可控放電避雷針說明書

1、控制放電避雷針國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢華瑞防雷技術(shù)股份制公司目錄一、概要二、富蘭克林避雷針的局限性三、能夠控制放電避雷針的保護(hù)原理四、能夠控制放電避雷針的保護(hù)特性五、主要電度表六、可以控制放電避雷針的形式和適用范圍七、安裝說明八、開箱檢查九、安裝檢查附錄1 :控制放電避雷針保障范圍的修正計(jì)算附錄二：專利證書控制放電避雷針1 .概要控制放電避雷針是武漢高壓研究所經(jīng)過長期防雷研究和大量高壓試驗(yàn)取得的最新研究成果。該針以變化緩慢的小電流上行雷閃放電形式釋放雷暴云電荷，以避免強(qiáng)下行雷閃放電危害為設(shè)置修訂的基礎(chǔ)。 經(jīng)過數(shù)千次高壓放電試驗(yàn)證實(shí)，具有引起上行雷、保護(hù)可靠性高、范圍寬、不受保護(hù)物高影響等特點(diǎn)。

2、據(jù)專門人才評(píng)議，是一種原理正確、設(shè)修思想新穎、保護(hù)性能好、應(yīng)用前景廣闊的直擊雷防護(hù)裝置。在選項(xiàng)和安裝之前請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀本手冊(cè)。2 .富蘭克林避雷針的局限性1749年美國富蘭克林發(fā)明避雷針(稱為傳統(tǒng)避雷針)已經(jīng)有250多年的歷史，現(xiàn)在最常用的避雷針方法基本采用避雷針(避雷針)。 其原理是利用自身的高度使雷暴云下的電場變形，將閃電擊放電導(dǎo)入避雷針。 這種方式雖然簡單，但有很多缺點(diǎn)。保障范圍不清楚，發(fā)生迂回許多研究和實(shí)踐證明，一條垂直避雷針得不到肯定的安全保護(hù)區(qū)。 例如，1964年7月沈陽的某個(gè)微波站受到了閃電擊，閃電擊點(diǎn)位于距避雷針頂部下方4m處的莫斯可的537m高的電視塔，雷電繞過塔下200m的塔體

3、，有時(shí)還擊中了從塔水平離開150m的地面。 實(shí)際上，避雷針的保障范圍沒有得到科學(xué)界的公認(rèn)，現(xiàn)行規(guī)章中的保障范圍可以說是決定避雷針高度和數(shù)量的工程方法。 雷電繞過避雷針直接照射到被保護(hù)物的事件屢見不鮮，從大量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，避雷針繞過率約為1%左右，使用避雷針時(shí)被保護(hù)物閃電擊的危險(xiǎn)性依然很大。有反擊發(fā)生避雷針將雷電引導(dǎo)到自各兒頂部后，該強(qiáng)雷電電流進(jìn)入地面時(shí)，如果接地電阻和下線的電阻過高，或者避雷針保護(hù)物之間的距離小于安全距離，將造成高壓，引起避雷針和下線對(duì)保護(hù)物的攻擊。 我國的超電勢(shì)規(guī)程規(guī)定了避雷針對(duì)被保護(hù)物的空間距離SK5m，避雷針對(duì)保護(hù)物的接地裝置間的地下距離Sa3m。 事實(shí)上，大多數(shù)現(xiàn)場應(yīng)

4、用都很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。 與各種電力線、電話線、廣播線、天線的避雷針及引下線的距離太近容易發(fā)生電介質(zhì)擊穿損壞，而避雷針接地網(wǎng)的腐蝕嚴(yán)重，有的裝置電阻高達(dá)幾十歐姆(規(guī)程要求10)，這也造成了反擊。以往的避雷針會(huì)引起感應(yīng)超電勢(shì)強(qiáng)雷電流(數(shù)十千安上百千安)沿避雷針及引下線以極快的速度(微秒級(jí))進(jìn)入地下的過程中，在被保護(hù)物上形成感應(yīng)超電勢(shì)并出岔子。如果在避雷針附近有開口的金屬環(huán)(例如房屋的鐵元素筋未焊接或因其他原因開口)，則在開口部產(chǎn)生電磁效應(yīng)超電勢(shì)，在開口部產(chǎn)生火花放電，可燃物點(diǎn)火，尤其是油庫、氣體液化庫、彈藥庫等點(diǎn)火并爆炸。 此外，還會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)超電勢(shì)。感應(yīng)超電勢(shì)引起的事故很多，例如南方某煉油廠10

5、00m3的半地下式滑油箱，復(fù)蓋厚度0.5m的土層，設(shè)置獨(dú)立避雷針保護(hù)。 1975年5月的閃電擊，油箱全體著火爆炸，1989年8月山東黃島油據(jù)分析庫存的起火是由于雷電感應(yīng)引起的。 架空輸電線路，50m以外的雷擊的情況下，誘導(dǎo)超電勢(shì)一般達(dá)到250500kV，甚至更高，一部分的輸電線路可能發(fā)生跳閘。有接觸電壓及步進(jìn)電壓在閃電擊避雷針，如果站在附近的地面上，人接觸到針化學(xué)基和下線，就會(huì)受到很高的接觸電壓，從而威脅人身安全。 由于強(qiáng)雷電流向地下擴(kuò)散時(shí)，在地面上沿著半徑點(diǎn)形成不同的電位，附近的人(畜)的兩個(gè)腳丫子會(huì)受到高的階梯電壓，危及生命。 例如，中國南寧城郊鄉(xiāng)的落雷樓柱，2樓靠近柱子的6人死亡，樓下的

6、人離開柱子2m多而昏過去。 為避免接觸電壓和階躍電壓的危害，人畜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離避雷針(5m以上)。以往的避雷針特別適合弱電機(jī)器的保護(hù)隨著微電子發(fā)展和電子器件的廣泛使用，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、無線與微波通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、電子導(dǎo)航儀表系統(tǒng)供電控制系統(tǒng)、氣象雷達(dá)系統(tǒng)、航空航天技術(shù)雷暴造成的這些系統(tǒng)電子器件損壞矛盾日益突出，往往在經(jīng)過雷暴后，大量電子器件損壞不明傳統(tǒng)避雷針在防雷中存在上述種種缺陷，造成了傳統(tǒng)避雷針尤其易燃，不適于保護(hù)爆炸品弱電設(shè)備，也不適于安置在土壤電阻率較高的場所。放電控制避雷針是為克服富蘭克林避雷針的以上缺點(diǎn)而研發(fā)的新型直擊雷防護(hù)裝置。3 .控制放電的避雷針保護(hù)原理雷暴云對(duì)地面物體放

7、電，只不過是上行閃雷和下行閃雷兩種方式。一般來說，下行閃電時(shí)，先導(dǎo)自上而下發(fā)展，主放電過程發(fā)生在地面(或地面物體)附近，因此電荷供給一盞茶，放電過程快，雷電流振幅大(平均值為3044kA )，陡峭度高(24-40ka/)。 上行閃電一般沒有從上到下的主放電，其放電電流從不斷向上發(fā)展的先導(dǎo)過程產(chǎn)生，即使雷暴云難以向主放電通路供給電荷，放電電流的大小也小(小于平均7kA )，陡峭度低(小于5kA/s )。上行雷閃光燈不僅閃電擊電流振幅小陡峭度低，而且不環(huán)繞。 這是因?yàn)樯闲欣组W的先導(dǎo)從下向上發(fā)展，其先導(dǎo)直接進(jìn)入雷暴云電荷的中心，或阻斷從雷暴云向下發(fā)展的先導(dǎo)，與雷暴云電荷的反應(yīng)在上空進(jìn)行，從雷暴云向下

8、的先導(dǎo)不延伸到被保護(hù)對(duì)象。 上行雷閃的另一個(gè)特征是上行飛行員對(duì)地面物體有屏蔽作用，可以減輕放電時(shí)對(duì)地面物體的感應(yīng)超電勢(shì)。 控制放電避雷針利用上行雷閃的這些個(gè)特點(diǎn)，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可靠地誘發(fā)上行雷閃放電，中和雷暴云電荷，達(dá)到保護(hù)各種被保護(hù)對(duì)象的目的。放電控制避雷針由針尖、接地下線、接地裝置構(gòu)成保護(hù)系統(tǒng)。 針尖不是由單針，而是由主針、動(dòng)態(tài)環(huán)、儲(chǔ)存裝置構(gòu)成(圖1 )。尾部帶金屬線火箭(火箭地雷試驗(yàn))比高層建筑更容易引起上行雷的經(jīng)驗(yàn)分析表明，要引起上行雷，針尖必須滿足以下要求。在引起的上行雷電發(fā)生之前，應(yīng)盡量減少針尖附近的空間電荷，使放電脈沖從主針尖向上發(fā)展。圖1是控制放電避雷針結(jié)構(gòu)示意圖在需要引

9、起上行閃電的情況下，針尖的電場強(qiáng)度為了迅速產(chǎn)生放電脈沖必須提高到一盞茶。以下通過對(duì)放電避雷針工作過程可控性的研究，說明其滿足這些個(gè)兩個(gè)要求在控制放電避雷針的安裝場所附近的地面電場強(qiáng)度低的情況下(例如，雷暴云遠(yuǎn)離控制放電避雷針和被保護(hù)對(duì)象的情況等)，雷暴云不向地面物體放電，此時(shí)，對(duì)避雷針針進(jìn)行控制放電的儲(chǔ)存裝置處于儲(chǔ)存雷暴云電場能量的狀態(tài)，通過動(dòng)態(tài)環(huán)的作用，針尖上部零配件(動(dòng)態(tài)環(huán)當(dāng)雷暴云的電場上升，預(yù)示其可控制的針和周圍的被保護(hù)物可能發(fā)生閃電時(shí)，儲(chǔ)能裝置立即轉(zhuǎn)移到釋放狀態(tài)，該轉(zhuǎn)換使主針的針尖的電場強(qiáng)度不受動(dòng)態(tài)環(huán)限制，針尖的電場瞬間上升幾百倍，使針尖附近的空氣迅速放電，強(qiáng)由于沒有空間電荷的故障，如

10、果該放電脈沖在雷暴云電場的作用下急速上升而被切斷的第一次脈沖不成為上行先導(dǎo)，則儲(chǔ)藏裝置還進(jìn)入儲(chǔ)藏狀態(tài)，使由第一次脈沖形成的空間電荷消散，為第二次脈沖產(chǎn)生做準(zhǔn)備。 這樣的循環(huán)經(jīng)常能成功地引起上行雷。4 .控制放電的避雷針的保護(hù)特性為了驗(yàn)證放電控制避雷針是否達(dá)到設(shè)定修正目的，分別使用正極性操作波和直流進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。圖4是在同等條件下通過正極性操作波放電得到的控制放電避雷針和富蘭克林避雷針的保護(hù)曲線。 試驗(yàn)時(shí)模擬雷暴云電極距離地面的高度為8.5 m(用正操作波進(jìn)行試驗(yàn)更符合雷電閃速反應(yīng)歷程：操作波頭上升緩慢，與雷電飛行員和指針之間的空氣隙電壓變化接近。 雷放電是以分級(jí)先導(dǎo)的發(fā)展方式進(jìn)行的，使用正

11、極性操作波是為了使模擬電極和針之間的間隙放電具有一些先導(dǎo)極化。為了嚴(yán)格地做評(píng)估控制放電避雷針保護(hù)性能，在操作波試驗(yàn)時(shí)不附加直流電場是靜電場。這個(gè)電場作用于能夠控制放電避雷針的儲(chǔ)藏裝置，保證注射針連續(xù)發(fā)出一系列脈沖，提高了誘發(fā)上行雷電的成功率，使得結(jié)果更加嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)用更加安全。由圖3可知，放電控制避雷針的保護(hù)特性明顯優(yōu)于富蘭克林避雷針，對(duì)于主要的殘奧儀表的繞入概率和保障范圍非常滿意。在控制放電的避雷針中，有相當(dāng)大的纏繞幾乎不受影響的保護(hù)區(qū)域。 例如，如果卷入概率為0.001%以下(很明顯，在這種卷入概率下，被保護(hù)對(duì)象卷入的可能性相當(dāng)小)，保護(hù)角度高達(dá)55，而富蘭克林避雷針實(shí)際上幾乎沒有卷入的區(qū)域

12、。當(dāng)被保護(hù)對(duì)象被纏繞的概率達(dá)到0.1% (目前規(guī)章規(guī)定的允許值)時(shí)，放電控制避雷針的保護(hù)角達(dá)到66 .4，但是富蘭克林避雷針的保護(hù)角遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于該值(因此，在雷電活動(dòng)的強(qiáng)表兄弟下應(yīng)用富蘭克林避雷針保護(hù)是不經(jīng)濟(jì)的，被保護(hù)物受到雷電在控制放電避雷針和傳統(tǒng)避雷針的對(duì)比試驗(yàn)中，控制放電避雷針的針尖清晰可見長直線部分，這里有向上發(fā)展的先導(dǎo)，而富蘭克林避雷針的針尖放電軌跡看不到該明顯直線部分。從其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以進(jìn)一步說明放電控制避雷針的保護(hù)性，是因?yàn)閯?chuàng)造了發(fā)生向上放電的條件和實(shí)際發(fā)生向上放電的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明為：控制放電避雷針的放電時(shí)間比富蘭克林避雷針平均早13.3s。當(dāng)模擬電場較低時(shí)，控制放電避雷針的冠狀

13、病毒電流遠(yuǎn)低于富蘭克林避雷針，幾乎處于完全抑制的狀態(tài)。當(dāng)模擬電場增加到可以啟動(dòng)控制放電避雷針時(shí)，控制放電避雷針產(chǎn)生脈沖式冠狀病毒放電電流，其冠狀病毒電流振幅比富蘭克林避雷針大幾十倍，但冠狀病毒電流的平均值小于后者，有利于從冠狀病毒向?qū)б娀∞D(zhuǎn)換。需要注意的是，控制放電避雷針特別適合高壓輸電線路防雷，經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn)，控制放電避雷針的防雷能力強(qiáng)得多且有較大的保護(hù)角降低了輸電線路的卷入率，而控制放電避雷針的主放電電流寬度小、陡峭度低，才滿足了輸電線路的防雷電平設(shè)定要求不同電壓等級(jí)輸電線路的耐雷等級(jí)表1額定電壓、單位kv3560110154220330500線路耐雷電平Io、單位kA二十-三十30-60

14、戰(zhàn)斗機(jī)40-85戰(zhàn)斗機(jī)9080-120戰(zhàn)斗機(jī)1401505 .主要的電表特性(1)在針高h(yuǎn)200m的情況下，保護(hù)角65對(duì)應(yīng)的地面保護(hù)半徑為2.14h，相對(duì)于樓層標(biāo)高h(yuǎn)x的水平面保護(hù)半徑為2.14(hhx )。(2)主放電電流的平均振幅小于7kA。(3)主放電電流的陡度5kA/s(4)基本消除了雷電時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)超電勢(shì)。(5)繞流概率為十萬分之一以下時(shí)的保護(hù)角為55。(6)接地電阻10(一般地區(qū))。30(高電阻區(qū)及無人區(qū))。(7)對(duì)風(fēng)的抵抗力在風(fēng)速50m/s以上。(8)安裝方便，使用期間免維護(hù)。6 .放電控制避雷針的形式和適用范圍表2型號(hào)使用期間(年)適用范圍底部安裝尺寸D(mm )CFG-1戰(zhàn)斗

15、機(jī)20220kv以上的變電所、發(fā)電站、微波站(塔)、證券、氣象、電視塔、武器、油庫、烈性炸藥庫、雷達(dá)等需要嚴(yán)格防雷的各種設(shè)施。200CFG-2戰(zhàn)斗機(jī)1535kv、110kv變電所、微波站(塔)、電視塔及高層民用建筑。200CFG-3戰(zhàn)斗機(jī)1010kv、35kv變電所的防雷改造(取代避雷針)及低民生用建筑。100一架飛機(jī)20330kv、500kv輸電線路200二號(hào)火箭15220kv輸電線路100三架飛彈15110kv輸電線路100四枚飛彈10無避雷線的35kv輸電線路100七、安裝說明可以控制放電的避雷針作為獨(dú)立的系統(tǒng)可以站在各種建筑物上，設(shè)置場所的選擇要滿足經(jīng)濟(jì)和安全兩方面的要求。 為了保護(hù)輸電線路，直接安裝在桿塔頂部。在安裝控制放電的避雷針針尖時(shí)，要求動(dòng)態(tài)環(huán)保持水平，主針在垂直方向。 從針尖頂部到被保護(hù)物頂部的高度超過3m。 禁止在結(jié)構(gòu)支柱上懸掛電話線、廣播線、電視接收天線以及電力架線。一般來說，控制放電避雷針設(shè)置了兩條專用的接地下線(直接安裝在鐵元素塔上的控制放電避雷針不需要另外設(shè)置接地下線，直接與鐵元素塔連接即可)。 引下線通常使用光圓鋼筋或扁鋼，其尺寸不得大于：園鋼直徑10mm，扁鋼425mm引下線沿建筑物或構(gòu)筑物的外壁鋪設(shè)，以最短路徑接地。 對(duì)建筑藝術(shù)要求高者可以較暗，但斷面要放大一倍。圖5底部安裝尺寸注： d的尺寸詳見表2在容易受到機(jī)