知識拓展 靜電和雷電的防護

靜電放電與雷電放電有一些相同之處，它們的主要危害都是引起火災和爆炸等，對人體安全和電氣設備存在著威脅，所以掌握它們的防護措施有很重大的意義。

1.靜電防護

靜電是一種常見的自然現象，任何一種物質，不論是固體、液體、氣體還是粉塵，不論是導體還是絕緣體，都會因為摩擦而產生靜電。如夜晚脫毛衣時能聽到放電聲甚至會看到電火花，這是我們熟悉的靜電現象。靜電產生的內因有物質的逸出功不同、電阻率不同和靜電常數不同等；靜電產生的外因有物質的緊密接觸和迅速分離、附著帶電、感應起電、極化起電等。

（1）靜電的危害

靜電放電主要有以下危害。

1）爆炸和火災。靜電能量雖然不大，但因其電壓很高而容易發生放電，如果周圍存在易燃物質或者由易燃物質形成的爆炸性混合物，就有可能由靜電火花引起爆炸或火災。這種事故在煉油、化工、橡膠、造紙印刷、粉末加工等行業很容易發生。

2）電擊。靜電電擊不是電流持續通過人體的電擊，而是靜電放電造成的瞬間沖擊性的電擊，一般不會直接使人致命，但很可能導致因靜電電擊而墜落的嚴重二次事故。

3）妨礙生產。在某些生產過程中，如不消除靜電，將會妨礙生產或降低產品質量。如造成電子元器件的誤動作或電子元器件的損壞。

（2）靜電的防護措施

1）靜電最為嚴重的危害是引起爆炸和火災。因此，靜電安全防護主要是對爆炸和火災的防護。當然，一些防護措施對于防護靜電電擊和消除影響生產的危害也同樣是有效的。

2）控制環境危險程度。對于爆炸性混合物較多的場所，可以采取減少氧化劑含量、取代易燃介質、降低爆炸性物質的濃度等措施控制爆炸和火災危險性。

3）工藝控制。工藝控制是從工藝上采取適當的措施，限制和避免靜電的產生和積累。常用的工藝控制方法有選用合適的工作服材料、降低摩擦速度或流速、增強靜電的消散過程。

4）接地和屏蔽。接地是消除靜電危害最常見的方法，可采取金屬導體直接接地、導電性地面間接接地等方式，把設備上各部分經過接地極與大地連接。靜電屏蔽是指用接地的屏蔽罩把帶電體與其他物體隔離開，這樣帶電體的電場將不會影響周圍其他物體。

5）增濕。增濕適用于絕緣體上靜電的消除。隨著濕度的增加，絕緣體表面上形成薄薄的水膜，它能使絕緣體的表面電阻大大降低，加速靜電的泄漏。此方法常在紡織工業中用來消除纖維產生的靜電。

6）靜電中和器。靜電中和器又叫靜電消除器，它能將分子進行電離，產生等量的正、負離子，被送風裝置吹到帶電體上，與帶相反電性的靜電進行中和從而達到消除靜電的目的，通常用于中和非導體上的靜電。按照工作原理和結構的不同，靜電中和器大體上可以分為感應式中和器、高壓式中和器、放射線式中和器和離子風式中和器。

7）抗靜電添加劑。抗靜電添加劑是化學藥劑，具有良好的導電性或較強的吸濕性，因此，在容易產生靜電的高絕緣材料中，加入抗靜電添加劑能夠降低材料的電阻，加速靜電的泄漏。

（3）防靜電產品

防靜電產品種類很多，在各行各業有著廣泛的應用，主要應用于大規模集成電路潔凈車間、電子儀器制造車間、軍火及易燃易爆的場所、石油化工車間、計算機機房、各類通信機房、醫院手術室、麻醉室、氧吧間及其他管線敷設比較集中的場所。常見的防靜電產品有靜電安全工作臺、防靜電工作服、防靜電腕帶、防靜電手套等如圖1-12所示。

2.雷電防護

雷電是一種自然現象，是一部分帶電荷的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間的迅猛放電（如圖1-13所示），這種迅猛的放電過程產生強烈的閃電并伴隨巨大的聲音，當然，云層之間的放電主要對飛行器有危害，對地面上的建筑物和人畜沒有太大的影響，然而，云層對大地的放電則對建筑物、電子電氣設備和人畜危害很大。

（1）雷電的種類

造成危害的雷電主要有直擊雷、感應雷和球雷3種類型。

1）直擊雷。直擊雷是帶電積云接近地面到一定程度時，與地面目標之間的強烈放電。直擊雷的每次放電還有先導放電、主放電、余光3個階段，大約50%的直擊雷有重復放電特征，一次直擊雷的全部放電時間一般不超過500ms。

2）感應雷。感應雷也稱為雷電感應，分為靜電感應雷和電磁感應雷。靜電感應雷是由于帶電積云在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大量電荷，在帶電積云與其他客體放電后，感應電荷失去束縛，以大電流、高電壓沖擊波的形式，沿線路導線或導電凸出物極快地傳播。電磁感應雷是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場，在鄰近的導體上產生很高的感應電動勢。

3）球雷。球雷是雷電時形成的發出橙光、紅光或其他顏色光的火球。球雷出現的概率約為雷電放電次數的2%，其直徑多為20cm左右，運動速度約為2m/s或更高一些，存在時間為數秒鐘到數分鐘。球雷是一團處在特殊狀態下的帶電氣體。在雷雨季節，球雷可能從門、窗、煙囪等通道侵入室內。

（2）雷電的參數

雷電參數是防雷設計的重要依據之一，雷電參數是指雷暴日、雷電流幅值、雷電流陡度、沖擊過電壓等電氣參數。

1）雷暴日是與雷電活動頻繁程度相關的參數，采用雷暴日為單位，在一天中只要能聽到雷聲就算一個雷暴日。一般用年平均雷暴日數來衡量雷電活動的頻繁程度，單位為d/a。雷暴日數越大，說明雷電活動越頻繁，山地雷暴日約為平原的3倍。我國把年平均雷暴日不超過15d/a的地區劃為少雷區，超過40d/a的地區劃為多雷區，在防雷設計時，應考慮當地雷暴日條件。

2）雷電流幅值是指主放電時沖擊電流的最大值，其值可達數十至數百千安。

3）雷電流陡度是指雷電流隨時間上升的速度，雷電流沖擊波波頭陡度可達50kA/μs，平均陡度約為30kA/μs，雷電流陡度越大，對電氣設備造成的危害也越大。

4）雷擊時的沖擊過電壓很高，直擊雷沖擊電壓可高達數千千伏。

（3）雷電的危害

由于雷電具有電流很大、電壓很高、沖擊性很強的特點，有多方面的破壞作用，且破壞力很大。就其破壞因素來看，雷電主要具有電性質、熱性質和機械性質3方面的破壞作用。

1）電性質的破壞作用表現在數百萬伏乃至更高的沖擊電壓，可能毀壞發電機等電氣設備的絕緣，造成大規模停電。

2）熱性質的破壞作用表現在巨大的雷電流通過導體，在極短的時間內轉換成大量的熱能，導致物品的燃燒和金屬熔化、飛濺，從而引起火災或爆炸。

3）機械性質的破壞作用表現在巨大的雷電通過被擊物時，在被擊物縫隙中的氣體劇烈膨脹，縫隙中的水分也急劇蒸發為大量氣體，致使被擊物破壞和爆炸。

（4）雷電的防護

避雷針（如圖1-14所示）、避雷線、避雷網、避雷帶、避雷器（如圖1-15所示）都是經常采用的防雷裝置，一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置，上述的避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶都只是接閃器，而避雷器是一種專門的防雷裝置。

● 避雷針一般用鍍鑄圓鋼或鋼管制成，分獨立避雷針和附設避雷針，主要用來保護露天變電設備、建筑物和構筑物。

● 避雷線一般采用截面積不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線，主要用來保護電力線路。

● 避雷網和避雷帶（如圖1-16所示）用鍍鑄圓鋼或扁鋼制成，主要用來保護建筑物。

● 避雷器并聯在被保護設備或設施上，正常時處在不通的狀態，出現雷擊過電壓時，擊穿放電，切斷過電壓，發揮保護作用。過電壓終止后，避雷器迅速恢復不通狀態，恢復正常工作。避雷器主要用來保護電力設備和電力線路，也用作防止高電壓侵入室內的安全措施。