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文檔簡介
雷電自然中最宏偉壯觀的現(xiàn)象,也是最普遍的現(xiàn)象之一,它對人類的生活環(huán)境、工作條件等都造成了很大的影響,因此對雷電的研究和防護(hù)意義重大。早在18世紀(jì)初,富蘭克林等物理學(xué)家已經(jīng)揭示了“閃電就是電”的本質(zhì),而隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展,人們對雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識。第七章雷電放電及防雷保護(hù)裝置從電力工程的角度來看,最值得我們注意的兩個方面是:雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓,它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一產(chǎn)生巨大電流,使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動力引起機(jī)械損壞。雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長氣隙的火花放電,它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安,從而會引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。雷云的形成雷電放電過程雷電參數(shù)雷電過電壓的形成第一節(jié)雷電過程與雷電參數(shù)雷云的形成機(jī)理獲得比較廣泛認(rèn)同的是水滴分裂起電理論:大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫,出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象,大水珠帶正電,小水沫帶負(fù)電,細(xì)微水沫被上升。氣流帶往高空,形成大片帶負(fù)電的雷云。
雷云下部局部正電荷區(qū)。一、雷云的形成
雷電放電過程基本過程:先導(dǎo)放電階段;主放電階段;余輝放電階段主放電:先導(dǎo)靠近地面時,進(jìn)入主放電階段,強(qiáng)烈的電荷中和過程,伴隨著雷鳴和閃光。主放電的時間極短,只有50~100微秒,放電發(fā)展速度50~100m/微秒。電流幅值高達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百千安;余輝階段:主放電完成后,云中剩余電荷沿著導(dǎo)電通道開始流向大地,這一階段稱放電的余輝階段,電流數(shù)百安。先導(dǎo)放電:雷云中的電荷分布是不均勻的,當(dāng)雷云中的某個電荷密集中心的電場強(qiáng)度達(dá)到空氣擊穿場強(qiáng)(25~30kV/cm,有水滴時僅為10kV/cm)時,空氣便開始電離,形成指向大地的一段電離的微弱導(dǎo)電通道;分級先導(dǎo):多次先導(dǎo)主放電的重復(fù)過程,每次間歇時間為幾十毫秒,放電次數(shù)一般為2~3次,最多為40次雷云中可能存在多個電荷中心,當(dāng)?shù)谝粋€電荷中心完成上述放電過程后,可能引起其他電荷中心向第一個中心放電,并沿著第一次放電通路發(fā)展。(一)雷電活動頻度——雷暴日及雷暴小時
雷暴日Td是一年中發(fā)生雷電的天數(shù),以聽到雷聲為準(zhǔn),在一天內(nèi)只要聽到過雷聲,無論次數(shù)多少,均計為一個雷暴日。雷暴小時Th是一年中發(fā)生雷電放電的小時數(shù),在一個小時內(nèi)只要有一次雷電,即計為一個雷電小時。一個雷暴日折合三個雷暴小時。雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān)Td<15,少雷區(qū);>40,多雷區(qū);>90,強(qiáng)雷區(qū)三、雷電參數(shù)雷暴日和雷暴小時的統(tǒng)計中,并沒有區(qū)分雷云之間的放電和雷云對地的放電。但是,只有落地雷才有可能產(chǎn)生對電力系統(tǒng)造成危害的過電壓。(二)地面落雷密度()和雷擊選擇性
表示每平方公里地面在一個雷暴日受到的平均雷擊次數(shù)。
我國標(biāo)準(zhǔn)對Td=40的地區(qū),?。?.07
(三)雷道波阻抗(Z0)雷電通道長度數(shù)千米,主放電時如同導(dǎo)體,類似于一條分布參數(shù)線路,具有某一等值波阻抗,稱為雷道波阻抗。主放電過程可看作是一個電流波沿著波阻抗為Z0的雷道投射到雷擊點(diǎn)的波過程。我國有關(guān)規(guī)程建議取Z0≈300Ω負(fù)極性雷擊均占75~90%,對設(shè)備絕緣危害較大,防雷計算中一般均按負(fù)極性考慮。(五)雷電流幅值()
通常定義雷電流為雷擊于低阻接地電阻(≤30Ω)的物體時流過雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波的兩倍,即
一般地區(qū),雷電流幅值超過的概率可按下式計算(四)雷電的極性(七)雷電流的計算波形1、雙指數(shù)波2、斜角波3、斜角平頂波4、半余弦波在防雷計算中,按不同要求采用不同的計算波形(八)雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時間有55%的對地雷擊包含兩次以上的重復(fù)沖擊;3~5次沖擊者有25%;10次以上者有4%。平均重復(fù)沖擊次數(shù)取3次。(九)放電能量A=QU=107V×20C=20×107W.s(200MW秒),放電能量不大,但是在極短時間內(nèi)放出的,因而功率很大。四、雷電過電壓的形成(一)雷電放電的計算模型先導(dǎo)放電階段:雖然有束縛電荷的存在,但是由于負(fù)電荷移動較慢,故線路上產(chǎn)生的的電流較小,相應(yīng)的電壓也較小,可忽略。主放電階段:負(fù)電荷迅速被中和,束縛的正電荷產(chǎn)生的電場使導(dǎo)線對地形成一定電壓,而雷電流產(chǎn)生的磁通在導(dǎo)線也感應(yīng)出一定電壓。這兩者之和就是感應(yīng)雷擊過電壓,分別稱為雷擊過電壓的靜電分量和電磁分量。小結(jié)獲得比較廣泛認(rèn)同的雷云形成機(jī)理為水滴分裂起電理論。雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長氣隙的火花放電。其發(fā)展過程分為三個階段:
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