防雷理論競賽復習題及答案一、雷電基礎理論1.雷電的形成過程可分為哪幾個階段？各階段的主要特征是什么？雷電的形成本質是積雨云中電荷分離與電場擊穿的過程，主要分為四個階段：（1）起電階段：積雨云中的冰晶、過冷水滴和霰粒在上升氣流作用下碰撞摩擦，導致正、負電荷分離，形成云內電荷中心（通常云底為負電荷，云頂為正電荷）。（2）電場積累階段：電荷分離使云內電場強度逐漸增強，當局部電場強度超過空氣擊穿場強（約3×10?V/m）時，引發(fā)局部電離，形成初始流光。（3）先導放電階段：負電荷中心向地面發(fā)展的梯級先導（每推進50-100米暫停，約1μs后繼續(xù)），或云內正電荷向負電荷區(qū)發(fā)展的箭式先導（連續(xù)推進），先導通道溫度可達30000K，電離空氣形成導電通道。（4）主放電階段：先導到達地面或與迎面流柱（地面突出物的正電荷向上發(fā)展）相遇后，形成強烈的回擊電流（峰值可達幾十至數百千安），釋放大量能量，伴隨強光、雷聲和電磁脈沖。2.雷電的主要參數包括哪些？各參數對防雷設計的影響是什么？雷電主要參數及設計影響：（1）雷電流幅值（I）：指主放電階段電流的峰值，決定接閃器、引下線和接地裝置的通流能力。例如，第一類防雷建筑物要求接閃器能承受200kA雷電流。（2）雷電流波頭時間（T1）：電流從10%峰值上升到90%峰值的時間，通常為1-50μs，影響設備絕緣耐受能力和SPD（電涌保護器）的響應速度。（3）雷電流半峰值時間（T2）：電流從峰值下降到50%峰值的時間，一般為20-200μs，決定接地裝置的熱穩(wěn)定要求（需滿足I2T≤接地體材料的熱穩(wěn)定系數）。（4）雷電波陡度（di/dt）：雷電流上升速率，決定雷電電磁脈沖（LEMP）的強度，直接影響電子設備的電磁兼容設計（如屏蔽層的厚度、等電位連接的間距）。（5）年平均雷暴日（Td）：根據GB50057-2010，Td≤15天為少雷區(qū)，15<Td≤40為中雷區(qū)，Td>40為多雷區(qū)，影響建筑物防雷類別的劃分（如多雷區(qū)高度15m以上的孤立建筑物需劃為第三類防雷）。二、防雷裝置技術原理3.接閃器的保護范圍如何計算？不同類別的防雷建筑物應采用何種滾球半徑？接閃器（包括接閃桿、接閃帶、接閃網）的保護范圍采用滾球法計算，滾球半徑（hr）與建筑物防雷類別對應：-第一類防雷建筑物（如火藥庫、0區(qū)爆炸危險場所）：hr=30m；-第二類防雷建筑物（如國家級重點文物、1區(qū)爆炸危險場所）：hr=45m；-第三類防雷建筑物（如省級重點建筑、高度超過15m的民用建筑）：hr=60m。以單支接閃桿保護范圍為例，當接閃桿高度h≤hr時，保護半徑r=√[h(2hr-h)]；當h>hr時，保護半徑r=√[hr(2h-hr)]。例如，第二類防雷建筑中，45m高接閃桿在地面的保護半徑為√[45×(2×45-45)]=√(45×45)=45m；若接閃桿高60m（超過hr=45m），則r=√[45×(2×60-45)]=√(45×75)=√3375≈58.1m。4.引下線的設置要求有哪些？如何避免引下線對建筑物的側擊雷危害？引下線設置要求（GB50057-2010）：（1）數量與間距：第一類防雷建筑引下線間距≤12m，第二類≤18m，第三類≤25m；獨立接閃桿的引下線應獨立設置，與其他金屬物間距≥3m。（2）材料與規(guī)格：圓鋼直徑≥8mm（明敷）或10mm（暗敷），扁鋼截面≥48mm2（厚度≥4mm）；利用建筑物柱內鋼筋時，應選用≥Φ16的兩根鋼筋（或≥Φ10的四根鋼筋）。（3）連接方式：引下線與接閃器、接地裝置應采用焊接（搭接長度：圓鋼≥6d，扁鋼≥2b），或螺栓連接（需防松、防腐）。側擊雷防護措施：-對高度超過45m的第二類防雷建筑、超過60m的第三類防雷建筑，需在30m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大金屬物與引下線連接；-每三層設置均壓環(huán)（利用圈梁鋼筋或專設環(huán)形導體），與引下線、外墻上的金屬門窗連接，使該高度以上各層的電位基本相等，避免側擊放電。三、防雷設計規(guī)范與應用5.建筑物防雷分類的依據是什么？第一類與第二類防雷建筑物的關鍵區(qū)別是什么？分類依據（GB50057-2010）：（1）爆炸和火災危險場所的暴露程度；（2）建筑物的重要性、使用性質及雷擊后果的嚴重性；（3）年預計雷擊次數（N），計算公式N=k×Ng×Ae，其中k為校正系數（一般取1，山區(qū)取1.5），Ng=0.024×Td1·3（Td為年平均雷暴日），Ae為建筑物截收面積。第一類與第二類的關鍵區(qū)別：-第一類：制造、使用或儲存火炸藥及其制品的危險場所（0區(qū)、20區(qū)爆炸危險場所），且因電火花會引起爆炸造成巨大破壞和人身傷亡；-第二類：除第一類外的爆炸危險場所（1區(qū)、21區(qū)），或國家級重點文物、會堂、電臺等重要公共建筑，或年預計雷擊次數N≥0.05（住宅、辦公樓）或N≥0.25（其他民用建筑）的建筑物。6.信息系統(tǒng)防雷設計中，SPD（電涌保護器）的分級保護原則是什么？各等級SPD的主要參數要求是什么？分級保護原則：根據雷電侵入路徑（電源線路、信號線路）和防護區(qū)域（LPZ0A/LPZ0B→LPZ1→LPZn+1），設置多級SPD，逐級限制過電壓，確保設備端電壓≤其耐受電壓（Uc）。各等級SPD參數要求：（1）第一級（電源總配電柜）：通流容量（Imax）≥60kA（8/20μs波形），電壓保護水平（Up）≤2.5kV，響應時間≤100ns，安裝在LPZ0A/LPZ0B與LPZ1交界處。（2）第二級（分配電柜）：Imax≥40kA，Up≤1.8kV，響應時間≤50ns，安裝在LPZ1與LPZ2交界處（如樓層配電箱）。（3）第三級（設備端）：Imax≥20kA，Up≤1.2kV（電子設備）或0.8kV（精密儀器），響應時間≤25ns，直接安裝在設備電源輸入端（如計算機、服務器）。信號線路SPD需根據接口類型（如網絡、視頻、控制信號）選擇匹配的標稱工作電壓（Un）、插入損耗（≤0.5dB）、回波損耗（≥15dB），并確保Up≤設備端口的沖擊耐受電壓（如網絡端口通常為2.5kV）。四、防雷裝置檢測與維護7.接地電阻測量時，常用的方法有哪些？各方法的適用場景和注意事項是什么？常用測量方法及適用場景：（1）三極法（電位降法）：適用于常規(guī)接地裝置檢測（接地電阻≥1Ω）。測量時，電流極（C）距接地體（E）40m，電位極（P）距E20m（呈直線布置），注意避免電流極與電位極在同一土壤電阻率區(qū)域，雨后需等待48小時（避免土壤含水量影響）。（2）鉗形接地電阻法：適用于多根引下線共享接地系統(tǒng)（如建筑物環(huán)形接地網），無需斷開接地體。測量時，鉗表卡在引下線上，需確保接地系統(tǒng)無其他并聯接地體（否則測量值為并聯電阻）。（3）土壤電阻率四極法（溫納法）：用于測量土壤電阻率（ρ），計算式ρ=2πaR（a為電極間距，R為測量電阻），適用于接地設計前的土壤特性分析，電極需等距（a=1-10m）且與地表面垂直。注意事項：-測量前斷開SPD、設備接地線，避免分流影響；-儀器校準（每年送計量機構），導線截面≥1.5mm2（電流線≥2.5mm2）；-強電磁干擾環(huán)境（如附近有高壓線路）需采用屏蔽線或選擇無雷暴時段測量。8.SPD劣化的主要表現有哪些？如何通過檢測判斷SPD是否需要更換？SPD劣化表現及檢測方法：（1）外觀異常：外殼變形、碳化、開裂，壓敏電阻（MOV）表面出現燒蝕痕跡，放電管（GDT）內部發(fā)黑。（2）電氣參數變化：-泄漏電流（Ileak）增大（MOV型SPD正?！?0μA，超過50μA需關注，≥100μA需更換）；-電壓保護水平（Up）升高（超過標稱值的1.2倍）或殘壓（Ures）增大（導致設備端過電壓）；-絕緣電阻（Rins）下降（正常≥100MΩ，低于10MΩ說明內部擊穿）。檢測流程：-斷開SPD電源，用萬用表測量通斷（GDT型正常為高阻，擊穿后為低阻；MOV型正常為高阻，老化后為低阻）；-使用SPD測試儀測量Up、Ileak（參考GB/T21431-2015）；-對串聯型SPD（如帶熔斷器），檢查熔斷器是否熔斷（可用萬用表通斷檔檢測）。五、雷電災害應急處置9.人員在空曠場地遭遇雷擊時，應采取哪些正確的防護措施？（1）立即停止戶外活動，避免站在孤立大樹、高塔、電線桿下（雷擊概率是平地的10倍）；（2）降低身體高度：雙腳并攏蹲下（減少跨步電壓），避免躺在地上（增大接觸面積）；（3）遠離金屬物體：如農具、自行車、摩托車（金屬易引雷），若攜帶金屬物品需棄置5m以外；（4）關閉電子設備：斷開手機、對講機等無線設備電源（避免電磁感應損壞）；（5）若多人同行，保持3m以上間距（防止接觸電壓傳導）。10.建筑物遭受雷擊后，應如何進行應急處置？（1）人員安全確認：檢查是否有人員傷亡，對受擊者立即實施心肺復蘇（若心臟驟停），撥打120急救電話。（2）電氣系統(tǒng)檢查：斷開總電源，用絕緣工具檢查線路、開關是否燒毀，避免二次短路火災（雷擊后線路可能因高溫碳化絕緣失效）。（3）防雷裝置排查：-接閃器：檢查是否變形、斷裂（如接閃桿傾斜超過15°需修復）；-引