第一章 建筑防雷系统
1.1 过电压
配电系统正常运行时，线路的绝缘以及电动机和变压器的绝缘所受的电压为其相应的额定电压，但由于某种原因，可能发生电压升高现象，以致引起电气设备的绝缘遭到破坏。我们把对绝缘有危险的电压升高统称为过电压，系统的过电压有两类：内部过电压、外部（大气）过电压。
1.1.1 系统内部过电压
由断路器操作过程和接地短路等故障引起的过电压，其实质就是由系统中两种运行方式之间的过渡过程引起的，内部过电压的数值一般在2.5～4.0倍的系统最大运行电压。
系统内部过电压主要有操作过电压、谐振过电压。 1．操作过电压
（1）弧光接地过电压:在中性点不接地系统中发生单相接地故障时，各相的相电压升高，则流过故障点的接地电流也随着增加，许多暂时性的单相弧光接地故障往往能自行熄灭，在接地电流不大的系统中，不会产生稳定的电弧，这种间歇性的电弧引起系统运行方式瞬息变化，导致多次重复性电磁振荡，在无故障相和故障相上产生严重的弧光过电压。
（2）空载线路或电容性负载的拉闸过电压:切断空载线路或并联电容器组时，可能引起电感—电容回路振荡过程，引起过电压，产生电弧重燃，引起电气设备的多次绝缘闪络或击穿事故。
（3）电感性负载的拉闸过电压:当切除电感性负载时，由于断路器强制熄弧，随着电感电流的遮断，电感中的磁能将转为静电能，出现过电压。
（4）空载线路的合闸过电压:系统在合闸初瞬间的暂态过程中，电源电压通过系统的电感和电容，在回路中会发生谐振，因起过电压。 （5）切除空载变压器引起过电压:切除空载变压器以及切除电动机、电抗器时，开关中的电感电流突然被切断，电感中储存的电能将在被切除的电器和开关上引起过电压。
2．谐振过电压 由系统内部的电容、电感构成谐振单元，造成过电压。
（1）线性谐振过电压:线性谐振电路中的参数是常数，不随电压或电流而变化，引起线性谐振的主要有不带铁心的电感元件（如线路中的电感、变压器的漏感）、励磁特性接近线性时的带铁心的电感元件（如消弧线圈，其铁心中带有空气隙）、系统中的电容元件形成的谐振回路。在正弦电源的作用下，当电源的频率和系统的自振频率相
等或接近时，可能产生线性谐振过电压。
（2）铁磁谐振（非线性）过电压：由于变压器、电压互感器、消弧线圈等铁心电感的磁路饱和作用引起持续性的较高幅值的铁磁谐振过电压。
（3）参数谐振过电压：由于系统中某些参数变化引起的过电压。 3．系统短时过电压 系统常见的工频过电压有： （1）空载长线路分布电容引起的电压升高；
（2）系统发生不对称短路时正常相上的工频电压升高； （3）系统甩负荷引起的发电机加速而产生电压升高。
防止系统内部出现过电压除在系统内部采取必要的解决办法以外，可以增加避雷器保护装置，防止系统出现过高的电压。 1.1.2 感应过电压
1．静电感应 当线路或设备附近发生雷云放电时，虽然雷电流没有直接击中线路或设备，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，当雷云对大地上其他目标放电后，雷云中所带电荷迅速消失，导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去，从而出现过电压，称为静电感应过电压。
一般由雷电引起局部地区感应过电压，在架空线路可达300～400kV，在低压架空线路上可达100kV，在通讯线路上可达40～60kV。 由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有破坏作用，使建筑物内部金属构架与接地不良的金属器件之间容易发生火花，引起火灾。
2．电磁感应 由于雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围有强大的变化电磁场，处在此电磁场中的导体会感应出极大的电动势，使有气隙的导体之间放电，产生火花，一起火灾。 由雷电引起的静电感应和电磁感应统称为感应雷（又叫二次雷）。解决的办法是将建筑物的金属屋顶、建筑物内的大型金属物品等，做良好的接地处理，使感应电荷能迅速流向大地，防止在缺口处形成高电压和放电火花。 1.1.3 直击雷过电压
带电的雷云与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，称作直击雷。当雷云通过线路或电气设备放电时，放电瞬间线路或电气设备将流过数十万安的巨大雷电流，此电流以光速向线路两端涌去，大量电荷将使线路发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而将雷电流导入大地，这种过电压为直击雷过电压。
直击雷电流（在短时间内以脉冲的形式通过）的峰值有几十千安，甚至上百千安。雷电流的峰值时间（从雷电流上升到1/2峰值开始，
到下降到1/2峰值为止的时间间隔）通常有几微秒到几十微秒。 当雷电流通过被雷击的物体时会发热，引起火灾。同时在空气中会引起雷电冲击波和次声波，对人和牲畜带来危害。此外，雷电流还有电动力的破坏作用，使物体变形、折断。
防止直击雷的措施主要采取避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流接受下来，通过接地引下线和接地装置，将雷电流迅速而安全送到大地，保证建筑物、人身和电气设备的安全。 1.1.4 雷电波的侵入
雷电波的侵入主要是指直击雷或感应雷从输电线路、通讯光缆、无线天线等金属的引入线引入建筑物内，发生闪击和雷击事故。 此外，由于直击雷在建筑物或建筑物附近入地，通过接地网入地时，接地网上会有数十千伏到数百千伏的高电位，这些高电位可以通过系统中的零线、保护接地线或通讯系统的地线，以波的形式传入室内，沿着导线的传播方向扩大范围。
防止雷电波侵入的主要措施是在输电线路等能够引起雷电波侵入的设备，在进入建筑物前装设避雷器保护装置，它可以将雷电高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。
1.2 建筑物的防雷分级 建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三级。 1.2.1 一级防雷建筑物 1．分级原则
（1）具有特别重要用途的建筑物，如国家级的会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑；特大型、大型铁路旅客站；国际性的航空港、通讯枢纽；国宾馆；大型旅游建筑、国际港口客运站等。 （2）国家级重点文物保护的建筑物或构筑物。 （3）高度超过100m的建筑物。 2．保护措施
（1）防直击雷的措施
1）装设独立避雷针或架空避雷线（网），使被保护的建筑物的风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。避雷网的网格尺寸不应大于10m×10m。
2）独立避雷针的杆塔、架空避雷线的端部和架空避雷网的各支柱处应至少设一根引下线。对用金属制成或有焊接、绑扎连接钢筋网的杆塔、支柱，宜利用其作为引下线。
3）独立避雷针和架空避雷线的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离不得小于3m。
第一章 建筑防雷系统
