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電源線路雷電波侵入防護簡介

閱讀：4952發(fā)布時間：2012-8-1

　　任何雷電防護理論都是在一定的物理條件下成立，科技的發(fā)展正在改變著我們身邊的物理條件，使防雷理論的發(fā)展可分為機械時代、電氣時代和電子信息時代三大時期。雷害問題從過去的以直擊雷的形式擊毀地上的人和物為主發(fā)展成為以通過金屬線傳輸?shù)睦纂姴橹?；其防雷方法由簡單的避雷針、避雷帶防護轉(zhuǎn)變?yōu)椋粒模拢樱牵蟹椒ā?br />　　
　　雷電波侵入是指直擊雷或感應(yīng)雷從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬的引入線引入建筑物內(nèi)，發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。這種事故的發(fā)生率很高，而且往往事故嚴(yán)重。
　　
　　美國能源部系統(tǒng)在１９９０～１９９８年期間由于雷電引起事故高達４６１起，其中電源線路過電壓造成的物理性裝備損失約占８０％左右，計算機安全部門在１９９８年內(nèi)，雷電波侵入使１０萬臺計算機受損，價值１．２億美元；１９９６年６月６日，重慶市農(nóng)業(yè)銀行大廈的
　　
　　計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因雷擊損失１０７萬元，其下屬的信托證券公司證券部通信網(wǎng)絡(luò)中斷數(shù)小時，引起股民恐慌；１９９９年８月２０日，萬盛電信局遭雷擊，由于雷電波侵入造成該區(qū)電信設(shè)備損壞，９５％以上（１．１萬余門）中斷信號，經(jīng)濟損失高達２５０萬元；２０００年８月１１日，石坪橋衛(wèi)星發(fā)送臺遭雷擊，致使全市９５％尋呼臺陷入癱瘓；２００２年３月１２日和５月２３日，渝北區(qū)雙鳳加油站兩次遭雷擊，均是雷電波從電源線引入造成加油機被雷擊壞：因此，研究雷電波侵入及防護非常有必要。
　　
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　　雷電波侵入的方式通常有三種：其一是直擊雷擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，他們在各種電線中感應(yīng)出幾ｋＶ到幾十ｋＶ的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的；第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時，在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這高電位通過電力線的零線、保安接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到別處，殃及更大范圍。其示意圖如圖１、圖２所示。
　　
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　　１．２．１直擊雷（雷電直擊）的雷電波侵入危害
　　
　　所謂直擊雷，是指雷電直接擊中了架空電線或埋地電纜，雷電流以１／２０～１／２的光速以波的形式向線路兩端移動，對電力設(shè)備及用電設(shè)施構(gòu)成危害。雷擊時電流高達幾十千安，zui高達２００～３００ｋＡ，一般在２０～４０ｋＡ，其時間甚短，一般僅為１０～１００μｓ。
　　
　　雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓：
　　
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　　實踐證明，在埋有電纜的地方，沿電纜埋設(shè)的線路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤電阻率高的地方尤其明顯，這是由于在土壤中埋下一條電纜就相當(dāng)于土壤中有一條土壤電阻率特別低的帶，即在土壤電阻率高的地方，如果中間存在一塊低土壤電阻率的地區(qū)，該地區(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊電纜的原因。據(jù)有關(guān)資料報道，雷電直擊點的地面會出現(xiàn)大的孔洞，洞深可直達電纜。
　　
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　　當(dāng)雷電擊中電纜附近大地時，落雷點的電位顯著升高，而電纜延伸至很遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)端電位可視為零，所以雷擊點附近的電纜電位也幾乎為零，這樣一來，落雷點與電纜之間便出現(xiàn)極大的電位差。如果這一電位差超過了雷擊點與電纜間的土壤耐壓強度所無法承受的程度時，便擊穿土壤，形成了從雷擊點到電纜的電弧通道，大量雷電流涌向電纜。這種雷擊，損害程度與雷電直擊電纜相當(dāng)，同樣會造成電纜嚴(yán)重破壞。
　　
　?。保玻掣袘?yīng)過電壓的雷電波侵入危害
　　
　?。ǎ保┘芸站€路的雷電感應(yīng)過電壓
　　
　　雷云在起電、移動和先導(dǎo)放電的過程中，對架空線會產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使之產(chǎn)生異號靜電位，一旦雷云對地放電導(dǎo)線中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對稱地向線路兩端移動，電荷移動所形成的電流（Ｉ）乘以導(dǎo)線的波阻（Ｚ）
　　
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　　式中：Ｕｇ為感應(yīng)過電壓幅值；
　　
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　　ｈｄ為導(dǎo)線距地高度；
　　
　　Ｓ為雷擊點與導(dǎo)線垂直距離。
　　
　　根據(jù)南非郵電部Ｃ·Ｆ博伊斯《電信系統(tǒng)的保護》論文資料可知，即使雷云沒有放電，僅在雷云起電和移動過程中，也能在絕緣良好的短線路上產(chǎn)生１０～２０ｋＶ的感應(yīng)過電壓。產(chǎn)生相距大約為２５～３０００ｍ的對地雷擊，一般將在架空線路中感應(yīng)出高于１０００Ｖ的過電壓，這必將產(chǎn)生相當(dāng)大的危害；
　　
　?。ǎ玻┑叵码娎|的雷電感應(yīng)過電壓
　　
　　除了直接向電纜流入雷電流以外；由于云間放電，通過電磁感應(yīng)，也能在電纜上誘發(fā)感應(yīng)電壓和電流。如果放電通道與電纜線路相平行，由于電磁感應(yīng)，將使電纜的導(dǎo)體產(chǎn)生一定的縱向電動勢，并隨之流過一定的電流。實際上電纜上的過電壓沖擊，絕大多數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的。但因其能量一般較小、電壓低、電流弱，通常很少對電纜本身造成危害，只能對電纜相連接端機或增音機構(gòu)成危害。
　　
　　地下電纜的雷電感應(yīng)過電壓與雷擊點入地雷電流幅值、雷擊土壤電阻率，電纜與雷擊點的距離、電纜掩埋深度、電纜屏蔽及其接地狀況等因素有關(guān)。感應(yīng)過電壓分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩部分，對于輸電線路來講，其過電壓以靜電感應(yīng)為主。國內(nèi)外實驗表明，若有５ｋＡ雷電流流入接地網(wǎng)，在其附近５～１０ｍ遠(yuǎn)的無屏蔽電纜上將感應(yīng)５～７．５ｋＶ的過電壓。但電纜有金屬護套，并且兩端做良好接地，則感應(yīng)過電壓幅值將在２５０～７５０Ｖ之間。
　　
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　?。玻彪娫淳€路進線方式
　　
　　電源線路進入建筑物通常有兩種方式：架空線路或埋地引入。為了防止或減少雷電波的侵入，室外電源線路宜全線埋地敷設(shè)或距建筑物１５ｍ處采用鎧裝電纜段或無鎧裝電纜穿鋼管埋地引入，進入建筑物內(nèi)總配電箱或電源配電柜，然后分線進入用戶。
　　
　?。玻搽娫淳€路的接地與等電位連接
　　
　　電源供電系統(tǒng)通常采用ＴＮ－Ｃ－Ｓ系統(tǒng)，在電源進線點進行總等電位聯(lián)結(jié)（ＭＥＢ）。另外，電纜外導(dǎo)體對內(nèi)導(dǎo)體有靜電屏蔽作用，電纜的外導(dǎo)體同內(nèi)導(dǎo)體形成電容很容易將芯線上高頻性質(zhì)的感應(yīng)電荷泄放入地，可一定程度限制較低的感應(yīng)雷電波侵入。這就要求將電纜金屬外皮、鋼管等在進出建筑物處同電氣設(shè)備的接地極相連。這種方式將極大減少高電位引入的威脅。在電纜進用出戶處將電纜外皮及保護鋼管與電氣設(shè)備接地極連接，在轉(zhuǎn)換處應(yīng)裝設(shè)低壓配電線路適用的避雷器，另要將避雷器、電纜金屬外皮、絕緣子鐵腳、金具連在一起接地。
　　
　　建筑物防直擊雷接地極同電氣接地極共同泄放直擊雷電流時，會出現(xiàn)接地極上雷電流經(jīng)電阻耦合的高電位引入情況，這就需要在線路進戶處必須裝設(shè)一組避雷器，將高電位鉗制在安全值。對保護耐壓較低的家電產(chǎn)品而言，有必要在分配電箱處加裝避雷器作為二級防護，以便逐級泄放雷電能量，逐步降低所鉗制的雷電壓值。對于信息系統(tǒng)重要性，有必要采取電源三級防雷。
　　
　?。辰Y(jié)論
　　
　　在雷雨季節(jié)，城市或農(nóng)村低壓供電線路是產(chǎn)生雷擊事故zui多的，也是防雷zui薄弱的環(huán)節(jié)，zui被人們所忽略的角落，因此要求住戶加裝防雷保護器是非常必要的。
　　
　　由于雷電具有大電流和高電位的特點，因此能造成很大的危害。
　　
　?。?）雷電的特點
　　
　　雷電流放電電流大，幅值高達數(shù)十至數(shù)百千安；放電時間極短，大約只有50～100μs;波頭陡度高，可達50kA/s，屬于高頻沖擊波。雷電感應(yīng)所產(chǎn)生的電壓可高達300～500kV。直擊雷沖擊電壓高達MV級，放電時產(chǎn)生的溫度達2000K。
　　
　　（2）雷電的危害
　　
　?、贆C械效應(yīng)：雷電流流過建筑物時，使被擊建筑物縫隙中的氣體劇烈膨脹，水分充分汽化，導(dǎo)致被擊建筑物破壞或炸裂甚至擊毀，以致傷害人畜及設(shè)備
　　
　　②熱效應(yīng)：雷電流通過導(dǎo)體時，在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱能，可燒斷導(dǎo)線，燒壞設(shè)備，引起金屬熔化、飛濺而造成火災(zāi)及停電事故。
　　
　?、垭姎庑?yīng)：雷電引起大氣過電壓，使得電氣設(shè)備和線路的絕緣破壞，產(chǎn)生閃爍放電，以致開關(guān)掉閘，線路停電，甚至高壓竄入低壓，造成人身傷亡。

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