目的。接地电阻的概念。各种接地体的形状和它们的接地电阻计算的式子。土壤电阻率的概念,影响土壤电阻率的主要原因。降阻剂的主要技术指标和种类。接地电阻与土壤电阻率的测量。
第八章:屏蔽的作用。屏蔽的概念和分类。磁屏蔽效能的概念。建筑物的屏蔽,线路屏蔽,设备屏蔽。什么是等电位连接,等电位连接的作用。常规等电位连接的措施,暂态等电位的措施。