傳輸線的波阻抗

1、建筑物外部防雷系統(tǒng)雷電的形成與危害雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸工程防雷體系及建筑物防雷類(lèi)別建筑物外部防雷系統(tǒng)雷電的形成與危害圖1 雷云對(duì)大地放電（直擊雷）示意圖a) 負(fù)雷云出現(xiàn)在大地建筑物上方時(shí) b) 負(fù)雷云對(duì)建筑物頂部尖端放電時(shí)雷電的形成與危害 一、雷電的形成與危害 1、形成 形成過(guò)程：雷云，先導(dǎo)（向下先導(dǎo)、迎面先導(dǎo)） 放電，主放電，余輝放電。 雷擊方式：直接雷擊，感應(yīng)雷擊。 2、危害 熱效應(yīng)，機(jī)械力效應(yīng)，電磁效應(yīng)。 能量巨大，破壞力強(qiáng)。 雷電的形成與危害 二、雷電參數(shù)1、氣象參數(shù) 雷暴日，雷暴小時(shí)。按雷暴日可劃分雷擊強(qiáng)度區(qū)域： 少雷區(qū)：年雷暴日少于15； 多雷區(qū)：年雷暴日4090； 強(qiáng)雷區(qū)：年雷

2、暴日大于90。雷電的形成與危害 2、電氣參數(shù) （1）雷擊基本形式及其組合 閃擊：雷電向大地或地表附著物的放電稱為閃擊。 雷擊：閃擊過(guò)程中的每一次放電稱為一次雷擊。 通常一個(gè)閃擊過(guò)程包含有若干次雷擊。 閃擊又分為由雷云向建筑物發(fā)展向下閃擊和由建筑物向雷云發(fā)展的向上閃擊。雷電的形成與危害雷電的形成與危害雷電的形成與危害雷電的形成與危害（2）建筑物防雷工程中雷電參數(shù)取值 建筑防雷工程中關(guān)心的是受雷擊的對(duì)象（即建筑物）實(shí)際承受的雷擊參量大小，這些參量應(yīng)按一定概率下最不利的情況考慮。因此防雷工程中所關(guān)心的雷電參量，不再只與雷電本身有關(guān)，還與受雷擊對(duì)象的特性相關(guān)。 雷電的形成與危害首次短時(shí)雷擊的雷電流參數(shù)

3、雷電流參數(shù)防雷建筑類(lèi)別一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)I幅值/kA200150100T1波頭時(shí)間/s101010T2波頭時(shí)間/s350350350Qs電荷量/C1007550W/R單位能量/(MJ/)105.62.5雷電的形成與危害后續(xù)短時(shí)雷擊的雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類(lèi)別一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)I幅值/kA5037.525T1波頭時(shí)間/s0.250.250.25T2波頭時(shí)間/s100100100I/T1平均陡度/(kA/s)200150100雷電的形成與危害長(zhǎng)時(shí)間雷擊的雷電流參數(shù)雷電流參數(shù)防雷建筑類(lèi)別一類(lèi)二類(lèi)三類(lèi)Q1電荷量/C5037.525T時(shí)間/s0.250.250.25雷電的形成與危害（3）雷電波的表述 通常用T

4、1/T2波形表達(dá)，這里符號(hào)“/”沒(méi)有除法運(yùn)算的含義，僅指雷電波波頭時(shí)間與半峰時(shí)間的一種組合。 例如，常用的試驗(yàn)波形有10/350s電流波、8/20s電流波、1.2/50s電壓波等。雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 一、傳輸線 1、集中與分布參數(shù)電路 關(guān)鍵：電路尺寸與電磁波波長(zhǎng)的相對(duì)大小。 電路尺寸 遠(yuǎn)小于 電磁波波長(zhǎng)集中參數(shù)電路 電路尺寸 可比于 電磁波波長(zhǎng)分布參數(shù)電路 為什么幾何尺寸尺寸如此重要？雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 2、傳輸線簡(jiǎn)介 （1）集中與分布參數(shù)電路的主要區(qū)別 集中參數(shù)電路：電流、電壓只是時(shí)間的函數(shù)，在一個(gè)支路范圍內(nèi)與位置無(wú)關(guān)。 u=u（t），i=i（t） 分布參數(shù)電路

5、：電流、電壓不僅是時(shí)間的函數(shù)，還是位置的函數(shù)，即： u=u（x，t），i=i（x，t） 因此，分布參數(shù)電路中沒(méi)有節(jié)點(diǎn)、支路等概念，KCL、KVL不再成立。 雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 （2）傳輸線的波阻抗 傳輸線上某一點(diǎn)同向傳輸?shù)碾妷弘娏髦龋凶鲈擖c(diǎn)的波阻抗。 Z（x）=u（x，t）/i（x，t） 波阻抗也是一個(gè)位置的函數(shù)。 解釋線性傳輸線，均勻傳輸線，傳輸線的波阻抗。 波阻抗只表明某一點(diǎn)上電壓和電流的比例關(guān)系，但并不表明能量消耗，因此與集中參數(shù)電路中的阻抗有本質(zhì)的差異。 雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 （3）傳輸線的等效電路 如何用集中參數(shù)電路的方法去分析實(shí)為分布參數(shù)電路的傳輸線？ “長(zhǎng)”與“短”的相

6、對(duì)性及條件轉(zhuǎn)換。 傳輸線上某一點(diǎn)和緊鄰的下一點(diǎn)上電流都可能不同，說(shuō)明傳輸線上可以有凈電荷的集聚。雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸傳輸線的集中參數(shù)等效電路 無(wú)限分割級(jí)聯(lián)組合雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 二、傳輸線上的行波 （1）行波概念 整體看：傳輸線比作鐵路，行波就好比火車(chē)。 就傳輸線上任一固定點(diǎn)看：該點(diǎn)上電壓（電流）隨時(shí)間的變化，表明不同時(shí)刻通過(guò)該點(diǎn)的電壓（電流）行波的瞬時(shí)值。行波實(shí)際表明了能量在空間的傳輸。 （2）行波波速 v 2=1/（L0C0）=1/（00 ） 雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 （3）行波的折射與反射 當(dāng)傳輸路徑上波阻抗變化時(shí)，由于電場(chǎng)與磁場(chǎng)能量 的重新分配，會(huì)產(chǎn)生波的折射與反射現(xiàn)象。 電流波：

7、表明了磁場(chǎng)能量的傳播。 電壓波：表明了電場(chǎng)能量的傳播。 波阻抗：表明了磁場(chǎng)與電場(chǎng)能量的比例。 根據(jù)能量守恒定律，波阻抗變化時(shí)，會(huì)發(fā)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)能量的轉(zhuǎn)換，使電流波和電壓波發(fā)生變化。 （4）示例雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸末端開(kāi)路末端短路雷電能量在導(dǎo)體上的傳輸 三、導(dǎo)體上雷電能量傳輸與傳輸線的關(guān)系 雷電波中能量不可忽略的諧波頻率達(dá)MHz級(jí)。相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為幾十到幾百米，已小于一般電力或信息線路長(zhǎng)度，達(dá)到與建筑物尺度可比擬的程度。 討論線路上雷電能量傳輸時(shí)，均將其看作為行波。 討論建筑物上雷電能量傳輸時(shí)，有時(shí)仍可近似將導(dǎo)體當(dāng)作集中參數(shù)電路處理。工程防雷體系及建筑物防雷類(lèi)別 一、工程防雷體系 1、工程防雷標(biāo)

8、準(zhǔn)簡(jiǎn)述 IEC/TC81國(guó)際電工委員會(huì)雷電防護(hù)技術(shù)委員會(huì)。IEC-61024（1990實(shí)施）IEC-62305（2003始逐漸替換IEC-61024） IEC/TC64國(guó)際電工委員會(huì)建筑物電氣裝置和電擊防護(hù)技術(shù)委員會(huì)。 IEC/TC37國(guó)際電工委員會(huì)避雷器和電涌保護(hù)器技術(shù)委員會(huì)。 工程防雷體系及建筑物防雷類(lèi)別2、工程防雷體系結(jié)構(gòu)工程防雷體系及建筑物防雷類(lèi)別 二、建筑物防雷類(lèi)別 1、建筑防雷類(lèi)別劃分的目的與結(jié)果 （1）目的。明確建筑物受雷擊的概率，明確建筑物受雷擊后果的嚴(yán)重程度，明確防護(hù)嚴(yán)密程度要求。 （2）類(lèi)別劃分。劃分為三個(gè)類(lèi)別。一類(lèi)防雷要求最高，二類(lèi)次之，三類(lèi)最低。 不在以上三個(gè)類(lèi)別中的建

9、筑物，可不做人工防雷。 工程防雷體系及建筑物防雷類(lèi)別 2、建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N計(jì)算 該參數(shù)表明了建筑物受雷擊的概率，有專門(mén)的工程計(jì)算方法，與建筑物體量、雷電氣象參數(shù)、建筑物所處位置環(huán)境狀況等有關(guān)。 該參數(shù)是劃分建筑物防雷類(lèi)別的重要依據(jù)之一。建筑物外部防雷系統(tǒng) 主要防直擊雷（含頂擊和側(cè)擊），也包括反擊。 外部防雷系統(tǒng)是建筑防雷體系中的第一道防線，是內(nèi)部防雷的基礎(chǔ)，是預(yù)防性體系。 基本思路：控制雷電能量走向，使其以對(duì)建筑物危害最小的方式泄放。建筑物外部防雷系統(tǒng) 一、系統(tǒng)構(gòu)成 由接閃器、引下線和接地裝置構(gòu)成。 1、接閃器 作用：引雷擊向自身，以控制雷云向建筑物放電的部位，實(shí)質(zhì)為引雷器。一般設(shè)置在高

10、出建筑物的高度上。 原理：利用自身高出建筑物的突出地位和金屬材料能夠快速聚集大量電荷的特性，以及尖端放電機(jī)理，控制雷電先導(dǎo)的發(fā)展方向。建筑物外部防雷系統(tǒng) 類(lèi)型：人工接閃器，自然接閃器。 人工接閃器：避雷針、線、帶、網(wǎng)等；自然接閃器：金屬屋面、桿塔等。建筑物外部防雷系統(tǒng) 2、引下線 作用：將接閃器接受的雷電能量由高處引向大地。 常見(jiàn)類(lèi)型：人工引下線，自然引下線。 人工引下線：鍍鋅圓鋼、扁鋼，同軸屏蔽電纜等。 自然引下線：建筑物柱內(nèi)鋼筋等，構(gòu)筑物金屬桿體等。建筑物外部防雷系統(tǒng) 3、防雷接地體 作用：使雷電能量更有效率地向大地泄放。 常見(jiàn)類(lèi)型：自然接地體，人工接地體。建筑物防雷系統(tǒng)示例建筑物外部防雷

11、系統(tǒng) 二、接閃器保護(hù)范圍 滾球法、網(wǎng)格尺寸法、折線法（不推薦）。 1、滾球法 （1）原理。設(shè)立以hr為半徑的一個(gè)假想硬殼球體（稱為滾球），沿需要防直擊雷的部位滾動(dòng)，當(dāng)球體只能觸及接閃器、或只觸及接閃器和地面，而不能觸及被保護(hù)建筑物時(shí)，則建筑物各部位就得到接閃器的保護(hù)，否則需要對(duì)建筑物上被滾球觸及的區(qū)域進(jìn)一步設(shè)置保護(hù)，建筑物外部防雷系統(tǒng)建筑物外部防雷系統(tǒng) （2）應(yīng)用 用于各種接閃器保護(hù)范圍確定，也用于較高建筑物對(duì)鄰近較低建筑物保護(hù)范圍確定。 （3）滾球半徑hr取值 按建筑物防雷類(lèi)別固定取值： 一類(lèi)防雷建筑：30m； 二類(lèi)防雷建筑：45m； 三類(lèi)防雷建筑：60m。建筑物外部防雷系統(tǒng) 2、網(wǎng)格尺寸法 控制避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸大小，就能有效地保護(hù)建筑物。（以下單位：m） 一類(lèi)防雷建筑：5X5或6X4以下。 二類(lèi)防雷建筑：10X10或12X8以下。 三類(lèi)防雷建筑：20X20或24X16以下。 滾球法與網(wǎng)格尺寸法的關(guān)系：滾球法適用于任何接閃器，網(wǎng)格尺寸法適用于避雷網(wǎng)。對(duì)避雷網(wǎng)，兩種方法可各自獨(dú)立應(yīng)用，滿足其一即可。 建筑物外部防雷系統(tǒng) 三、典型接閃器保護(hù)范圍計(jì)算 （一）避雷針保護(hù)范圍計(jì)算 1、單只避雷針保護(hù)范圍計(jì)算 分針高小于和大于滾球半徑兩種情況。 針高大于滾球半徑時(shí)，高出滾球半徑的部分對(duì)增大保護(hù)范圍無(wú)效，保護(hù)范圍按針高等于滾球半徑計(jì)算。建筑物外部防雷系統(tǒng)建筑物外部防雷系統(tǒng)建筑物外部防雷系統(tǒng)