雷与防雷设备

   电力系统中，雷击是主要的自然灾害。雷电可能损坏设备或设施，造成大规模停电，也可能引起火灾或爆炸事故，危及人生安全，因此必须对电力设备、建筑物等采取一定的防雷措施。
     如果工作人员没有遵守安全操作规程，直接触及或过分靠近电气设备，或人体触及电气设备中因绝缘损坏而带电的金属外壳或与之相连接的金属构架，遭到伤害，称其为触电。为了避免触电事故的发生，保证人身安全，除遵守安全操作规程外，同时采取一定的保护措施，通常采用保护接地和保护接零。 
     一、过电压及其分类
     在供电系统中，过电压有两种：大气过电压与操作过电压。
     雷电引起的过电压，叫做大气过电压。这种过电压危害相当大，应特别加以防护。
     操作过电压是供电系统中开关操作、负荷骤变或由于故障而引起的过电压，运行经验证明，内部过电压对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。
     二、雷电形成及危害
     1 雷电形成
     雷电是带有电荷的雷云之间或雷云对大地（或物体）之间产生急剧放电的一种自然现象。大气过电压的根本原因，是雷云放电引起的。大气中的饱和水蒸汽在上、下气流的强烈摩擦和碰撞下，形成带正、负不同电荷的雷云。当带电的云块临近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感应，大地感应出与雷云极性相反的电荷。
     当云中电荷密集处对地的电场强度达到25～30kV/cm时，就会使周围空气的绝缘击穿，云层对大地便发生先导放电。当先导放电的通路到达大地时，大地上的电荷与雷云中的电荷中和，出现极大的电流。这就是所谓的主放电阶段。主放电存在的时间极短，电流极大，是全部雷电流的主要部分。可能波及到电力系统的雷云放电，使电力系统电压升高。引起大气过电压。
    
     2 大气过电压的基本形式
     高空中雷云之间的放电对人和地面物体没有危害，而雷云对大地的放电，将产生有很大破坏作用的大气过电压，有三种基本形式
     直接雷过电压（直击雷）
     雷云直接对建筑物或其它物体放电，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体如地，从而产生破坏性很大的热效应和机械效应。造成击毁杆塔和建筑物，烧断导线，烧毁设备，引起火灾。
     感应过电压（感应雷）
     雷电的静电感应或电磁感应所引起的过电压，叫做感应过电压或感应雷。造成击穿电气绝缘，甚至引起火灾。
     侵入波（进行波过电压）架空线路遭受直击雷击或感应雷而产生的高电位雷电波，可能沿架空线路侵入变电所（配电所）造成危险。占50%以上
    

     3 雷电的危害
     雷电的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑，伤害人畜
     强大的雷电流所产生的能量可烧断电线和电力设备
     雷电的电磁效应可能产生过电压 击穿电气绝缘，甚至引起火灾爆炸
     雷电的闪烁放电可能烘干绝缘子，使断路器跳闸或引起火灾 ，造成大面积停电
     4 我国雷电活动情况与直击雷规律
     雷暴日 一天内只要听到雷声即称为一个雷暴日
     少雷区 年平均雷暴日数不超过15的地区
     多雷区 年平均雷暴日数超过40的地区
     雷电活动特别强烈地区 年平均雷暴日数超过90的地区及雷灾特别严重地区
     雷暴小时 一小时内只要听到雷声，即称一个雷暴小时。
     雷电活动规律
     热而潮湿多 冷而干燥少
     山区多 平原少
     春夏之交和夏秋之交多
     直击雷的规律
     孤立程度
     结构
     性质
     三、避雷针及其保护范围计算
     避雷针的作用实质上是引雷作用，是将雷电引到自己身上来，避免了在它所保护范围其它物体遭受雷击。避雷针（线）保护范围的大小与其高度有关。
     避雷针一般采用针长为1～2m、直径不小于20mm的镀锌圆钢或采用针长为1～2m、内径不小于25mm的镀
     锌钢管制成。它通常安装在电杆或构架、建筑物上。
     避雷针由接闪器、引下线、接地体三部分组成。
     接闪器：避雷针的最高部分，专用来接受雷云放电，称为“受雷尖端”。
     接地引下线：它是接闪器与接地体之间的连接线，它将接闪器上的雷电流安全地引入接地体，使之尽快地泄入大地。引下线一般采用直径为8mm的镀锌圆钢或截面不小于25mm2的镀锌钢绞线。
     接地体：是避雷针的地下部分，其作用是将雷电流直接泄入大地。接地体埋设深度不应小于0.6m，垂直接地体的长度不应小于2.5m，垂直接地体之间的距离一般不小于5m。接地体一般采用直径为19mm镀锌圆钢。
     当雷击避雷针时，在避雷针顶端会产生过电压为“折线法”在电力系统又称“规程法”，即单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的折线圆锥体。L/620―997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准就规定了单支避雷针的保护范围，见图。
    
     ①避雷针在地面上保护半径为：r=1.5h　　
     ②被保护物高度hx水平面上保护半径的计算
     a)当hx≥0.5h时，被保护物高度hx水平面上的保护半径rx=(h-hx)p=hap
     式中：rx――避雷针在hx水平面上的保护半径；
     hx――被保护物的高度；
     ha――避雷针的有效高度。
     p―高度影响系数（h<=30米，p=1; 30<h<=120m,
     b)当hx＜0.5h时，被保护物高度hx水平面上的保护半径rx=(1.5h-2hx)p
     两支避雷针的保护范围
    
   
     通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为RO，其高度ho为
    
     两针间在Hx水平面保护的最小宽度bx可按下式
     四、避雷线及保护范围计算
     避雷线主要用于保护架空线路免受直击雷击，它是由悬挂在被保护物上空的接地线（镀锌钢绞线）、接地引下线和接地体三部分组成。其作用原理与避雷针相同。
     避雷线的确切名称应是“引雷线”在雷电先导阶段，避雷线顶部聚积电荷在发展先导和避雷线顶端之间的通道中建立了很大的电场强度，避雷线迎面先导的产生和发展大大加强这个通道中的电场强度，最后选定击中避雷线，靠近避雷线的被保护物比避雷线低，由于避雷线的屏蔽和迎面先导作用，使被保护物遭受雷击的概率很小。利用避雷线可实现直击雷保护。虽然这种方法不是主动的，但能提供99.5%～99.9%的保护效果。
     由避雷线向下作与其垂直面成25°的斜面构成保护空间的上部；在h/2的高度处转折，与地面离避雷线水平距离为h的直线相连的平面，构成保护空间的下部，合起来形成
     如图的屋脊式的保护空间
     rx=0.47（h-hx）p （hx≥h/2时）
     rx=（h-1.53hx）p （Hx<h/2时）
     式中，rx为每侧保护范围的宽度（m）。
    
     五、避雷器的选择
     避雷器是用来防止雷电产生过电压波沿线路侵入变电所或其它设备内，从而使被保护设备的绝缘免受过电压的破坏。它一般接于导线与地之间，与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。如图所示，沿线路侵入的过电压将首先使避雷器击穿对地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的形式有三种，即氧化锌避雷器，管形避雷器和保护间隙。
    

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• 2016-12-31雷与防雷设备