雷击防护（通用8篇）
雷击防护 篇1
雷击的原理:一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的电流并伴随巨大的声音,这就是人们所看到的闪电和雷鸣,雷击对客机有很大危害。
1 雷击的危害
1.1 雷击的直接危害
单位面积单位时间内积聚大量电荷,由于电流没有及时传导出去,容易造成结构的烧蚀和损伤。(1)金属表面被灼伤、熔化或显示出金属变形的现象。(2)非金属表面被灼伤、击穿或分层。若雷击击中垂直安定面,水平安定面或尾翼,将损伤铝合金液压管接头并导致损伤接头处漏油。
1.2 雷击的间接损害
闪电释放电荷,并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。雷电不直接放电在物体(飞机)本身,而是对布放在物体(飞机)外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散,侵入并危及内部电子设备。因此,往往在听到雷声之前,电子设备、控制系统等可能已经损坏。损坏或干扰电气/电子系统设备、导线的屏蔽和屏蔽终端,这是由导线上巨大的瞬时放电现象造成的。
2 雷击损伤和静电烧蚀的区分
雷击损伤:(1)金属表面被灼伤、穿孔、小洞、表面涂层变色、熔化或显示出金属变形的现象。(2)复合材料的表现形式有表面被烧蚀、击穿或分层、铺层丢失、纤维损伤以及蜂窝夹芯损伤。
雷击在设备设施或线路的附近发生,或闪电不直接对地放电,只在云层与云层之间发生放电现象。周围形成强大的瞬变磁场,轻则造成电子设备受到干扰,数据丢失,产生误动作或暂时瘫痪;严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁,使整个系统陷于瘫痪。闪电放电过程中,传导闪电电能的物体将遭到破坏,这就说明物体遭遇雷击。雷击有较大的破坏力,其破坏作用是综合的,包括电性质、热性质和机械性质的破坏。一旦飞机遭到雷击,必须在地面进行全面检查。静电烧蚀时候电流容量比较小,可能是电弧等的烧蚀,而雷击的产生电流可以高达200 kA(见图1)。
静电烧蚀:飞机在高速运动中与干燥的空气摩擦,会产生大量的电荷,当电荷积累到一定程度时,就会发生静电放电,烧蚀表面漆层。静电烧蚀通常不会立即引起结构的损伤,但时间久了,也会侵蚀结构。
雷击通常都有进入点和退出点两个以上的点,并且容易发生在尖端部位,如翼尖、垂尾、等部位。而静电烧蚀通常只有一个点。
3 如防止被雷击中
飞行中防止雷击最主要的方法还是绕过雷雨区飞行,这个主要依靠飞行员对气象雷达的使用以及飞行员的经验判断。因此在雷雨季节要确保气象雷达系统工作正常,飞行员在飞行前对航路气象状况的了解。遇到雷雨区域要绕飞或者备降甚至返航等。不要在雷雨到来时,给飞机加油。
当机场近空正在雷电时,航空器在地面不要使用高频等大功率的无线电设备。当机场近空正在雷电时,航空器不要使用桥载电源进行供电容易引起雷击。注意飞机、部件的绝缘和接地。
放电刷能否防雷,放电刷的主要作用是,当航空器与空气摩擦产生的静电通过放电刷尖端放电的原理进行放电,减少机身静电荷的聚集对飞机通讯和导航等无线电系统的干扰。放电刷采用弱电流放电,放电电流只有几个μA,放电刷根本抵挡不了雷击的强大电流和电压。因此放电刷根本不能使雷击的威力减少。现在的飞机多是导电的铝合金组成,加上雷电多发生在云中和雨中等潮湿的大气中,这个时候飞机积累的静电荷会因为放电刷大大减少,航空器的机体电场强度会因此变得很低,因此航空器在此区域飞行不会因为静电荷的多少而影响被雷击的概率。
但是被雷击后,放电刷都会损害,这时因为放电刷的位置决定的,在机翼和垂尾的尖部是雷击的主要进入点或除出点。
4 如何降低雷击对飞机的损害
雷击时,飞机实际是雷电的一段导体,入口和出口一般都是机身比较突出的部分,比如雷达罩,大翼尖部,垂尾,发动机吊舱等位置。正常情况下,只要飞机各部件导电性能良好,彼此间搭接导电性好,不会出现结构烧毁。理想状况下,整个飞机结构是个大的等式体,如果某些部件相互连接不良,在有大电流经过时,会与其他结构处形成电势差,这种地方显然更容易在雷击时受到冲击损伤。因此航空器各部件安装时一定注意把搭接线等正确安装,除掉接触面部分的胶和防腐剂,对于已氧化的部分,要对接触面进行打磨,尽量减小接触电阻。这样不止能减少部件间静电荷的聚集,在雷击时也会降低结构烧毁的可能性。
5 航空器遭遇雷击后要及时检查和修复
5.1 雷击的检查
(1)检查外部和内部区域是否有雷击损伤。(2)操作检查各无线电和导航系统工作是否正常。
5.2 雷击特检概述
(1)飞机遭受雷击后,应做一次全面的检查以找出受击区域。
(2)在飞机表面的不同区域总是至少有两个雷击点。
①一个是受击点(进入点)。
②一个是放电点(退出点)。
雷击常常击中飞机1区并且从1区的另一个部位穿透出去。最可能出现雷击受击点的区域如下。
①机翼前缘;②机翼后缘;③大翼翼尖;④发动机;⑤垂直尾翼翼尖;⑥水平安定面翼尖;⑦升降舵;⑧机鼻雷达罩;⑨APU。
5.3 检查区域表面是否有雷击迹象
(1)检查机头雷达罩的外表面,查看蜂窝夹心结构有无烧灼点,刺穿和针孔,对于分层这种看不见的损坏类型会延伸到其他区域,可以通过敲击听声音来判断是否分层。
(2)检查金属结构有无孔或坑,查找灼伤或变异常颜色的蒙皮和铆钉。
(3)对于强电流的航空器系统有雷击损坏的,如灯的损坏,除了检查损坏的灯组件还要检查导线、跳开关、以及连接的接线片等。
5.4 雷击损伤的修复
首先确定雷击的损伤范围,对雷击损伤的结构件应进行探伤、评估、修复或更换、对于只在金属蒙皮上有烧蚀的进行补漆防止锈蚀,如果对损坏处不及时进行密封或修理,如果湿气进入会造成更多内部损坏。对于雷击损伤的通讯和导航系统应进行更换受损的电子部件及相关导线接头及插钉等进行重点检查部件。
摘要：在春夏雷雨频发的季节,民航客机的高频次飞行导致民航客机雷击事件频频发生。为了飞行和地面的安全,为将雷击对航空器的破坏降到最低。总结出飞机遭雷击后,在下次飞行前必须做以下工作:对飞机所有外表面做一个一般目视检查,找出雷击点;对雷击区做详细检查,确定可能损伤的类型和数量;如找到损伤,确定必要的修理措施及检查所需的相应工具设备,工作台等所需的必要设备。通过检查可以确定雷击通常出现在机身蒙皮上有两个或多个发生点,至少一个击入点和一个击出点。
关键词：气象雷达,雷击,烧蚀
参考文献
[1]Boeing公司.737-600/700/800/900 STRUCTURAL REPAIR MANUAL[Z].美国:Boeing,2012.
[2]Boeing公司.Fault Isolation Manual[Z].美国:Boeing,2012.
[3]Boeing公司.AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL[Z].美国:Boeing,2014.
雷击防护 篇2
摘要：农村由于常处于偏远的郊区或山区，是人类在雷电灾害防御方面较薄弱的环节，本文通过分析翁源县翁城镇泉岭村一房屋屡遭雷击的原因，就房屋建设的选址、房舍外部防雷装置的安装以及农村如何选择经济有效的防雷措施等方面阐述了新农村在建（构）筑物建设中相应的防雷措施。
关键词：农村雷电灾害;事故分析;防雷措施;整改方案
引语
2012年7月23日凌晨，广东省翁源县翁城镇泉岭村村民陈某的二层半砖混楼房被雷电击中，房屋受损，家中所有用电设备均被损坏，本次事故没有造成人员伤亡。据陈某所述，在这次雷击事故之前还发生过三次雷击事故。第一次雷击事故发生时，陈某妻子触电晕倒;第二次在朋友指点下自行安装了“防雷措施”，雷击事故依旧再次发生，天面楼梯间天面采用Φ22mm螺纹钢架设的“接闪杆”直接接闪，楼板被击穿;陈某找他朋友理论，解释说避雷针不够高，于是陈某将天面“接闪杆”加高了2米，但是事故并没有到此为止，2012年7月雷击事故再次发生，这次雷击造成陈某家全部电器设备损坏，天面楼板及檐角被雷电损坏。
一、雷电参数分析
1.1 翁源县雷暴日数分析
大量的气象资料统计表明，雷电活动规律大致如下：热而潮湿的地区多于冷而干燥地区，如山的阳面多于阴面，雷暴频率是山区多于平原，平原多于沙漠，陆地大于湖海，各地区雷暴日极大值和极小值差不多出现在相同的月份。
图1 雷灾事故所在地理位置地闪次数月分布图
本文雷电参数利用闪电定位分析软件录入所在位置经纬度导出雷电数据（如图
1、图2），同时选用翁源县近30年气象资料，以及逐年雷暴日数、雷暴初终日，持续期资料以及累年值得出如下结论：翁源县近30年来（1983――2012）年平均雷暴日为71.3天，属于多雷区;从前汛期（3-4月份），雷暴日开始出现，雷暴活动活跃月主要集中在4月份至8月份，11-12月、1、2月几乎无地闪现象;雷暴发生时间主要集中14时至20时，由此可知本县雷暴活动持续时间相当长。
图2 雷灾事故所在地理位置地闪次数时分布图
二、雷灾事故分析
2.1 建筑物受雷击的环境因素
建筑物周围较为空旷，较为平坦的水稻田，正是水稻种植季节，水稻田均蓄满了水，水域面积增大，土壤电阻率明显下降。建筑物左侧有一排高于主楼体4米多的高大树木，离建筑物距离才1.3米远，且树顶部分树枝已经生长到建筑物屋面上空，根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010规定当树木邻近建筑物且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于5m。这样建筑物就处在一个空旷且水域面积大的环境当中，当遇到雷雨大风天气极容易受到雷击。
2.2建筑物受雷击的人为因素
通过对陈某家雷击事故现场调查情况来看，分析和总结了陈某家多次雷击的四个原因：一是科学的防雷意识淡薄;二是不懂寻求专业部门进行雷灾调查或鉴定，找出雷击事故的原因;三是未经防雷专业技术人员科学设计或安装防雷装置，“避雷针”成引雷针;四是建筑物都是架空线路，线路毫无屏蔽保护措施，也没有安装电涌保护器，雷击到线路上和线路上感应到雷电流的概率很高，很容易破坏室内各种电器，甚至伤及人身安全。楼顶的“避雷针”起到引雷的作用，致命的原因出在该“避雷针”没有有效的泄流措施。经现场调查，陈某家避雷针并没有接地装置，天面沿女儿墙敷设了?8mm圆钢作为接闪带，整栋楼房仅一根引下线，引下线与接闪杆、接闪带连接处采用铁线绑扎，引下线直接伸入自家井中。总的来说，对防雷措施的科学认识正是本次雷击事故的真正原因。
三、防雷整改方案
3.1建筑物周围环境整改方案
将建筑物左侧一排枝繁叶茂的荫香树的高度降低，要低于建筑物的高度，并在建筑物接闪装置的保护范围之内。最好是将树砍掉或移植到离建筑物5米之外。
3.2建筑物防雷装置整改方案
（1）根据建筑物周围环境，此建筑物校正系数k应取1.5，预计年雷击次数为0.078237443次/年，根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010此建筑物应为三类防雷建筑物。
（2）将建筑物原有的直击雷防护装置全部拆除。
（3）接闪装置：根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010此建筑物应为三类防雷建筑物。由于本建筑物为砖混结构楼房、楼顶屋面平整宜在建筑物屋面周围的女儿墙上安装明敷接闪网格（接闪网格应≤20m*20m或16m*24m）和明敷接闪带。接闪（网格）带采用Φ10mm热镀锌圆钢，且截面允许误差为-3%，接闪带支持卡也采用Φ10mm热镀锌圆钢，且截面允许误差为-3%。在易受雷击的屋角和檐角处装设与接闪带相连接的高度不大于0.5m的短接闪杆。短接闪杆采用Φ12mm热镀锌圆钢，且截面允许误差为-3%。钢筋搭接应采用双面焊接，焊接长度大于6倍的钢筋直径。所有接闪装置焊接口均要敲除焊渣并做防锈蚀处理。
（4）引下线：本建筑物长约9m、宽约8.5m、楼梯间屋顶与二层屋面高度相差约3m，则建筑物引下线计算周长应该约为41m。此建筑物为三类防雷建筑物，引下线平均间距小于等于25m。故可以设置2根专设引下线，但出于安全系数的考虑，沿建筑物四角均匀敷设4根专设引下线。引下线采用Φ12mm热镀锌圆钢，且截面允许误差为-3%。并且与屋面接闪（网格）带、接地装置做可靠双面焊接，焊接长度大于6倍的钢筋直径，并敲除焊渣做好防锈蚀处理。外露引下线，其距地面2.7m以下的导体用耐1.2/50?s冲击电压100KV的绝缘层隔离，或用至少3mm厚的交联聚乙烯层隔离;立护栏或警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。
（5）接地装置：采用人工水平接地体与人工垂直接地体相结合，接地体宜相互连接呈环形。水平接地体采用40m*4mm热镀锌扁钢;垂直接地体采用50*50*5*2500mm热镀锌角钢。垂直接地体其间距以及人工水平接地体的间距均宜为5m，当受地方限制时可适当减小。水平接地体与垂直接地体焊接至少三面焊。人工接地体在土壤的埋设深度要大于0.5m，其距墙或基础不宜小于1m。
（6）感应雷防护：把线路在人户前套15m长的钢管埋地引入或改l5米长的屏蔽线入户，并把屏蔽线两头接地，这样可以把线路感应的雷电流的大部分通过屏蔽层和钢管泄入大地，并在入户处安装室外电涌保护器。要注意的是电视线路和电话线路不能和电源线路同管，并保持≥0.5m的安全距离，然后在入户处安装电涌保护器，将雷电流彻底引入地下，保护室内的人员和电器安全。另外，室内电器和插座都应安装接地线。
结束语
考虑到农村实际情况，防雷措施的投资成本不可能无限制完善，应根据实际情况尽可能采取经济合理的防雷设计及施工方案，尽可能优先保障人身安全，降低经济损失。
参考文献：
[1]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
[2]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2012
矿山供电的雷击防护 篇3
关键词：雷电活动,雷击类型,雷击防护
0 引言
根据地理环境的分布, 山区、高热潮湿的地区发生雷电的几率高于平原和气候干燥的地区, 内陆多于沿海地区。根据地质条件来说, 土壤的电阻小, 土壤中的粘土电导率高, 地下有金属矿产等易发生雷电。在时间分布上, 七八月份的13∶00～21∶00是雷电活动的高峰。
雷电本是大气中最自然的放电现象, 按照空间位置可以分为2类:一类是雷云之间, 这种雷电发生在高空, 其危险性很小;另一类则是雷云对大地之间, 是发生在雷云与大地之间的落地雷, 其中负极性落地雷对地面的危害很大, 极容易造成矿山雷击事故。尤其是在雷雨交加的春夏季节, 处于沿海、山区、岩石砂石地区的矿山地面很容易发生雷击事故。据相关资料统计, 每年至少有3～5起雷害事故的发生, 损害对象多为矿山变电所, 这足以引起我们的重视。
1 雷电活动
为了保障矿山的供电安全和生产的顺利进展, 我们必须重视并做好防雷电工作。首先, 应该了解负极性落地雷的发展阶段。
1.1 先导放电
雷云是产生雷电放电的前提 。当云层中出现带有负电电荷的雷云时, 地面物体就会相应地附有正电荷, 雷云中的电场强度不断增大, 当达到一定数值时, 空气中的绝缘就马上被打破, 游离的电荷马上开始先导放电, 其运动方向逐渐向大地发展, (其中放电的速度约为10 km/s) , 在距离地面一定高度时, 地面物体随之产生向上的先导力量, 并影响下行先导的方向和雷击的具体方位。
1.2 主放电
当电场的强度达到一定值时, 下行先导的电位和上行先导的感应电荷距离地面很近, 游离电子会击穿绝缘空气, 流入大地, 地面上的电荷马上冲向雷云, 从而产生强光和巨雷。在这里需要提一下主放电的电流, 它在瞬间可以达到约10 kA, 甚至达到数百kA。虽然主放电的时间只有几十微秒, 巨变的雷电流形成的雷电冲击波使其周围的磁场发生巨大的变化, 对地面的破坏作用很大, 矿山由于其特殊的地形, 受影响最大。
1.3 余辉放电
主放电过后, 云层中剩余的电荷还会持续流入地面, 就形成了余辉放电。随着时间的延长, 放电电流的规模就降下来, 甚至在几毫秒的时间里就结束了。
2 雷击类型
煤矿变电所遭遇雷击时会有3种情况:一是雷电直接袭击变电所内部的线路设备的直击雷;二是雷电袭击输电线路时向变电所入侵的雷电波;三是输电线路附近的地面遭遇雷击时产生的感应雷。由于雷电波的威力大, 如果不采取防雷措施就会导致变电所受害。据有关部门的统计, 我国110～220 kV的变电所因雷电波引起的设备绝缘击穿屡见不鲜, 发生率为每百所0.5次。
3 雷击防护
3.1 直雷击防护
避雷针是最常见的接闪器, 可以有效防止雷击。将避雷针安装在地面变电所的电线杆或者专业构架的上方, 并经引下线与接地装置焊接在一起。
避雷针的工作原理主要是引雷, 它可以产生一个附加电场, 干扰雷电场的发展方向, 使其发生畸变, 将雷云放电的路径由原来的方向吸引到避雷针上, 避雷针的接地装置就会把雷电流引到大地中, 以免其他保护物体遭受雷击。
3.2 雷电波防护
3.2.1 变电所内防护雷电波
雷电波通常会入侵变电所内部, 为防止雷击, 就必须安装专门的避雷器。通常做法是, 将避雷器与被保护的设备并联在一起, 并安装在被保护设备的电源一侧。当雷电波威胁到设备绝缘的过电压时, 避雷器就会自动由高阻变为低阻, 把过电压通过地面放出, 从而有效地保护设备的绝缘。
矿山上的变电所还存在一些特殊情况, 由于它的主要功能在于保护配电变压器, 所以, 在安装避雷器时, 必须尽最大可能地靠近变压器, 避雷器的接地线必须与变压器的二次绕组中性点及其外壳连在一起接触地面。此外, 为确保变压器的安全, 在安装避雷器时, 还要减小引下线与低压中性点及外壳连接点的导线长度, 减小电感压的强度。以下是几种变压器防护雷电波的措施:
1) 35 kV的变压器中性无需保护, 而110 kV的变压器中性必须安装避雷器;
2) 三相绕组变压器只要在低压绕组的某个出口安装避雷器即可;
3) 自耦变压器需要在高压、中压侧及断路器之间各安装一组避雷器;
4) 3～10 kV的配电变压器在安装阀型避雷器的时候, 必须在低压一侧安装一组氧化锌避雷器, 更好地防护多雷区的雷电袭击。
3.2.2 直配电机防护雷电波措施
将一组磁吹避雷器安装在电机出线的母线处, 然后利用进线段保护措施来降低磁吹避雷器中的雷电流 (一般不大于3 kV) 。还可以在电机的母线上安装电容器, 降低雷电波的陡度及其幅值, 以保护直配电机的绝缘。
4 结语
矿山的供电系统是矿山生产的有力保障, 为了采矿作业的顺利进行, 更好地保护国家的财产免受损失, 作为一名矿山供电人员, 必须认真学习相关的专业知识, 做好雷电防护。根据矿山的实际情况, 选择合适的保护方式, 构成实时有效的保护网, 确保矿山供电系统的安全运行。
参考文献
[1]汪应水.山区配变的雷害及其预防[J].电工技术, 1992 (3) .
[2]白安林.浅谈煤矿变电所的防雷措施[J].煤矿安全, 2001 (4) .
[3]卢燕.矿山供电系统的防雷保护[J].有色金属, 1998 (5) .
雷击防护 篇4
一、输电线路的雷击影响因素
(一) 输电线路的高度对雷击概率的影响。
从电场强度变化的角度分析高度对雷击概率的影响, 地面上的两条输电线, 在其中一条高度不变, 另外一条高度变化的情况下, 总体来说输电线路随着高度的增加, 雷击概率增大。在高度增加过程中, 当该输电线高度小于另一条输电线高度时, 表面场强小于另外一条输电线, 被另外一条输电线屏蔽[1], 遭雷击的概率相对较小。两输电线高度相当时, 表面场强相同, 被击概率相当。随着高度增长, 当一条输电线大于另外一条时, 表面场强大于另外一条输电线, 反过来对另外一条输电线起到屏蔽作用。
(二) 输电线路的电压极性对雷击概率的影响。
多数情况下引发雷击的带电云层所带电荷为负极性, 由于电荷的同性相斥, 异性相吸[2], 因而正极性线路表面场强大于负极性线路。当线路电压小于、等于10KV时[4], 负载电压极性对输电线表面电场强度几乎没有什么影响, 即电压极性对雷击概率的影响可忽略。当电压大于、等于220KV时, 同一电压等级正负极性对输电线表面场强的影响逐渐增大, 负载电压为正极性的输电线表面场强大, 其被雷击概率也大, 因而高电压输电线路负载电压极性对雷击概率的影响应当充分考虑。
(三) 输电线路所经区域的土壤电阻率对雷击概率的影响。
随着雷电流幅值的增大, 土壤电阻率的影响亦加强。通常连续放电最容易在高土壤电阻率的地区发生, 如沙、堆石等, 在下行先导接近高土壤电阻率地区地面的过程中, 地面感应电荷不易迅速集中, 难以提供足够大的上行迎面先导, 其地闪的主放电电流也较小, 且易于形成连续放电。而土壤电阻率低的地方, 如粘土、泥炭、耕地和河塘等区域, 易于迅速集聚大量地面感应电荷[2], 地闪时雷电流相对较大, 因而线路感应过电压比较高, 易于造成线路雷击事故, 危害性较强。[5]
二、输电线路的雷击防护措施
架空输电线路雷害事故的形成通常要经历四个阶段:输电线路受到雷电过电压的作用、输电线路发生闪络、输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压、线路跳闸, 供电中断。针对雷害事故形成的四个阶段, 现代输电线路在采取防雷保护措施时, 要做到“四道防线”, 一是防直击, 使输电线路避免遭受直击雷。二是防闪络, 使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。三是防电弧, 使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。四是防停电, 使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。常用的防雷改进措施有:架设避雷线、安装避雷针、加强线路绝缘、采用差绝缘方式、装设耦合地埋线、升高避雷线减小保护角、装设消雷器及预放电棒与负角保护针、使用接地降阻剂等。解决线路的雷害问题, 要从实际出发因地制宜, 综合治理。架空输电线路防雷的具体措施有以下几个方面:
(一) 架设避雷线。
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线, 同时还可起到以下作用:一是分流作用, 以减小流经杆塔的雷电流, 从而降低塔顶电位;二是通过对导线的耦合作用, 可以减小线路绝缘子的电压;三是对导线的屏蔽作用, 可以降低导线上的感应过电压。通常来说, 线路电压愈高, 采用避雷线的效果愈好, 而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此, 110k V及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。同时, 为了提高避雷线对导线的屏蔽效果, 减小绕击率, 避雷线与边缘导线的保护角应做小一些, 一般采用20°~30°。220k V及330k V双避雷线线路应做到20°左右, 500k V及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线, 保护角在15°左右。
(二) 加强线路绝缘。
由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔 (如:跨河杆塔) , 这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高, 感应过电压大, 而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率, 在35k V及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。
(三) 采用差绝缘方式。
此措施适宜于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统, 并且导线为三角形排列的情况。差绝缘是指同一基杆塔上三相绝缘有差异, 下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子, 当雷击杆塔或上导线时, 上导线绝缘相对较“弱”而先击穿, 雷电流经杆塔入地, 避免了两相闪络, 提高了线路的耐雷水平。
(四) 耦合地埋线。
耦合地埋线可起两个作用, 一是降低接地电阻, 《电力工程高压送电线路设计手册》指出:连续伸长接地线时沿线路在地中埋设1~2根接地线, 并可与下一基塔的杆塔接地装置相连, 此时对工频接地电阻值不作要求。二是起到部分架空地线的作用, 既有避雷线的分流作用, 又有避雷线的耦合作用。据运行经验, 在一个20基杆塔的易击段埋设耦合地埋线后, 10年中只发生一次雷击故障, 有文献介绍可降低跳闸率40%, 显著提高线路耐雷水平。
(五) 预放电棒与负角保护针。
预放电棒的作用机理是减小导、地线间距, 增大耦合系数, 降低杆塔分流系数, 加大导线、绝缘子串对地电容, 改善电压分布;负角保护针可看成装在线路边导线外侧的避雷针, 其目的是改善屏蔽, 减小临界击距。预放电棒与负角保护针常一起装设, 这一方法曾在广东、贵州等地采用, 有一定的效果。具有制作、安装和运行维护方便, 经济投入较小的特点。
(六) 装设浪涌保护器 (SPD) 。
SPD是一种线路上最常用的直击雷防护装置, 也是最有效的线路雷电保护装置, 在国内已有十余年的应用历史, 运行情况良好。间隙式SPD (放电管) 的工作原理是气体放电:当外加电压增大到超过气体的绝缘强度时, 两极间的间隙将放电击穿, 由原来的绝缘状态转化为导电状态, 导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道所决定的残压水平。如图1所示。
压敏电阻式SPD的电阻片的伏安特性可分为三个典型区域:区域Ⅰ为低电场区, 又称为泄漏区间。在这个区间内, 压敏电阻中电流很小, 呈现出近似开路状态;区域Ⅱ为中电场区, 又称为箝位工作区间。在这一区间内压敏电阻对过电压发挥箝位限压作用, 其电流大, 动态电阻很小;区域Ⅲ为高电场区, 又称为过载区间, 在这一区间内, 压敏电阻严重过载, 箝位功能恶化。如图2所示。
实际经验证明, 不同类型SPD的配合使用可更好地限制浪涌电压。根据各自的特点放电管一般用作第一级、压敏电阻用作第一、二级[3]。
(七) 使用接地降阻剂。
近几年来国内一些单位在处理接地时使用了降阻剂, 取得了较好的降阻效果。据有关资料介绍, 降阻剂使用后接地电阻随时间的推移而下降, 并且由于其PH值一般均在7.6~8.5之间[3], 有的呈中性略偏碱, 对接地体有钝化保护作用, 故基本无腐蚀现象。但是, 使用较长时间表明接地降阻剂对接地体产生了严重的腐蚀。故在采用这一方法时应关注长期的效果, 特别是对接地体的腐蚀问题。
(八) 采用中性点非有效接地方式。
在我国35k V及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障自动消除, 不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时, 由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线, 增加了分流和对未闪络相的耦合作用, 使未闪络相绝缘上的电压下降, 从而提高了线路的耐雷水平。对35k V线路的钢筋混凝土杆和铁塔, 必须做好接地措施。
三、结语
影响架空输电线路雷击跳闸率的因素很多, 有一定的复杂性, 解决线路的雷害问题, 要从实际出发, 因地制宜, 综合治理。在采取防雷改进措施之前, 要认真调查分析, 充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况, 研究测算线路所经之处的地闪电流强度, 核算线路的耐雷水平, 研究采用措施的可行性、工作量、难度、经济效益及效果等, 最后来决定准备采用某一种或几种防雷改进措施。
摘要：电子设备随着电子器件的微型化和集成度、精密度的提高, 其对雷电的耐受能力越来越差, 随着电子系统在社会生活中的重要性的提高, 对输电线路防雷安全的要求也越来越高, 雷击概率的研究对于有效防雷、避免或减轻雷灾造成的危害有着非常重要的意义。本文对输电线路的雷击影响因素进行了分析, 并提出了防护的措施。
关键词：架空输电线路,土壤电阻率,避雷线,防雷措施
参考文献
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雷击防护 篇5
1 变电站雷击事故分析
广西某县供电局拥有35k V和110k V两种类型的变电站, 而这些变电站都处于户外较为空旷的地理位置, 所采用的雷电防护措施多以独立接闪杆、铁塔和浪涌保护器为主, 而对于变电站的户外照明方面则主要采用探照灯。2006年7月雷电直接击中了其中一座35k V变电站里用于接闪的铁塔, 导致变电站中众多自动化设备装置的电源板遭受了严重损坏。该事故是广西有史以来最为严重的一次由自然灾害所造成的变电站事故, 它使整个变电站处于了无保护的状态下运行。
为了明确此次雷击事故的原因, 做好防护措施, 对变电站的雷击事故进行调查, 发现用于照明的大多数探照灯都安装在用于独立接闪的铁塔上。可以分析得到, 雷电直接接闪于铁塔, 极大的雷电流在通过铁塔泄入大地的过程中, 会在安装在铁塔上的探照灯电源线上产生非常高的感应过电压, 进而通过电源线进入室内, 而变电站里各种通过电源线路相连通的众多自动化的设备装置的电源板, 极易被该强大的感应过电压损坏, 造成严重的雷击事故。
2 变电站雷击效应和危害分析
2.1 雷电现象发生的原理
在大气中出现云块之后, 通过相互摩擦会使云块中快速流动的雾状水颗粒产生静电感应, 从而形成带电的云层。带电云层之间通过相互之间的摩擦会产生静电反应, 与之相像的带电云层与地面之间也会通过摩擦产生静电反应。一旦不同带电的云层之间以及云层和地面之间发生的静电反应所产生的电位差等一系列会导致放电现象的发生的相关要素达到并超过临界点, 天空中就会发生自然界中常见的雷电现象。
2.2 变电站雷击效应及危害
变电站系统中, 各个系统是相互关联的统一整体。如果发生雷击事故, 强大的雷电电流 (数十到数百k A) 会瞬间侵入大地, 这个时候, 由于地面上的各项用于生产或保护生产的电子设备及设施, 如果由于设计不科学或接地措施不完善等因素而导致无法实现对感应电荷迅速、安全、有效的泄流, 雷击所产生的静电压则通过过电压使感应电荷快速达到数百千伏, 无法及时的泄流最终会引发严重的雷击事故。
并且, 对于雷击现象而言, 在一次放电之后并不会立刻停止放电, 而是后续放电的方式以三次、四次乃至二十多次的频率沿着第一次放电的通道放电。从而引发第一次放电之后的后续危害。之所以有如此高的后续放电频率的原因是:大气云块是通过阶跃形式向大地放电, 先驱放电会出现在主放电之前, 这会使雷击电流的幅值、陡度特别的大, 也就是说, 将会产生一系列相关的雷电流脉冲, 在强大的瞬间脉冲磁场的影响下, 附近金属导体感应到的电磁感应过电压也会瞬间增大。同时, 无论是电磁感应过电压还是静电感应过电压都会引发输电设备绝缘闪络问题, 导致电气设备绝缘功能遭受损坏, 从而, 引发雷击效应的二次事故。
3 变电站雷电防护措施
3.1 变电站雷电防护基本措施
3.1.1 安装架空地线
该方法的基本操作就是将架空地线架设在架空输电线的上部, 并且充分的做好接地。目前而言, 减少甚至避免架空输电线路遭受雷击, 较为有效的方法之一莫过于安装架空地线。对于大多数变电站而言, 架空输电线在35k V以上的都应该进行架空地线的安装措施。
3.1.2 安装电涌保护器
电涌保护器防止雷击事件的原理就是通过电涌保护器对变电站发生雷击之后产生的过电压进行限制并分泄电涌电流, 降低雷击后二次事故的发生和损害。因此, 在变电站电源线路和各设备端安装一级甚至多级的电涌保护器, 可以大大的预防和减少发生雷击事故之后的二次雷击事故发生。
3.1.3 安装独立接闪杆 (铁塔)
安装独立接闪杆 (铁塔) 的根本目的是防止变电站遭受直接雷击。对于户外的变电站而言, 为了防止直接雷击, 全部都应装设独立接闪杆 (铁塔) 用以保护。在进行户外变电站独立接闪杆 (铁塔) 的安装之前, 应该对变电站的各种相关情况进行调研, 如变电站的占地面积, 变电站周围的建筑物分布情况和高度以及变电站建设的地形地貌, 在充分了解清楚这些相关信息之后, 进行雷电防护设计以准确的计算独立接闪杆 (铁塔) 的安装数量, 设计出科学有效的独立接闪杆 (铁塔) 安装位置。
3.2 变电站雷电防护措施的接地
所谓变电站雷电防护措施接地主要目的是减少事故的发生几率, 使用科学有效的雷电技术方法, 做到设备设施在遭受雷击后, 将其产生的数十乃至数百千安的大电流迅速有效的泄流到大地。在发生直接雷击之后, 合格的接地应该能够有效防止雷击产生的电磁感应电流和静电感应电流所引发的危害。统计表明, 等电位连接和联合接地是有效防护变电站雷电灾害发生的有效方式。为了防止雷击事故危害的扩大化, 已经在使用的旧变电站应该充分的做好各雷电防护措施的接地检查工作, 并且也要对之前设计得不够科学的地方改进完善, 确保变电站内各类雷电防护的接地措施与现行的设计规范的参数要求都保持同步。
4 结论
防雷接地技术不仅是电气安全工程技术的一方面, 更是电气安全工作的重中之重, 变电站作为电力供电系统的重要枢纽, 雷击的事故的发生会严重影响千家万户的工作和生活, 因此, 变电站的雷电防护措施所进行的设计、雷电防护装置的安装以及对各种防护措施的维护等各个环节都至关重要, 预防为主, 给予足够的重视, 才能尽可能的减少类似事故的再次发生。
摘要：变电站防雷装置的设计和安装非常的重要且容不得一丝马虎, 其设计和安装的好与坏直接关乎电站里各电气系统配套设备以及站内各人员的生命及财产安全。因此, 加强对变电站雷击事故及雷电防护的研究至关重要。本文在某变电站的雷击事故发生后, 对其雷电防护的措施进行了分析。
关键词：变电站,雷击事故,防护措施
参考文献
雷击防护 篇6
1 雷电风险评估的工作流程
通常来讲, 雷电危害的风险评估工作按照以下的工作流程来执行:
1.1 确定评估对象
进行相关资料的收集, 明确评估的范围。
1.2 现场勘测与调研进行工程分析。
1.3 制定评估方案
选择评估标准, 确定评价方法, 进行分析与评估。
1.4 给出雷电灾害风险评估报告
其内容要包括评估目的、评估依据、评估内容及评估结论, 并提出适当的对策与相应的措施。
1.5 报主管部门审查。
2 防雷工程前期勘察
2.1 勘察收集防护区域的基本资料
在资料中, 包括勘察建筑物的地理、地质、土壤、气象、环境等条件和雷电活动规律, 以及被保护建筑的特点等, 具体包括建筑的总平面图、地形、地貌、交通情况、地物状况以及雷电活动状况等。
2.2 施工区域的地质资料
2.2.1 应当对施工现场的土质、岩石的成分比例、周围是否存在金属矿等进行勘察。
2.2.2 对于施工区域周围的土壤电阻率进行勘测。
2.2.3 对于使用年限较长、接地稳定性要求高的工程 (如埋地油罐) 还应测量土壤酸碱性。
2.2.4 对该施工地点曾经是否有过雷击事故进行了解, 对发生雷击事故的原因进行分析, 做好记录, 为防护工作提供参考。
2.3 被保护对象的资料
2.3.1 要了解被保护对象的用途, 是作为居住、生产, 还是存储。如果不是居住, 则要从生产设备到工艺流程, 从存储的原料到商品的成品, 都应当有详细的了解。当存储的物品带有一定危险性时, 则需要按照不同的防雷级别做好相应的防静电措施。
2.3.2 对建筑物本身的楼层高度以及本身的电子信息设备的安装情况进行了解。
2.3.3 了解相关设备、人员分布详细情况, 准确把握现场的管道、通信电缆、电力线路的埋设位置、深度、走向等。
3 撰写雷击灾害风险评估报告
雷击灾害风险评估报告是利用勘察中取得数据和资料通过存在各风险因子的估算进行归纳分析得出的雷击风险报告, 是防雷工程设计和施工的重要依据。对于雷击灾害风险评估报告来说, 不仅要保证其数据信息的真实性和完整性, 同时也应当具备相应的工程资料, 以此来保证其内容的完整性。
在雷击灾害风险评估报告中包含以下基本内容:被评估的防雷工程的概况;该评估区域内的地质条件、大气环境以及雷电分布的特点等, 同时也应当包括当地的社会环境和服务设施等全面的描述;在勘察工作进行过程中所涉及到的评估标准和依据;雷电截收面积、雷击次数以及对雷击风险评估计算的数值;不同数据的记录和汇总信息, 以及勘察工作的最终结论。
4 雷击风险评估内容的具体应用分析
雷击损害的发生是由多种因素导致的, 损害程度和损害后果同样受到不同因素的影响。
4.1 对雷击环境的风险进行评估
4.1.1 雷击电流的分布情况。我国雷击电流的幅值分布函数为1g P=- (I/88) , 根据笔者所在地区的气象局统计资料显示, 在2010~2011年间, 本区域发生雷击后的电流范围位于1~385k A之间, 其中雷击分布范围最广的电流频率是5~80k A, 也就是说这一电流幅值是本区域最为常见的雷击电流。并且电流指数越高, 此种雷击出现的频率也就越少, 所以从频率的角度来看, 我们应该确定具有普及性的雷击情况, 也就是位于1~100k A之间即可。
4.1.2 雷击出现的年平均密度 (次/km2·a) 雷击大地年平均密度计算式采用GB50057-2010规范附录一中计算方法:Ng=0.1×Td (次/km2·a) 。其中Td指的就是在当地每年平均出现的雷暴日, 单位为d/a。
雷暴日是我们在雷击风险评估中考虑的重要因素, 它指的就是只要在一天内观测到有雷声或闪电, 那么这就是一个雷暴日。这种计算方法虽然被长期沿用, 但是明显欠科学, 它忽略了这一天雷暴发生的频率以及是否多次出现。雷暴日仅仅代表着这一天出现了雷电, 但是不清楚究竟发生了多少次雷击、频率如何、是否持续出现。真正能够带来破坏性灾害的雷击, 通常是在一段时间内持续、多次出现的雷暴。所以我们在考虑这个因素时, 应当尽可能的提高雷暴日记录观测的准确性。
4.1.3 雷击的选择性。雷电袭击虽然具有不可控性, 但是并不是毫无规律。特别是在一个区域中, 遭受雷击的地点或是建筑往往都具有一定的规律性, 这种规律是我们在长期的调查、记录过程中能够发现的。雷击的出现, 往往与这个地区的地质构造、土壤的电阻性能、水流、地质环境的变化、地面设施有关。所以通过对这一地区雷击事故的综合考察, 我们将与雷击选择最相关的因素作为我们考虑雷击风险出现的要点, 以此作为参考依据。
4.2 建筑物的雷击风险
建筑物也是影响雷击效果的一个重要因素, 建筑物截收相同雷击次数的等效面积Ae:
当建筑物的高度大于等于100m时, Ae=[LW+2H (L+W) +πH2]×10-6;
建筑物的年预计雷击次数N=k·Ng·Ae
式中, K为校正系数, 在一般情况下取1, 在下列情况下取相应数值:位于山顶上或旷野孤立的建筑物取2;金属屋面没有接地的砖木结构的建筑物取1.7;位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处, 地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物, 以及特别潮湿地带的建筑物取1.5;L, W, H为建筑物的长、宽、高, 单位是m。
4.3 建筑物的年雷击次数
建筑物的年雷击次数, 就是我们将特定的建筑物作为考量雷击风险的重要要素。一年之中一个建筑物遇到雷击的次数、遭遇雷击的频率, 是我们进行雷电防护的重要参考依据。对于建筑物年雷击次数的计算, 我们将其分为两个方面, 根据雷击形成的方式不同, 可以分为直接雷击和间接雷击两种。二者的总和, 才是1a中建筑物的雷击次数。
直接雷击次数Nd的计算, 主要是通过本区域内出现的年雷击的密度Ng, 以及该建筑物的有效雷击截收面积Ae的乘积来得出。也就是Nd=k·Ng·Ae。
间接雷击次数Ni的计算, 则是建筑物附近出现雷击的次数Nn, 以及相关设施上的雷击次数Nk的总和。即:N=Nd+Ni=Nd+ (Nn+Nk) 。
4.4 雷击损害的概率
导致雷击损害的因素很多, 在日常的情况下, 我们一般将导致雷击的因素分为电压类型的损害、化学作用以及一些不可抗力因素所造成的损害, 具体来说就是三种情况:过电压导致的损害、跨步电压以及接触电压造成的损害、化学原因导致的损害。这三项损害概率的总和, 就是雷击损害的真正概率。
4.5 雷电闪击的损害次数
建筑物的年损害次数F要考虑到由直接闪击导致的年损害次数 (F d) 及由间接闪击导致的年损害次数 (Fi) 两种情况:
式中F——建筑物的年损失次数;
Fd——直击雷导致的年损失次数;
Fi——间接雷导致的年损失次数。
由以上所述可知, 雷击灾害的发生是多种因素的结合, 它与地区环境、建筑物的特征、当地的雷击电流出现的频率、雷暴日有着密切的关系。
4.6 建筑物内电子信息系统评估应用
按照建筑物年预计雷击次数N1和建筑物入户设施年预计雷击次数N2确定N值N=N1+N2。建筑物电子信息系统设备, 因直击雷和雷电电磁脉冲损坏可接受的年平均最大雷击次数Nc可按下式计算:
将N和Nc进行比较, 确定电子信息系统设备是否需要安装雷电防护装置:
当N≤Nc时, 可不安装雷电防护装置;
当N>Nc时, 应安装雷电防护装置。
按照防雷装置拦截效率E的计算式E=1-Nc/N确定其雷电防护等级:
当E>0.98时, 定为A级;
当0.90
当0.80
当E≤0.80时, 定为D级。
最后, 根据以上采集的相关数据, 分析得出雷击风险评估结论和建议, 针对评估结论, 制定并实施行之有效的具体措施加强薄弱环节的雷电防护工作, 及时排除可能遭受雷击的隐患。
5 结语
综上所述, 雷击风险评估是防雷减灾工作的一个重要组成部分, 是否能够获得科学、准确的雷击风险评估数据对于防雷装置设计、施工都有着十分重要的影响, 提前进行雷击风险评估, 采取有效的安全防范措施是雷电防护安全工作的重要举措。
参考文献
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雷击防护 篇7
关键词：10kV配电网,雷击,雷电流强度,雷暴日,综合防护
引言
沧州地处冀东平原, 东临渤海, 土壤电阻率较低, 年平均雷暴日达28天, 属于雷暴多发区[1]。根据统计, 500kV和220kV等输电网的雷击跳闸率都比较地, 10kV中压配电网的雷击跳闸率相对较高, 尤其是黄骅、海兴等东部沿海区域, 地势空旷, 树木稀少, 10kV农村配电线路遭受雷击的概率明显增加。同时, 由于10kV中压配电线路的相间距离较小, 绝缘强度低, 耐雷水平差, 遭受雷击后容易出现跳闸或断线的现象。因此, 寻找有效的雷电活动规律[2], 提高雷电灾害防护措施势在必行。
1 雷电活动分布
1.1 雷电流幅值分布
雷电定位系统探测到的雷电流幅值[3,4]是一次雷击中探测站所测到的峰值电流。在不考虑雷电流波头和波尾时间的情况下, 该峰值电流即为一次雷电流的大小。运用IEEE和CIGRE推荐的近似对数正态分布式的标准式P1=1/ (1+I/a) b (式中a为50%累计概率的电流幅值, b为曲线的方差) 进行曲线拟合, 得到2001-2010年全部数据雷电流幅值累计概率分布曲线, 如图1所示。
经拟合分析, 沧州地区10年a的平均值约为36.5kA, b的平均值为3.0。正极性雷电流幅值累计概率分布曲线比负极性雷电流雷击概率曲线平缓, 正极性雷电流幅值分散性更大。
1.2 雷暴日统计分析
雷暴日是防雷工程设计和验算中使用频率最高的一个雷电参数, 与日雷电次数无关, 它集中反映雷电活动的频度, 对其统计采用网格法[5]。
根据沧州地区2001-2010年的雷电数据进行分析, 沧州雷暴日数的月变化呈单峰分布, 季节性分布显著, 80%的地闪集中在6月、7月和8月, 平均为9.1d, 最少为11月, 不到0.1d。沧州地区在24小时各时间段都有雷暴发生, 16～22时为雷暴频发时段, 频率为45%[1]。
1.3 雷击对10kV农村配电网的影响
10kV农村配电线路大部分都裸露在空气中, 极易遭受雷击, 造成系统供电中断、供用电设备损坏等。雷击对10kV配电网的影响主要表现在雷击后断路器的跳闸次数、雷击后断路器重合闸不成功和雷击后线路断线三个方面。
1.3.1 雷击后断路器的跳闸次数
根据10kV及以下架空配电线路设计技术规程 (DL/T5220-2005) 的有关要求, 进行配电线路设计时允许线路能够承受一定的雷击, 并且雷击跳闸后能够重合闸成功, 对系统造成的影响较小。对雷电活动较频繁区域, 配电线路的雷击跳闸率较高, 严重影响电力用户的生产和生活, 要有针对性地提高配电线路的防雷要求和技术标准。
1.3.2 雷击后断路器重合闸不成功
线路遭雷击后断路器跳闸, 跳闸后重合闸不成功造成该线路长时间停电, 给广大电力用户的生产和生活造成严重影响, 其主要原因是巨大的雷电能量致配电变压器、避雷器等设备损坏或设备闭锁, 无法完成自动重合闸。
1.3.3 雷击断线
10kV绝缘导线具有防破损和防止树线搭接的优点, 近年在城镇配电网中大量应用。因此也增加了雷电击中导线后断线的概率, 并在断线后线路内的导体缩入绝缘介质内, 不能与大地良好的接触, 很容易致人死伤。
2 10kA农村配电网雷电的综合防护
2.1 降低接地电阻
沧州地区10kV农村配电网的杆塔多数为钢筋混凝土材料制作而成, 杆塔的接地电阻较大, 遇到雷击时很难将非常大的雷电流瞬间释放到大地。因此, 在雷电活动较频繁的东部沿海地区采用安装引下线和垂直接地极方法降低接地电阻。
2.2 安装避雷器
在杆塔顶端与绝缘子并联安装避雷器, 当雷击线路或杆塔时避雷器动作, 利用避雷器内阀片的伏安特性, 有效降低避雷器的残压;当雷电流经过避雷器泄放后, 避雷器将工频续流及时截断, 线路两端开关不会跳闸, 系统恢复到正常状态[6]。
2.3 防雷绝缘子
防雷绝缘子将架空绝缘导线或裸导线连接在杆塔金具上, 当架空绝缘配电网受到直接雷击或者感应雷电时, 绝缘子左右两端引弧棒提供的空气间隙能够在绝缘子闪络之前先动作放电, 提供了雷电的闪络通道, 在雷电闪络通道上建立起来的工频电弧或者单相短路电流的弧根, 只能固定在引弧棒提供的高低压电极上, 而不会流串到绝缘子本体或导线上, 从而有效地防止绝缘子因雷击损坏和绝缘导线雷击断线事故的发生。
2.4 安装可调过电压保护装置
在绝缘子两端并联一对镀铜球型电极, 构成保护间隙, 设计上使镀铜保护间隙的击穿电压比绝缘子串的冲击放电电压低5%左右, 当架空线路受到雷击时, 绝缘子串两端出现较高的雷电过电压时, 保护间隙首先放电, 将冲击电弧和持续的工频电弧通过并联间隙所形成的放电通道释放到大地, 从而达到保护的目的。
3 雷电防护效果评估
近年国家不断加大投入, 对部分雷电频繁动作断线或跳闸的10kV架空配电线路进行防雷改造, 对每基杆塔安装接地装置和过电压保护装置, 降低接地电阻。经过三年的运行和雷击检验, 改造后的配电线路雷击断线和跳闸率明显降低, 提高了供电可靠性, 保证了广大用户的用电安全。
参考文献
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雷击防护 篇8
电子信息系统是指由计算机、有/无线通信设备、处理设备、控制设备及其相关的配套设备、设施(含网络)等的电子设备构成的,按照一定应用目的和规则对信息进行采集、加工、存储、传输和检索等处理的人机系统[1]。随着信息时代的到来,信息设备的微电子化、高度集成化使之对雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Impulse,简称LEMP)越来越敏感,由LEMP而导致设备与系统蒙受损失的事件大量增加,且危及范围越来越大[2]。资料统计表明:电子信息系统故障、事故中由雷电波或雷击电磁脉冲引起的占80%左右[3]。
1 雷击电磁脉冲危害的特点
随着电子信息系统的广泛应用,雷击电磁脉冲的危害特点较过去也呈现出较大的不同,可以概括如下:
(1)受灾面积不断扩大。传统的雷电灾害主要集中在电力和建筑这两大行业,而现在几乎扩大到各个行业、各个领域,尤其是与微电子技术密切相关的领域,如航空航天、国防、通信、大型计算机网络及电子工业、石油化工和金融证券等。
(2)灾害由二维空间侵入转变为三维空间侵入。传统的雷电灾害主要是雷电直击和雷击过电压延各种线路传输,而随着越来越多微电子设备的广泛应用,无孔不入的雷击电磁脉冲(LEMP)的危害程度也越来越大。2007年5月23日,重庆开县义和镇政府兴业村小学一教室的金属窗遭遇雷击,强大的雷击电磁脉冲瞬间造成7人死亡、19人重伤、20人轻伤的重大雷击事故,震惊全国[4]。
(3)受灾损失越来越严重。现代电子信息系统中,有时雷击对设备或系统本身造成的直接损失并不是很大,但由此造成的间接损失或影响却非常大。如2005年6月1日3时30分,一次强雷暴袭击了湖南省益阳市区,致使益阳市教育学院、城市学院、移动通讯公司、联通通讯公司、气象局、市林业局等单位的电系信息系统均遭到雷击电磁脉冲的侵袭,直接经济损失258.4万元,间接经济损失819.9万元[5]。类似的雷击事故比比皆是,令人触目惊心。
2 雷击电磁脉冲的侵入途径
雷击电磁脉冲对电子信息系统危害的侵入途径主要有雷电直接击中电子信息系统的物理线路、感应过电压和雷击地电位抬高三种。
2.1 雷电直接击中物理线路
电子信息系统中的物理线路有很多种,当雷电直接击中电子信息系统的供电线路,强大的雷电流和产生的过电压沿供电线路传输,造成电子信息系统的UPS电源损坏、断电,以致使整个系统瘫痪;雷电直接击中电子信息系统的无线通信天线,强大的雷电流沿天馈线路进入电子信息系统,造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等主要通信设备损坏。雷击电子信息系统的有线线路(如光缆、DDN、振中继、X25专线、电话线等)产生强大的机械力,猛烈的冲击波,炽热的高温使通信线路损坏,过高电压和强电流沿通信有线线路侵入到电子信息系统内,造成路由器、交换机及其前端设备的损坏等。
2.2 雷击产生感应过电压
雷击产生的感应过电压包括回路感应过电压和线路感应过电压。
建筑物内布置有大量的金属导体线路(如电源线、数据通信线、天馈线),由于这些线路组成的网络结构布局错综复杂,在建筑物内部的不同空间位置上构成许多回路,当建筑物遭到雷击或邻近地区遭雷击时,将在建筑物内部空间产生瞬态脉冲磁场,这些快速变化的磁场交链这些回路后,将在回路中感应出暂态过电压,致使与这些回路相连接的电子信息系统的各种电子设备遭到破坏。
连接电子信息系统的各种线路架空于雷击点附近,由于雷云团先导通道中充满电荷,对架空线路产生静电感应作用累计大量相反电荷,雷云主放电开始,雷云中电荷迅速中和,从而使架空线路上原先被束缚的电荷被迅速释放,形成暂态过电压波。这种波以接近光速向架空线路两侧传播,侵入导线两端的电子信息系统中的各种设备并将其损害。
雷电直接击在电子信息系统所在建筑物的避雷带上时,由于雷电流幅值大,波头陡度高,在雷电流的通道附近形成一个很强的感应电磁场。这样强大的感应电磁场将直接作用在电源线或通信设备上,形成感应过电压侵入到电子信息系统中,损坏通信设备。
2.3 雷击地电位抬高入侵
建筑物在遭到直接雷击时,雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地,在此过程中,雷电流将在防雷系统中产生瞬态高电压,如果防雷接地体与周围电子信息系统接地体之间的距离没有达到安全间距或不共地,将在两者之间出现很高的电势差,并会发生放电击穿,导致雷击电磁脉冲沿电子信息系统的接地体侵入系统,造成设备严重损坏,甚至危及人身安全。
3 雷击电磁脉冲的防护
3.1 防雷区划分的原则[1,6]
将需要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电位连接点的位置。根据各区交界处的电磁环境有无明显改变作为主要特征将信息系统雷电防护划分为不同的防雷区域。
1)LPZ0A区
本区内的各物体都可能遭到直接雷击和导走全部雷电流;本区内的电磁场强度没有衰减。
2)LPZ0B区
本区内的各物体不可能遭到大于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击,但本区内的电磁场强度没有衰减。
3)LPZ1区
本区内的各物体不可能遭到直接雷击,流经各导体的电流比LPZ0B区更小;本区内的电磁场强度可能衰减,这取决于屏蔽措施。
4)后续防雷区(LPZn+1,n=1、2、…)
当进一步需要减小流入的电流和电磁场强度时,应增设后续防雷区,并按照需要保护的对象所要求的环境区选择后续防雷区的要求条件。在两个防雷区的界面上应将所有通过界面的金属物作等电位连接,并已采取屏蔽措施。L P Z 0A和LPZ0B之间无界面。
将需要保护的空间划分成不同防雷区的一般原则如图1所示。
3.2 防护措施
建筑物雷击电磁脉冲的防护是一个综合性、系统的工程项目,需建立整体防护体系,其基本原则和方法就是提供合理的雷电流泄放通道,进行分流、均衡电位、屏蔽、合理布线和接地。根据雷击电磁脉冲的侵入途径,将内部防雷与外部防雷综合在一起,全方位考虑,层层设防。建筑物电子信息系统雷击电磁脉冲的防护如图2所示[1]。
3.2.1 分流
通过引下线将接闪器上的雷电流泄放到大地,分流影响的效果直接取决于引下线数量的多少。引下线越多,每根引下线通过的雷电流就越小,其感应范围就越小。当建筑物很高时,引下线很长,应在建筑物的中间部分增加均压环,以减小引下线的电感,它不仅可以分流,还可以降低反击电压。
同时,进入建筑物的电源线路、天馈线路和各种信号线路应在不同的防雷区界面处,以及终端设备的前端根据IEC1312雷击电磁脉冲防护标准,分别安装上电源类、天馈类和各种信号类电涌保护器(SPD),然后将这些电涌保护器的接地端与符合规范要求的接地体连接。这是防护电子信息系统中各种设备免遭雷击电磁脉冲及其它干扰而产生电涌过电压的有效手段。
3.2.2 均衡电位
均衡电位指建筑物内的各部位均能构成同一电位(等电位)。如果楼内各部位的结构钢筋和各种设备的金属外壳及金属管道都能连成统一的导电体,建筑物内部就不会产生不同的电位,保证建筑物内部不会产生反击和危害人身安全的接触电压或跨步电压,同时建筑物内的电子信息系统防护雷击电磁脉冲起也到很好的作用。
现代建筑绝大部分为钢筋混凝土结构,最具备等电位的条件。为了防雷装置的需要,必须有目的的将接闪装置与梁、板、柱和基础可靠焊接、绑扎或搭接。同时,将各种设备金属外壳和金属管线与之焊接或卡接,形成均衡电位。
3.2.3 屏蔽
屏蔽的主要目的是对建筑物内的各种通信设备,电子计算机,精密仪器和各种微电子设备的防护。建筑物内的这些设备不仅在防雷装置接闪时受到电磁干扰,而且由于本身性能的灵敏度,打雷时雷电波的电磁辐射,甚至其他建筑物接闪传来的电磁波也会对其发生影响。因此,尽量利用钢筋混凝土结构的顶板、地板、墙面和梁、柱,使其构成一个六面体的网笼,有效地屏蔽掉各种电磁脉冲。
3.2.4 接地
接地效果的好坏是防雷安全的重要保证之一。达到规范要求条件的钢筋混凝土结构应当充分利用基础内钢筋作为接地装置;达不到规范要求条件或基础周围包在防水油毡层内应当做周圈式接地装置,将接地体预先埋在基础槽的最外边,接地体靠近基础的钢筋,有利于均衡电位的效果;对于木质结构和砖混结构建筑物必须做独立引下线,根据多年的工程实践经验,采用独立接地方式时,以钻孔深埋接地极(约4m～5m)的效果为最好。
根据文献[6],有敏感电子系统的建筑物的接地装置(接地网)应符合B类标准。
3.2.5 合理布线
在现代建筑物内部都离不开照明、动力、电话、电视和各种微电子设备的线路,必须充分考虑防雷与这些管线的关系。当防雷装置接闪时,为了保证这些线路不受影响,首先将这些线路穿于金属管内,保证可靠屏蔽;其次线路主干线的垂直部分要走在高层建筑的中心部位,避免靠近作为引下线的柱筋位置,以尽量缩小电磁感应的范围。
4 结束语
总之,在现代建筑中采用分流、均衡电位、屏蔽、合理布线和接地等措施能够有效地防止雷击电磁脉冲的侵害。建筑物雷击电磁脉冲的防护是一个系统工程,需要建立整体防护体系,这些措施要综合运用,互相配合,各行其责,缺一不可。
参考文献
[1]谢海华.现代建筑内电子信息系统的雷电防护[J].南京信息工程大学,2006.
[2]周壁华.陈彬,石立华.电磁脉冲及其工程防护[M].北京:国防工业出版社,2003.
[3]张少虎,阳宏声.防雷工作的现状及对策[C].第五届中国国际防雷论坛论文摘编,2006.
[4]王娜娜.雷击校园:天灾还是人祸[J].中国减灾,200(706):8.
[5]朱林根.21世纪建筑电气设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.