雷电及防雷装置13线路防雷

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1、第12章雷电及防雷装置内容介绍12.1雷电放电及雷电的主要参数12.2避雷针与避雷线的保护范围12.3避雷器12.4防雷接地雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压（也称大气过电压），它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一；雷电放电所产生的巨大电流，可能使被击物炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。为预防或限制雷电的危害性，在电力系统中采用一系列防雷措施和防雷保护装置。雷云放电起源于雷云的形成（云的起电），这是一个气象物理现象。目前比较有代表性的理论有感应起电、对流起电、温差起电、水滴

2、分裂起电、融化起电、冻结起电等，至今尚无定论。获得比较广泛认同的水滴分裂起电理论。12.1雷电放电及雷电的主要参数12.1.1雷电的形成在特定的大气和地形条件下，强大而潮湿的热气流在不断上升的过程中，内部的水滴被强烈碰撞分裂起电，细微的水沫带负电，被上升气流带往高空，形成大片带负电的雷云。带正电的水珠或凝聚成雨滴落下地面，或悬浮在云中，形成雷云下的局部正电荷区。雷电放电大多数出现在雷云与雷云之间，少数发生在雷云与大地之间。而这少数的雷云与大地之间的雷电放电是引起雷害的主要因素。雷云放电一般包括先导放电、主

3、放电、余辉放电三个过程。另外由于雷云中往往会有几个电荷中心，故在整个雷电放电过程中经常会出现多次重复放电的现象。雷云对地放电过程（1）先导放电过程在雷云带有电荷后，其电荷往往会集中在几个带电中心，它们间的电荷数也不完全相等。当某一点的电荷较多，且在它附近的电场强度达到足以使空气绝缘发生击穿的程度（约25～30kV／cm）时，空气便开始游离，使这一部分空气由原来的绝缘状态变为导电性的通道。该导电性通道将由雷云不断向地面伸展，这个过程通常称为先导放电。在雷云对大地的第一次放电过程中，先导放电是不连续的，雷云对

4、地面的先导放电是逐级向下发展的。每一级长度约25～50m，每一级的伸展速度约104km／s，各级之间有30～90µs的停歇，所以先导放电的平均发展速度只有100～800km／s，约为光速的1／1000左右。因此，这种逐级向下发展的先导放电又称为分级先导。先导通道具有良好的导电性，带有与雷云同极性的剩余负电荷，先导通道头部的对地电位基本与雷云的对地电位相同，可高达10MV。另外，雷云与先导中的负电荷将在大地或地面物体上感应出大量的异号正电荷。（2）主放电过程当先导发展到接近地面或地面物体时，由于先导通道头部

5、的极高电位，剩余的空气间隙中的电场强度将达到极高的程度，从而使空气发生强烈游离并产生高密度的等离子区。此区域沿先导通道自下而上迅速地向上传播，形成一条高电导率的等离子体通道，使先导通道以及雷云中的负电荷与大地中的正电荷发生强烈的中和，这个过程称为主放电过程。主放电发展的速度比先导放电的发展速度快得多，达到1.5×107～1.5×108m／s（1／20～1／2的光速）。在主放电发展的极短时间内（约50～100µs），主放电通道中将流过幅值很大的电流，可高达几十至几百千安，使放电通道的温度急速升高至2×104

6、℃以上，从而形成了强烈的闪电和雷鸣。（3）余辉放电和多重放电主放电到达云端时，意味着主放电阶段结束。此时，雷云中剩下的电荷，将继续沿主放电通道下移，此时称为余辉放电阶段。余辉放电电流仅数百安，但持续的时间可达0.03~0.15s。至此，第一次雷电放电结束。但是，由于雷云中可能存在多个电荷中心，因此，在实际中雷云放电往往是多重的，它会沿原来的放电通道出现第二次放电、第三次放电……，造成多重雷击，但此时先导不再是分级的，而是连续发展的。雷击放电的计算模型和等值电路12.1.2雷击物体时的计算模型及雷电流雷击放

7、电计算模型(a)先导放电结束(b)主放电开始(c)主放电通道电路(d)等值电路先导通道具有较好的导电性，也具有分布参数的特征,其波阻抗为Z0。Z是被击物体与大地（零地位）之间的阻抗。可以把先导通道击中物体开始主放电的过程看作是沿着波阻抗为Z0的无限长的雷电通道，自天空向地面传来的前行波u0、i0（u0=i0Z0）到达A点，从而在节点A上产生波的折反射的过程。uA=iAZ雷电流应该是一个能够客观反映雷电本身强弱的参数，它应该与外界条件（如被击中物体的阻抗Z的大小）无关一般把流经被击物体的波阻抗为零时的电流被

8、定义为“雷电流”。但考虑实际上被击中物体的阻抗不可能为零值，故规程建议雷击中低接地电阻（一般为Z≤30Ω）的物体时流过该物体上的电流可以认为等于雷电流。雷电流是可测的，其值约为雷电流波的两倍。i＝2i0雷电流的定义12.1.3雷电参数与实际最接近，但计算繁杂，较少采用。用来分析与雷电流波前有关的波过程方便。常用，分析10μs以内的波过程等值性好。分析雷电流波头比较接近，用于设计特殊大跨越、高杆塔时用1．雷道波阻抗我国规程建议雷