機電類專業(yè)畢業(yè)論文范文

1、高電壓防雷保護的探討學生姓名：學號：專業(yè)班級：指導教師：摘 要隨著我國電力事業(yè)的蓬勃發(fā)展，高電壓防雷保護也不斷的擴大。高電壓防雷保護是 電力事業(yè)的一項的重要工作。高電壓在現有技術的條件卜仍然出現遭雷擊的現象。從某種程度上說，雷電是影響 高壓設備可靠穩(wěn)定性的重要因素之一。雷電的物理本質就是高電壓。認識雷電的高電壓 本質，認識雷電高電壓的產生與來源，認識雷電高電壓的各種屬性，我們才能正確的制 定和設計防雷保護的方案，才能正確的分析雷害事故的原因和防止對策，才能正確的開 發(fā)和研制防雷保護的產品。一句話，只有止確認識雷電的高電壓木質，才能做好防雷。不了解雷電的本質，在做防雷保護措施與方案時，在開發(fā)研制

2、防雷保護的產品時， 在分析雷害事件的原因與結論時就把握不到防雷的核心與關鍵。在防雷工程上要么保護 不到位，要么造成工程的浪費。在研制開發(fā)的防雷產品上就會華而不實，捕風捉影甚至 流于概念抄著，忽悠市場。在分析雷害事件的原因時，就容易提出一些錯誤的觀點或解 釋。我國防雷界，近年廣為流傳的諸如“球形雷”、“手機引雷”、“絕緣避雷”、“電 荷避雷”、“等離了避雷”，以及“物理防雷”和“微波爐效應”等等說法與言論，都 是沒有搞清雷電的高電壓本質而出現的誤解與錯誤。高電壓的絕緣應能承受各種高電壓的作用，包括交流和直流工作電壓、雷電過電壓 和內部過電壓。結合實際情況分析了現實中防雷保護存在的問題，并展望了未

3、來高壓設 備發(fā)展的方向。關鍵詞：高壓電;防雷；電力事業(yè)摘 要i弓丨 言-1 -1雷電的基礎知識-2-1.1雷電形成及放電過程-2 -1.1.1 雷云形成2112雷電原理高電壓防雷保護的探討1.1.3 雷云放電12雷電形成相關聯的原理1.3雷電的波形及參數1.4雷電的危害1.4.1雷電熱效應的破壞作用1.4.2雷電流電動力的破壞作用1.5雷電的靜電感應和電磁感應1.5.1雷電的靜電感應作用1.5.2雷電的靜電感應原理圖1.5.3雷電的電磁感應原理2電力系統(tǒng)防雷的基本知識2.1雷擊分類22變電站防雷保護2.3架空線路的防雷保護2.4避雷針2.5關于避雷針、避雷線運行中注意的問題2.6線路的耐雷性測

4、定2.7線路防雷設計的選定原則3雷電流壓降導致的高電壓31接觸電壓-3-34-4-5-5-6-7-7-7 -.-7 -.8.8.910-3.2跨步電壓-10-3.3地電位分布不均與地電位的反擊-11 -3.3.1直接雷擊傷害-11 -3.3.2感應電壓的傷害-13-3.3.3感應電流的傷害-13-3.3.4旁側閃擊的傷害-14-3.3.5接觸電壓的傷害-14-3.3.6跨步電壓的傷害-14-6六點防雷計劃-18-6. 1接閃196. 2均壓連接-20-6.3 接地-20-6.4 分流-21-6 5 22 7國內外電網防雷研究的現狀-23 -7. 1變電站防雷保護的現狀-23 -7.2架空線路防

5、雷保護的現狀-28 -7.2.1架設避雷線-28-7.2.2四道防線-30-結論33致謝-34-in-目錄摘 要1弓丨 言 1 -1雷電的基礎知識-2-1. 1雷電形成及放電過程-2-1. 1. 1雷云形成 2-1. 1.2雷電原理 2-1. 1.3雷云放電-3-1.2雷電形成相關聯的原理 3-1.3雷電的波形及參數 4-14雷電的危害-4-1. 4. 1雷電熱效應的破壞作用-4-1.4.2雷電流電動力的破壞作用 5-1.5雷電的靜電感應和電磁感應 5-1. 5. 1雷電的靜電感應作用-5-1.5.2雷電的靜電感應原理圖-6-1.5.3雷電的電磁感應原理-6-2電力系統(tǒng)防雷的基本知識 7-2.

6、 1雷擊分類 7-2. 2變電站防雷保護-7 -2. 3架空線路的防雷保護-7 -2. 4避雷針-7 -25關于避雷針、避雷線運行中注意的問題 8-2. 6線路的耐雷性測定-8 -2. 7線路防雷設計的選定原則-9-3雷電流壓降導致的高電壓-10 -3. 1接觸電壓 10 一3. 2跨步電壓 10 -3. 3地電位分布不均與地電位的反擊 11 -3. 3. 1直接雷擊傷害-11 -3. 3.2感應電壓的傷害 13-3. 3.3感應電流的傷害 13-3. 3. 4旁側閃擊的傷害 14-3. 3.5接觸電壓的傷害-14-3. 3.6跨步電壓的傷害 14-6六點防雷計劃-18-6. 1 接閃196.

7、 2均壓連接-20-6. 3 接地 20-6.4 分流 21-6. 5 屏蔽-22-7國內外電網防雷研究的現狀 23-7. 1變電站防雷保護的現狀 23-7.2架空線路防雷保護的現狀-28 -7.2.1架設避雷線287.2.2四道防線-30-結論33致謝34引 言工程上把1000伏及以上的交流供電電壓稱為高電壓。高電壓技術所涉及的高電壓 類型有直流電壓、工頻交流電壓和持續(xù)時間為毫秒級的操作過電壓、微秒級的雷電過電 壓、納秒級的核致電磁脈沖（nemp）等。20世紀以來，隨著電能應用的口益廣泛，電力系統(tǒng)所覆蓋的范圍越來越大,傳輸的 電能也越來越多，這就要求電力系統(tǒng)的輸電電壓等級不斷提高。就世界范圍

8、而言，輸電 線路經歷了 110、150、230千伏的高壓，287、400、500、735765千伏的超高壓和1150 千伏的特高壓（工業(yè)試驗線路）的發(fā)展。直流輸電也經丿力了 ±100、土250、±400、±450、 ±500以及±750千伏的發(fā)展。這兒個階段都與高電壓技術解決了輸電線路的電暈現象、 過電壓的防護和限制以及靜電場、電磁場對環(huán)境的影響等問題密切相關。這一發(fā)展過程 以及物理學中各種高電壓裝置的研制乂促進了高電壓技術的進步。60年代以來，為了適 應大城市電力負荷h益增長的需要，以及克服城市架空輸電線路走鳩用地的困難，地下 高壓電纜輸電發(fā)

9、展迅速（由220、275、345千伏發(fā)展到70年代的400、500千伏電纜 線路）；同時，為減少變電所占地面積和保護城市環(huán)境，全封閉氣體絕緣組合電器（gis） 得到越來越廣泛的應用.電力系統(tǒng)的過電壓包括雷電過電壓（又稱大氣過電壓、外部過電壓）和內部過電壓。 其中雷電過電壓rfl雷云宜接或間接對變電所或輸電線路（避雷線、桿塔或導線）放電造 成。一般雷電過電壓幅值較高，超過系統(tǒng)的額定工作電壓，但作用吋間較短，波頭吋間大 多數為1.52微秒，平均波長時間為30微秒，大于50微秒的很少。雷擊除了會威脅 輸電線路和電工設備的絕緣外，還會危害高建筑物、通信線路、天線、飛機、船舶、油 庫等設備的安全。因此，

10、這些方面的防雷也屬于高電壓技術的研究對象。高壓設備的絕緣應能承受各種高電壓的作用，包括交流和直流工作電壓、雷電過電 壓和內部過電壓。研究電介質在各種作用電壓下的絕緣特性、介電強度和放電機理，以 便合理解決電工設備的絕緣結構問題是高電壓技術的重要內容。高電斥防雷保護的探討1雷電的基礎知識1.1雷電形成及放電過程 1.1.1雷云形成由于大氣的劇烈運動，引起靜電摩擦和其他電離作用，使云團內部產生 了量的帶正、負電荷的帶電離子，又因空間電場力的作用，這些 帶電離子 定向垂直移動，使云團上部積累正電荷，下部積累負電荷（情況也可以相 反），云團內產生分層電荷，形成產生雷電的雷云。雷云的成因主要來自 于大氣

11、的運動，當雷云在天空移動時，在其下方的地面上會靜電感應出一 個帶相反電荷的地面陰影。如圖：1. 1.2雷電原理尖端放電與雷擊如果有一個帶尖鋒的金屬球，讓它帶上負電，由于電荷 同性相斥的作用，球體尖鋒部分 的電子受到同性電荷排斥力最 強，最容易被排斥而離開金屬球， 這就是“尖端放電，地而上相對較高的建筑物， 有時是避雷針，就好比金屬球上 的尖鋒。雷擊最容易在這些地方 發(fā)生。如圖所示：1.1.3雷云放電著名的雷云放電理論是“長間隙放電呼里論，該理論認為雷云對地放電的 過程可以分為四個階段：即云中放電、對地先導、定向閃擊和回閃四個階 段。具體過程是這樣的：雷云形成前，首先是云內放電和云間放電頻繁，云

12、 中放電造成云中電荷的重新分布和電場畸變，當云中電荷密集處的電場強 度達到25-30kv/cm的，就會由云團向地開始先導放電。先導放電是步進的，發(fā)展的平均速度為105-106m/s,各脈沖間隔約30-90 us,每階段推進約50m,跳躍著逐步向下延伸，當先驅放電距地50m左右, 可誘發(fā)迎面先導，通常迎面先導來自地面上最突出的部分（尖端放電最易 發(fā)生處），當對地先導和地面的迎面先導會合時，就形成了從云團到地面 的強烈電離通道。步進放電轉為定向閃擊。定向閃擊是沿最短路徑進行的，緊接著回閃，這時出現極大的電流，開 始雷電的主放電階段，即雷擊，在主放電中雷云與大地之間所聚集的大量 電荷，通過先驅放電所

13、開辟的狹小電離通道發(fā)生猛烈的電荷中和，放出能 量，引發(fā)強烈的閃光和雷鳴。主放電的時間極短，約50-100 ns,主放電過 程是逆著先導通道發(fā)展的，速度約為光速的1/20-1/2,主放電電流可達數十 ka,是全部雷電流的主要部分。主放電到達云端時就結束。然后殘余電荷經過主放電通道流過來，產生 短暫的余光。由于云中電阻較大，余光階段的電流只有數百安培。持續(xù)吋 間0.03-0.15秒之間。通常一次雷電過程包括3-4次放電。重復放電都是沿著第一次放電通 路發(fā)生的。12雷電形成相關聯的原理雷云放電原理1.3雷電的波形及參數131、雷電波形及參數是防雷工程設計中的重耍依據，根據這些數據才 可能正確估算電了

14、系統(tǒng)頻帶范圍內雷電沖擊的幅度和能量大小，進而確定 避雷措施。1.3.2、可以這樣描述一個雷電波， 幅值為iim波頭為t1,波長為t2的 電流波，記為tl/t2uso133、與標準雷電流波形圖不同之 處為，圖屮a點在0.3倍vm處，且 t1 = 1.67t也可以這樣描述一個雷h1波，幅值為vm,波頭為t1,波長為t2的電壓波，記為tl/t2uso14雷電的危害1.4.1雷電熱效應的破壞作用閃電表面上看只閃一次，實際上是一系列閃光，在閃光發(fā)生的瞬間， 雷電流在極短的時間內，以連續(xù)的、尖峰脈沖形式通過強大電流。尤其是直擊雷，它的放電電流平均達25 萬到4.5萬安培間，大雷暴時最高 達20萬安培。如果

15、雷電擊在樹木或建筑物 件上，被雷擊的物體瞬間將產生大 量熱能，市于雷電流很大，通過的 時間又極短（5010011 s）,根本來 不及散發(fā)，以致物體內部的水份大 量變成蒸氣，并迅速膨脹，產生口大的爆炸力，造成破壞。與雷電通道直 接接觸的金屬因高溫而熔化的可能性很大，因為通道的溫度可高大 600010000°c,甚至更高。因此在雷電流通道上遇到易燃物質，會引起火 災。1.4.2雷電流電動力的破壞作用如果雷擊的瞬間兩根平行架設的導線的電流ii和12都等于lookao 兩導線的間距為50cm,計算結果表明，這兩根導線每米要受到408kg的電 動力。408kg/m的力完全有可能將導線折斷。折成

16、銳角的導體間也受電動力 作用。1.5雷電的靜電感應和電磁感應 1.5.1雷電的靜電感應作用當空間有帶電的雷云時，雷云下的架空導線等處會由于靜電感應的作 用而帶上相反的電荷。當閃電發(fā)生后，由于架空導線與大地間的電阻較大, 導線上積累的大量電荷不能與大地的異種電荷迅速屮和，這就形成了局部 地區(qū)的感應高電壓。這類高電壓在高壓架空線上可達300400kv, 般低 壓架空線路可達100kv,電信線路可達4060kv,建筑物也會產生相當高 的危險高壓。這種過電壓對接地不良的電氣系統(tǒng)有很大的破壞作用，它可以在其路 徑上的任何金屬間隙中產生電弧打火，如果電弧打火發(fā)生于易燃場所中（如 汽油庫、瓦斯廠、火藥庫等場

17、所），會引起火災和爆炸，如果屯弧打火發(fā) 生在電路板上，則電路板將被破壞。1.5.2雷電的靜電感應原理圖電詣&1.5.3雷電的電磁感應原理由于雷電流有極人的峰值和陡度，可能在附近空間形成強大的瞬變電 磁場，一個5mx5m的開口金屬管，在雷電流峰值為100ka時，距離雷擊 點200m也可以感應到1000v左右的高壓。零點幾毫米的氣體間隙就可能 被擊破，發(fā)生有害火花，損壞電氣系統(tǒng)中的電氣元件。2電力系統(tǒng)防雷的基本知識2.1雷擊分類雷擊分直擊雷、雷電波侵入和雷電感應三種。與直擊雷相比，其最人的特點悄然發(fā)生，但范圍可達10公里以上。有以下 兒點： 雷直擊于變電站的導線或設備上。 變電站的避雷針落

18、雷時產生的過電壓。 沿線路傳來的雷屯波。2. 2變電站防雷保護變電站的防雷保護采用：避雷針、避雷器。變電站防侵入波保護 的主耍措施是在變電站內采用避雷器，在母線和進線處加裝避雷器。對于直擊雷的防護采用避雷針。避雷針和避雷線這兩種裝置都是通 過攔截措施，改變雷電波的入地路徑，從而起到防雷保護的作用。小變 電所多采用獨立避雷針，人變電所多在變電站構架上采用避雷針或避雷 線?；蛘咭部梢詢烧呦嘟Y合。2. 3架空線路的防雷保護常用到的儀器有避雷線、避雷器、自動重合閘。相對應的作用：避雷線是 防止線路遭受直擊雷，避雷器是防止雷電入侵波，自動重合閘是提高線路 遭雷擊后能夠避免瞬時性故障。2. 4避雷針作用及

19、分類：引雷、泄流、限幅及均壓。防直擊雷一一避雷針、避雷線。2. 5關于避雷針、避雷線運行中注意的問題反擊問題：當雷電流通過引下線和接地裝置入地時，會在接地引下線 和接地電阻上形成很高的電位升高，當避雷針和被保護物間的空氣間隙sa 不夠大時，避雷針上的高電位可擊穿空氣間隙而將高電位傳遞到被保護物 上稱為反擊，同樣當避雷針的接地裝置和被保護物接地裝置間的距離se不 夠大時，高電位可擊穿土壤反擊到被保護物的接地裝置上。一般sa不應小 于5m; se不應小于3m接觸電壓和跨步電壓的問題：當雷擊避雷針或桿塔時，如果有人站在 地面上而手去接觸塔什塔身或引下線時，作用在人的手和腳間的電壓(稱 為接觸電壓)又

20、由于雷電流在地中擴散時會在地面沿半徑各點形成不同的 電位，當人在附近行走時，人的兩腳間將會有電壓作用(稱為跨步電壓) 根據計算：尸77m內都有可能有跨步電壓危及的可能。一般規(guī)定“避雷針 及其接地裝置與道路或出入口的距離不宜小于3nt,即使如此，這一要求 仍不滿足要求。高電位引入的問題：如果在避雷針的桿塔上有低壓線或通信線，則將 沿這些線路傳入相應的低壓設備或通信設施，造成雷擊。感應的問題：當雷擊避雷針而使針體電位抬高時，在針體附近有限長 的孤立導體上將出現靜電感應過電壓。2. 6線路的耐雷性測定衡量線路耐雷性能的主要指標:耐雷水平 定義：雷擊時線路絕緣不發(fā)生沖擊閃絡的最大雷電流幅值，kao 表

21、1各級電壓送電線路的耐雷水平額定電壓3566110220 (kv)耐雷水平20-3030-6040-7575-110 (ka)雷擊跳閘率定義：雷電活動強度都折算為40個雷日、線路長度折算至100km條件下， 每年雷擊引起的線路跳閘次數，次（/100km年）。跳閘率越高，耐雷性能越 差。2. 7線路防雷設計的選定原則（1）提高耐雷水平，降低雷擊跳閘率，既避免線路因雷擊而頻繁跳閘，乂 不使線路防雷投資過于增加。（2）線路具體的防雷措施應根據電壓等級、負荷性質、系統(tǒng)運行方式、雷 電活動強弱、地形地貌和土壤電阻率等條件，結合運行經驗，通過技術經 濟比較后合理選定。3雷電流壓降導致的高電壓當雷擊于接閃器

22、或目標物后，雷電流將流經引下線或構筑物，再通過 接地網流入大地中，雷電流將在引下線或構筑物上，在接地網上產生電壓 降。此電壓降也是二次雷電壓。3.1接觸電壓接觸電壓是指接閃器的引下線的以及諸如鐵塔或構筑物在下泄雷電流時的 某個電壓。它是根據人身體的特點來定義的。人站在接地網里，在引下線、 鐵塔或構筑物旁，腳步離引下線、鐵塔或構筑物0.8m,人的手伸出在離地 高度為l8m的地方接觸引下線、鐵塔或構筑物，則在人手與腳步之間的電 壓稱為“接觸電壓''。接觸電壓不僅與雷電流的大小有關，還與人體的電阻和 腳底與地之間的電阻有關。需要指岀，接觸電壓是加在人的手與腳之間， 接觸電壓產半的電流

23、將流過人體軀干，對人來說是很危險的。如果是一側 的手與腳遭受接觸電壓，雷電流流過一側身體，那又稍好，如果遭受接地 觸電壓的手與腳不在同側，那雷電流就要流過心臟，危險就人了。3.2跨步電壓跨步電壓是指下泄雷電流的接地網或相鄰大地上相距0. 8m兩點之間的 電壓，因為人走路的步距平均為0. 8mo跨步電壓不僅與雷電流的大小有關，還與離開引下線（即電流注入點） 的距離有關。離引下線越近，跨步電壓越人；離引下線越遠，跨步電壓也 越小。具休分析人（畜）的跨步電壓時，還與跨步的位置與人小有關。人的 跨步稍小，就是0.8m左右吧，而畜的跨步就大多了，因此牲畜受到有跨步 電壓的傷害比人大很多。此外，人遭受跨步

24、電壓的襲擊時，雷電流是從一 支腳底進，而從另一支腳底出，只是人的下胯受到傷害，但雷電流不流過 軀體與心臟，因此對生命的威脅又稍輕。但對于牲畜來說，一方面由于它 們的跨步人于0.8m,另一方面，雷電流將流過心臟，因此跨步電壓對牲畜 的傷害更嚴重，往往導致它們的死亡。3. 3地電位分布不均與地電位的反擊當雷電流通過接地網擴散到大地中去吋，由于接地網有接地電阻，因 此接地網與大地無窮遠之間會有電壓降；同時由于接地網自身也有電阻和 電感，因此在接地網上還將有電壓降與電壓分布不均。第一章從雷害認識高電壓雷害，就是雷電高電壓造成的危害，因此，在分析雷害的原因時，應首先 抓住高電壓這個關鍵。不懂高電壓，或離

25、開了高電壓，就不能正確的分析 雷害事件。如果硬是要分析，給雷害事件提出這樣或那樣的解釋，那就只 能是違反科學的胡吹亂說了。雷害事件分析的思路應該是堅持嚴格的因果關系，從可見的傷害現象 與結果分析與判斷高電壓的來龍去脈。在分析過程中，應保持嚴格的邏輯 思維，科學的判斷，不得以猜測，估計代替科學的判斷。下而結合幾種主要的雷害類型介紹其對應的高電壓的性質與來龍去 脈。3. 3.1直接雷擊傷害直接雷擊就是雷電直接打在人畜身體（或物體）上，雷電放電電流的 全部或大部流經受害人畜的身體（或物體）。在所有雷電傷害屮這是最嚴重 的傷害。當人（或物體）在一個局部范圍內處于（或位于）比周圍環(huán)境和建筑 物高時，就成

26、為一個比周圍物體高的突出目標，特別是在人手持或肩抬著 長形物體時，更容易形成雷電襲擊的尖端。因為在雷電先導臨近時，那些 比周圍環(huán)境高的突出的人或物，其頂上或尖端處的電場強度最大，高電壓高電丿七防雷保護的探討的放電最容易在這些頂上或尖端處形成。一旦高電壓的放電形成，人（或 物體）就立即成為雷電的接閃器而遭到雷電的直接襲擊和傷害。特別需要指出，不僅人（物）處于對天空直接暴露的突出位置容易遭 受雷擊，當人處于山頭上的，或田間地頭上的簡易窩棚中也常遭受雷擊。 因為搭建這些簡易窩棚的材料乃是一些樹枝、柴草、塑料或紙板，它們兒 乎不會，或很少影響雷電先導與人體之間的雷電電場，即是說，在棚內的 人的頭部仍將

27、是與直接暴露于天空時的處境相似，在雷電到來時仍有可能 遭受直接襲擊。如果棚內還有長形的金屬物體或農具，這些金屬物體也將 成為雷電的接閃器。當雷直擊于窩棚時，其中的人也就同時受害。雷電主放電電流很大，其數量級為兒十ka到百千安以上。那么強大的 電流流過受害者的軀體，首先傷害的是受害者的大腦和心臟。因為人類的 心臟只要幾毫安的電流就足以使它發(fā)生心室纖維性顫動，停搏，雷電流也 會致使呼吸系統(tǒng)麻痹而停止呼吸，從而致人喪命。此外雷電流的極大的機 械效應足以撕裂受害者的皮膚和肌肉，而強烈的熱效應也足以燒焦受害者 的軀體。除直擊雷強大的電壓和電流對人身體的傷害外，伴隨而來的還有強烈 的震蕩聲波和強烈的電光刺

28、激對人體的傷害。遭受直接雷擊的人十有八九會死亡。但也有少數例外，受直接雷擊而 沒有死亡。一般來說，雷電壓很大，通常具有百萬伏級，甚至更高。這么 大的電壓擊于人的頭部時，在頭部皮膚還未來得及擊穿之前，雷電壓就在 人的軀體之外造成閃絡，閃絡的發(fā)生使頭部承受的電壓突然降低。閃絡形 成的電弧長度約為人體的高度。電弧中的電壓降不人，通常只有20v/cmo 假若人體的高度以1.7米計，那么人體從上到下的電壓降就將立即降至3.4 kv左右。人體的電阻通常只有約1000歐姆，這樣一來，通過人體的電流也 立即降至34安培。如果人穿著汗?jié)竦囊路?，或人體被雨水淋濕，人體表 面的電阻會降低得更小。這使通過人體的雷電流

29、更小。此電流的持續(xù)吋間與閃電的時間相同，在大多數情況下可能不超過百分之幾毫秒。如果人是 處于單腳觸地，這個電流雖然通過人體，但有可能沒有直接流過心臟，在 這個電流和這個持續(xù)時間之下，不一定能引起心臟的損壞，這就是為什么 有少數受到直接雷擊的人還能僥幸活著的原因。3.3.2感應電壓的傷害雷電感應電壓通常是指室外架空線路（包括電源線、通信線以及 各種低壓信號和控制線路）受到雷電的感應或直接襲擊后產工的雷電電壓 沿線路傳輸入室內，造成對人或電氣設備的傷害和損害。在雷雨天人在室內接電話受擊，人在靠近電燈或電線處受擊，電氣設 備的電源變壓器受擊損害等等，都是屬于沿線路傳入的感應電壓，或稱浪 涌電壓造成的

30、傷害和損害。一般說來，在人畜的身上應留下有兩個受擊點。一個是雷電壓的擊點, 即雷電流進入身體的點或部位；另一個是電流的流出點或部位。通常受擊 點在頭部或上身，而流出點在腳底或身體下部。3.3.3感應電流的傷害當雷電先導發(fā)展臨近地面時，先導頭部中積聚了大量的因熱游離 和碰撞游離產生的電荷，這些電荷與雷云內的電荷同極性。同時，先導頭 部的體積也增長得很大。先導頭部的體積最后可能達到多大，取決于雷云 中原來的電荷量。先導頭部與大地和地面上所有物體之間都有電容，此電 容上的電壓就是先導頭部的對地電壓。比較典型的例子如：（1）2001年首都機場遭受雷擊，七名飛機維修人員受傷，某教授錯誤地解 釋為微波爐效

31、應其實，七名維修人員正是受到雷電電容感應電流的傷害。（2）2004年浙江省臨海發(fā)生的雷擊致十余人死亡，多數人受傷的事件。在 死傷者中，有被雷直擊的，有遭從樹桿擊來的旁側閃擊，更多的僥幸未死高電丿七防雷保護的探討的人就是受到雷電電容感應電流的傷害。（3）2004年發(fā)生在居庸關長城的雷擊群傷事件，在鋒火臺內避南受擊的所 有人都受到這種雷電電容感應電流的傷害。（4）2007年重慶開縣義和小學的雷擊群死群傷事件，除死亡的學生外，其 他座在教室中間的學綸，以及老師，都受了到這種雷電電容感應電流的沖 擊。受到雷電電容感應電流傷害的人，感到震驚，麻痹，多數跌倒在地，并出 現短暫的失意，但隨后能自行醒來，身體

32、也無大礙。對于這樣的電容感應電流，普通的磚石、草木結構的房屋是不能保護的， 因為這樣的材料不能隔離位移電流的通過。只有接地的金屬屋面才能屏蔽 和隔離電容的感應，阻止位移電流的流過。3.3.4旁側閃擊的傷害當一個高的物體，如塔、墻壁、煙囪以及樹木等遭受雷擊時，強大的 雷電流沿物體下泄，這樣在物休表面就會有很人的電壓降。對于金屬塔、 避雷針或金屬引下線，在18米高的地方，就有對地電壓180kv,這個電壓 足以擊穿0.4米的空氣間隙。而對丁樹木、墻壁等非金屬物體，在同樣高度 的地方，對地電壓更高。如果人（畜）在此物體近旁避雨，即使沒有伸手 觸及此物體，但由丁站立的位置很靠近此物體，就有叮能遭受此電壓

33、從側 面的閃擊，稱作旁側閃擊旁側閃擊對人的傷害主要在上部，特別是在頭、肩或臂部位。因為雷 電壓多擊于人體的頭、肩、臂部，雷電流從上部進入身體，而從腳底出來。3.3.5接觸電壓的傷害接觸電壓的傷害與旁側閃擊相類似，只是這時人手或人體接觸到了塔 身或墻壁，雷電壓直接襲擊人體，而不是通過一個空氣間隙擊于人體。當 人體靠在塔身或墻壁上時，所受到的襲擊也是接觸電壓。3.3.6跨步電壓的傷害當雷電流經過一個接地極或接地網泄放入大地時，在接地極或接地網 上會出現電壓分布不均。這時靠近引下線（雷電流入地點）的地方，電 壓越高，而遠離引下線的地方，電壓越低。出人（或畜）的兩支腳位于接 地極附近或接地網上時，在兩

34、支腳之間就會有電壓降，人（畜）就會遭受 此電壓降的襲擊而在兩腳之間流過電流?？绮诫妷菏侵冈诮拥貥O附近或接 地網上相距o8m兩點之間的電壓。因人的步長大體上為0.8mo跨步電壓對人體的傷害主要在兩支腳之間，因為電流沒有經過人的心 臟，一般不會致人于死地。但對于大牲畜，如牛、馬或羊，因它們的步長 較大，受到的跨步電壓也比人體大得多。并且，當電流在前、后腳之間流 過時，會傷及它們的心臟，因此，跨步電壓常將大牲畜擊死。雷擊人（畜）死傷事件的調查，首先應從死傷者身上著手，從他們身 體上的傷情開始進行。通過身體上的傷情觀察，主要是皮膚和衣服的損壞 和損傷，顏色的變化等現象的觀察，找到受雷擊點（部位）在哪里

35、，雷電 流流出點（部位）在哪里。進一步觀察雷電流如何從受擊點進入身體，如 何流過身體，再如何從身體的流出點流出來。再進一步觀察受擊點和流出 點與周圍墻壁、電線、家具以及地面等物件z間的關系。判斷雷電壓是從 什么物體或地方襲擊到人休的受擊點的。雷電流從流出點又擊到什么地方 和物件。即是說，調查分析首先要找到和弄清雷電高電壓的來龍去脈。雷害事件的調查，首先是對受害人受雷電襲擊情況的調查,次之是對 雷電電壓侵入的路徑進行的分析。對死者的調查，就是要從死者身上找尋雷電高電壓的襲擊點和雷電流 的流出點。即是說，如果是二次雷電壓，二次雷電壓比一次雷（即直接雷擊）電 壓小很多。因此，在人的身體上只留下很小的

36、雷擊通道的痕跡。如果是受 到的直接雷擊，由于雷壓很高，雷電流很大，被擊人肯定會皮開肉綻。人 受雷擊后，只有很小的雷電流通過身體，從人的頭或背部進入身體，而從高電斥防雷保護的探討腳底出來，再通過（擊穿）鞋底，進入地面。人的身體上沒有顯著的傷痕, 只留下很小的放電痕跡。不注意，或無經驗，往往難于發(fā)現。建筑物受到的雷擊一般來說是直接雷擊。直接雷擊的電壓很高，對建 筑物的破壞也比較明顯，對受雷擊點的觀察和判斷比較容易確定。對雷擊 事件的分析主要在于建筑物在防護直接雷擊的方法與措施上有無缺陷，并 據此進行改進。對室內設備的雷擊損壞事件的分析比較復雜一些。首先應觀察與分析 有些什么設備受損，受損的部位在哪

37、里，受損程度如何等。通常室內設備受雷擊損壞主耍有三種可能：（1）沿線路傳入的感應雷高電壓，受損的部位主要在線路的入口處。設備 屮的電路有短路，開關跳閘，并伴有電弧燒灼痕跡，（2）電磁輻射干擾的襲擊。有的電子設備，如電腦，整天工作很好，可第 二天開機就發(fā)現不行?？蓮耐庥^上又難找到損壞的痕跡。這有可能是頭天 晚上打雷，雷電電磁輻射干擾損壞了設備中的微電子部件。（3）電氣設備的電源變壓器燒毀，可明顯看到受損的變壓器及與它的接線 的燒灼痕跡。這多是接地系統(tǒng)因電壓升高造成的反擊。4怎樣進行雷電災害防護4.1單位應定期由專業(yè)防雷公司檢測防雷設施，評估防雷設施是否符合國 家規(guī)范耍求，比如：學校、公司、區(qū)級以

38、上醫(yī)院、四星級以上賓館、城區(qū) 內高度在45米以上的高層建筑需兩年檢測一次。4.2單位應設立防范雷電災害責任人，負責防雷安全工作，建立各項防雷 安全工作，建立各項防雷設施的定期檢測，雷雨后的檢查和日常的維護。 如雷雨過后，安裝在電話程控交換機、電腦等電器設備電源上和信號線上的 過壓保護器應檢查有無損壞，發(fā)現損壞時應及時更換。4.3建設單位在防雷設施的設計和建設時，應根據地質、土壤、氣象、環(huán) 境、被保護物的特點，雷電活動規(guī)律等因素綜合考慮，采用安全可靠、技 術先進、經濟合理的設計施工。4.4應采用技術和質量均符合國家標準的防雷設備、器件、器材、避免使 用非標準防雷產品和器件。4.5新增加建設和新增

39、加安裝設備應同時對防雷系統(tǒng)進行重新設計和建 設，如：重新鋪設電腦網絡線、室外天線的移位和加高等等都應該重新設 計和建設防雷設施。4.6雷災發(fā)生時應及時處理，采取措施，避免再次雷擊。5雷電保護的整體概念建筑物的防雷保護 符合 iec61024-1dini vde 0185-100gb50057 要求i外部防雷保護室內防雷保護接閃器引下線雷電過電壓保護的等電位連接常豔豔豊體k接地網鑒黠部屏蔽mo部屏蔽hilt體通過防電器的等電位連接6六點防雷計劃針對雷電的危害，我們認為防雷必須是全面的。主要包括以下六方面:b、安全引導雷電流入地網c、完善的低阻地網d、消除地面回路e、電源的浪涌沖擊防護f、信號及數

40、據線的瞬變保護安全引爭電流信號及數據線的也變保護/ alta、控制雷擊點（采用大保護范圍的避雷針）但是經過長期的摸索與實踐，已積累起很多有關防雷的知識和經驗，形成 一系列對防雷行z有效的方法和技術，這些方法和技術對各行各業(yè)進行行 之有效地預防雷電災害具有普遍的指導意義。6. 1接閃co接閃就是讓在一定范圍陽山硼臚能量按照人們設計的通道泄放到 大地中去。地面通信臺站的安全在很大程度上取決于能不能利用有效的接 閃裝置，把一定保護范圍的閃電放電捕獲到，納入預先設計的對地泄放的 合理途徑之中。避雷針是一種主動式接閃裝置，其英文原名是lightning高電丿七防雷保護的探討nductor,原意是閃電引導

41、器，其功能就是把閃電電流引導入大地。避雷線 和避雷帶是在避雷針基礎上發(fā)展起來的。采用避雷針是最首耍、最基本的 防雷措施。6. 2均壓連接接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至高電位，會對防雷系統(tǒng)周圍的 尚處于地電位的導體產生旁側閃絡，并使其電位升高，進而對人員和設備 構成危害。為了減少這種閃絡危險，最簡單的辦法是采用均壓環(huán)，將處于 地電位的導體等電位連接起來，一直到接地裝置。臺站內的金屬設施、電 氣裝置和電子設備，如果其與防雷系統(tǒng)的導體，特別是接閃裝置的距離達 不到規(guī)定的安全要求吋，則應該用較粗的導線把它們與防雷系統(tǒng)進行等電 位連接。這樣在閃電電流通過時，臺站內的所有設施立即形成一個等電位 島7

42、保證導電部件之間不產生有害的電位差，不發(fā)生旁側閃絡放電。完善 的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產生的反擊。6. 3接地接地就是讓己經納入防雷系統(tǒng)的閃電能量泄放入大地，良好的接地才能 有效地降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。過去有些規(guī)范要求電了設備單 獨接地，目的是防止電網中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設備的正常工作。90 年代以前，部隊的通信導航裝備以電子管器件為主，采用模擬通信方式， 模擬通信對干擾特別敏感，為了抗干擾，所以都采取電源與通信接地分開 的辦法?，F在，防雷工程領域不捉倡單獨接地。在iec標準和itu相關標準 中都不提倡單獨接地，美國標準ieeestdlloo-199

43、2更尖銳地指出:不建議采 用任何一種所謂分開的、獨立的、計算機的、電子的或其它這類不正確的 大地接地體作為設備接地導體的一個連接點。接地是防雷系統(tǒng)中最基礎的 環(huán)節(jié)。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮岀來。防雷接地是 地面通信臺站安裝驗收規(guī)范中最基本的安全要求。6.4分流分流就是在一切從室外來的導線（包括電力電源線、電話線、信號線、 天線的饋線等）與接地線之間并聯一種適當的避雷器。當直接雷或感應雷 在線路上產生的過電壓波沿著這些導線進入室內或設備時，避雷器的電阻 突然降到低值，近于短路狀態(tài)，將閃電電流分流入地。分流是現代防雷技術中迅猛發(fā)展的重點，是防護各種電氣電了設備的關 鍵措施。近年來

44、頻繁出現的新形式雷害幾乎都需要釆用這種方式來解決。 由于雷電流在分流之后，仍會有少部分沿導線進入設備，這對于不耐高壓高電斥防雷保護的探討的微電子設備來說仍是很危險的，所以對于這類設備在導線進入機殼前應 進行多級分流?，F在避雷器的研究與發(fā)展，也超出了分流的范圍。有些避雷器可直接串 聯在信號線或天線的饋線上，它們能讓有用信號順暢通過，而對雷電過壓 波進行阻隔。釆用分流這防雷措施吋，應特別注意避雷器性能參數的選 擇，因為附加設施的安裝或多或少地會影響系統(tǒng)的性能。比如信號避雷器 的接入應不影響系統(tǒng)的傳輸速率；天饋避雷器在通帶內的損耗要盡量小； 若使用在定向設備上，不能導致定位誤差。& 5屏屏蔽

45、就是用金屬網、箔、殼、管等導體把需要保護的對象包圍起來，阻 隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對 電子設備影響的最有效方法。7國內外電網防雷研究的現狀7.1變電站防雷保護的現狀變電所防雷保護是一個系統(tǒng)工程。它rti 3個子系統(tǒng)即三道防線組成：第一道防線，即第一子系統(tǒng)的作用是防止雷直擊變電所電力設備。雷 擊是無法阻止的，只能通過攔截導引改變其入地路徑。好的設計和建設， 能避免破壞性后果。這道防線由攔截受雷（接閃）、引流、接地散流防護 系統(tǒng)組成。接閃器有避雷針（線），小變電所大多采用獨立避雷針，大變 電所大多在變電所架構上采用避雷針或避雷線，或這兩者結合，對引流線 和接

46、地裝置都有嚴格的要求。宣稱xx避雷針保護范圍大，或xx計算方法準確等都不符合實際情況。 事實上，避雷針（線）的攔截雷效應，即對被保護物的保護作用（保護范 圍），與雷電極性、雷電通道電荷分布、空間電荷分布、先導頭部電位、 放電定位高度、避雷針的數量和高度、被保護物的高度以及相互之間的位 置、當時的大氣條件和地理條件等因素有關。一般地說，地理條件（包括 地貌和地質結構）影響雷擊先導階段電場分布，從而影響到主放電的發(fā)展; 大氣條件的影響是空氣濕度和溫度愈高，避雷針（線）保護效果就愈?。?還有，雷電流幅值（或放電定位高度）愈大，避雷針（線）攔截雷范圍就 愈大，也即是保護范圍愈大。攔截雷的避雷針保護范圍

47、與這么多因素有關, 而且這些因素中許多是隨機性的，能完全免遭雷擊的避雷針（線）絕對保 護范圍是沒有的。所謂保護范圍是指被保護物在此空間范圍內遭受雷擊的 概率在可接受值之內。各種文件規(guī)定的不同保護范圍只是允許遭受雷擊的 概率不同而已。美國推薦性的ieeestd 142-1991中第33. 31節(jié)介紹: 計算避雷針保護范圍時采用滾球半徑（即雷擊半徑）為30m,大約保護范 圍內雷擊概率為01%,采用45m,人約為05%。企圖從一些很不夠的 條件和參數開發(fā)定量求出避雷針（線）不同保護范圍繞擊率的計算方法，高電用防雷保護的探討如電氣幾何擊距法，滾球法，拋球法等，都是積極的、有益的。但迄今為 止，這些方法

48、算出的避雷針（線）在不同保護范圍時的繞擊率都是定性的, 定量是不可信的。正如前述,避雷針（線）保護范圍受很多因素影響，其 中一些因索的影響至今無法定量。這些方法中應用的一個關鍵參數，如電 氣兒何擊距法中的擊距、滾球法和拋球法中的球半徑，定性上是隨著雷電 流增大而增大，定量就難了。至今，人們還不知道擊距或球半徑3060m 的長空氣隙擊穿電壓值，不討論實驗室空氣間隙放電是否逼真自然雷擊放 電。至今世界上最大實驗室做的最長的雷電沖擊波空氣間隙放電距離也只 有10m左右，將其向外延長用到3060m或以上，有的按3kv / cm,有的 按5kv / cm推算，得出了很多在同一雷電流下不同擊距或球半徑的計

49、算公 式，這是必然結果。同時，從實驗室雷電沖擊波10m左右空氣間障放電電 壓值，外延用于確定3060m或以上的自然雷擊放電電壓值，令人難以置 信。此外電氣幾何擊距法、滾球法、拋球法的一個共同特點是誰距離短就 擊誰，也與實驗室獲得的放電現象不符合，放電有分散性和曲折多分支路, 并不一定擊中距離短的物體。鑒于上述理由，電力行業(yè)標準dl/t 620-1997交流電氣裝 置的過 電壓保護和絕緣配合，關于避雷針（線）的保護范圍仍沿用過去方法。 統(tǒng)計我國4272變電所運行年的經驗，表明按這種方法計算的保護范圍繞擊 率為0. 07次/ 100所a （5）,這是可以接受的，沒有必要改變，否則會 造成混亂和浪費

50、。變電所現行的直擊雷防護的可靠性，比沿架空輸電線路 導線侵入的雷電防護高10倍以上。變電所的危險主要來自沿架空輸電線路 導線上的侵入波。第二道防線，即第二子系統(tǒng)為進線保護段。雷擊進線保護段首端及以 外時，絕大部分雷電流被引入地中，只有很小部分的雷電流沿架空線路導 線侵入變電所。雷電波沿架空線路導線傳播時，受沖擊電暈和大地效應影 響而衰減，能降到變電所電氣裝置絕緣強度的允許值。變電所的主要危險是來自進線保護段之內的架空線路遭雷擊，反擊導線或繞擊導線產生雷電 侵入波，因此進線段又稱危險段。加強進線段防雷保護是十分重要的，要 求避雷線具有很好的屏蔽和較高的耐雷水平。不管如何，反擊和繞擊仍是 可能的。

51、因此，變電所設防（第三道防線）耍求的進線保護段（危險段） 愈短愈好，這樣允許侵入波的陡度和幅值較大。第三道防線，即第三子系統(tǒng)期望將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置 絕緣強度允許值以內。我國主要是采用金屬氧化物避雷器（moa）,西方 國家除用moa外，還在所有電氣裝置上安裝空氣間隙，在moa失效后空 氣間隙可作為后備保護。總之，由這三個子系統(tǒng)的三道防線構成一個完整的變電所防雷保護系 統(tǒng)。這三道防線各負其責，缺一不可，不存在誰替代誰的問題。只是視具 體情況不同，哪一道防線設置保護元件多少不同而已?，F在市場上的各種 防雷保護裝置，實際上只是整個防雷保護系統(tǒng)中的一個保護元件，只起某 一方面的保護作用，

52、那種把這三道防線割裂開來，孤立設置的方法是錯誤 的。三道防線之間關系密切，互相影響，尤其是二、三道防線之間，若第 三道防線能力強，可縮短第二道防線危險段的長度，提高變電所耐雷 可靠性；若第二道防線能力很強，可以減輕第三道防線負擔，變電所耐雷 可靠性將得到提高。電力變壓器繞組各側設防的耐雷可靠性應一致眾所周 知，電力變壓器不論哪一側繞組損壞，變壓器都要停運和修理。因此變壓 器繞組各側設防的耐雷可靠性應一致。電力變壓器防雷保護的簡繁應根據 容量大小、損壞影響程度及供電重要性決定。所以iec99-4以交流無間隙 金屬氧化物避雷器（wgmoa）的標稱放電電流值（in）來分類，女h20ka、 10ka、

53、5ka、25ka、15ka等，in等級不同，試驗要求不同。用戶根據 電力變壓器的不同重耍性來選用wgmoa的in等級。西方制造企業(yè) wgmoa型錄1）中明確說明：電站wgmoa的in分為10ka和20ka 兩個等級;in=10ka 的，ur 為 3336ka； in=20ka 的，ur 為 3800kv； 配電型wgmoa的in只有5ka。用戶可很方便地選用。例如大容量變壓器, 保護高壓或超高壓一次側繞組絕緣選用wgmoa的in = 10ka或20ka,而 二次中壓側wgmoa也應選用in = 10ka或20ka。in等級實際上反映變壓 器的耐雷可靠性，即風險程度。原則是耍求電力變壓器繞組各側

54、設防耐雷 可靠性一致。各側wgmoa選用相同等級in是重要措施之一：在我國一 些標準中，wgmoa分類和電力變壓器各側繞組的防雷保護，實際上是按 電力系統(tǒng)標稱電壓等級來劃分和設防的，不論變壓器一次側繞組電壓等級 多高，是高壓或超高壓，不論容量多大，是兒百mva或小容量，不論一次 側繞組采用wg-moa的in = 10ka還是20ka,例如二側繞組為35ka等 級，一律規(guī)定wgmoa的in = 5ka,防雷保護一個模式“一刀切s這 樣，電力變壓器一、二次側耐雷可靠性是不配合的，防雷薄弱環(huán)節(jié)在二次 中壓側是顯而易見的。1990-1994年全國在役的llokv及以上等級電力變 壓器類設備（未 包括農

55、口管理的設備）的運行情況及事故統(tǒng)計分析完全證 實了這點；或許有人會說，過去的碳化硅閥式避雷器（sica）的in就是 5kao請不要忘記，那時一、二次側sica的in都是5ka,耐雷可靠性一致。 或許有人會說，屮壓閥式避雷器流過的雷電流沒有高壓或超高壓側大。但 實測流過避雷器的雷電流恰好相反。1958年國際人電網會議（cigre）第 33學術委員會（sc33）第1工作組（wg3301）報告中指出：“通過 閥式避雷器最大的雷屯流是發(fā)生在屮壓等級以下者流過閥式避雷器的雷 電流幅值和陡度是隨機變量，是非固定值，按概率分布。選用較高in等級 的wgmoa,實質上是加強了電力變壓器防雷保護的可靠性。而較高

56、in等 級wgmoa增加的造價，相對于人容量電力變壓器造價來說是極小的。 wgmoa是積木式的，在技術上不存在任何困難。選用沿架空輸電線路導線侵入到變電所的雷電陡度和幅值不應“一刀 切二wgmoa至被保護物（如電力變壓器）之間允許的最大距離決定于沿 架空輸電線路導線侵入到變電所雷電波的陡度和幅值。但影響該參數的因索很多，如直擊雷電參數（幅值、陡度和波的長度等）、進線段參數（避 雷線根數和布置位置、桿塔高度和桿塔波阻、接地沖擊電阻等）和雷擊點 位置（雷擊點至wgmoa距離等）。由此可見，侵入到變電所的雷電波陡 度和幅值是隨機變量，非固定值，按概率分布。選用多大侵入波陡度和幅 值實際上反映了被保護電氣裝置耐雷的可靠性程度。因此，應視被保護物 （如電力變壓器）的重耍性不同，分別選用不同的侵入變電所雷電波的陡 度和幅值，那種同一電壓等級，不管重要性（容量大小、事故影響程度） 差杲，一律“一刀切"，選用同一雷電波陡度和幅值的方法是不可取的。確定侵入到變電所的雷電波需耍進行大量試驗運行經驗總結和統(tǒng)計 分析。我國從1954年至今，是采用如表1所示前蘇聯的規(guī)定值，運行經驗 表明，這些值一般是可接受的，但對氣體絕緣裝置（gis）等新設備和大容 量變壓器，技術經濟是否最佳還有待實踐的檢驗。在美國ieee規(guī)范中，66kv及