【正文】 沒有區(qū)分雷云之間的放電與雷云對(duì)地的放電。實(shí)際上，雷云之間的放電遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于雷云對(duì)地面的放電，～。雷云對(duì)地放電的頻繁程度可以用地面落雷密度來表示，是指每個(gè)雷電日每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。實(shí)際上地面落雷密度與年平均雷電日數(shù)有關(guān)，如果雷電日數(shù)增大，則也增大。(3)雷電波阻抗雷電通道在主放電時(shí)如同導(dǎo)體，雷電流在導(dǎo)體中流動(dòng)，和普通的導(dǎo)線一樣，具有某一等值波阻抗，稱為雷電波阻抗。根據(jù)理論研究和實(shí)測(cè)分析，我國有關(guān)規(guī)程建議取300～400Ω。 (4)雷電流的極性國內(nèi)外的研究表明，負(fù)極性雷占大多數(shù)，大約占到80%。加之負(fù)極性的雷電流傳播的時(shí)候衰減比較小，對(duì)于設(shè)備的危害比較大，所以防雷計(jì)算一般都按照負(fù)極性雷電流來計(jì)算。[2](5)雷電流的幅值、波形和陡度 ? 雷電流的幅值規(guī)程規(guī)定：雷電流是指雷擊于Rj≦30Ω的低接地電阻物體時(shí)，流過該物體的電流。雷電流的大小與氣象、自然條件等有關(guān)，只有通過大量的實(shí)測(cè)才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦，一般地區(qū)的雷電流的幅值超過I的概率p可以按以下公式得到： （21） 我國西北、內(nèi)蒙古等雷電流活動(dòng)較弱的地區(qū)，雷電流幅值較小，可用下式求出： （22 ）式中:I是雷電流的幅值（kA)[4]。?雷電流的波形實(shí)測(cè)結(jié)果表明，雷電流的幅值、陡度、波頭、波尾雖然每次都不相同，但都是單極性的脈沖波，在防雷工程中，常常要將雷電流的波形等效為典型模式，可以用公式表達(dá)，便于計(jì)算波形，3種典型模式如下:1） 標(biāo)準(zhǔn)沖擊波 標(biāo)準(zhǔn)沖擊波是一個(gè)的雙指數(shù)函數(shù)波形。式中為某一固定的電流值，其中αβ是兩個(gè)常數(shù)，t為作用時(shí)間。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻R時(shí)，作用在R上的電壓波形u與電流波形i相同。我國采用國際電工委員會(huì)（IEC)標(biāo)準(zhǔn)：波頭，波長。如圖212)斜角平頂波其中波頭、陡度由雷電流幅值和波前時(shí)間決定，在防雷保護(hù)計(jì)算中，,斜角平頂波的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單。如圖223）等效余弦波雷電流波形的波頭部分，接近半余弦波，其表達(dá)式為 式中，I為雷電流的幅值（kA)；w為角頻率，由波頭決定，/。這種波僅在大跨越、特殊高塔線路防雷設(shè)計(jì)時(shí)采用。如圖23圖 21 雷電流的標(biāo)準(zhǔn)波形（雙指數(shù)波）圖 圖22 雷電流的等值斜角波形圖 圖23 雷電流等值余弦波形圖?雷電流的陡度雷電流的幅值和波頭決定了雷電流的上升的陡度，也就是雷電流隨時(shí)間的變化率。雷電流的陡度對(duì)過電壓有直接的影響，也是一個(gè)常用重要參數(shù)?？梢哉J(rèn)為雷電流的陡度與幅值為線性關(guān)系，幅值越大，陡度也越大[4]。 雷電對(duì)線路的影響雷電對(duì)于輸配電線路的影響主要有直接雷和感應(yīng)雷兩種，由于配電線路的絕緣水平一般比較低且線路中一般沒有避雷線等防雷避雷設(shè)施，直接雷的幅值往往是非常大的，高達(dá)數(shù)百千伏甚至更高，這種電壓對(duì)于線路以及系統(tǒng)的破壞性極強(qiáng)，配電線路幾乎是無法防護(hù)的，直接雷的跳閘率約為100%，不過配電線路中直擊雷的發(fā)生概率并不高，對(duì)于10kV配電線路影響較多的是感應(yīng)雷的影響，有關(guān)資料顯示，10kV的配電線路中，感應(yīng)雷引起的故障比例在90%以上。[5]感應(yīng)雷的產(chǎn)生有兩種方式，一種是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)，另一種是因?yàn)殪o電感應(yīng)，但大部分的情況是由這兩種效應(yīng)的綜合作用而成。感應(yīng)雷的幅值與諸多的因素有關(guān)，比如雷電對(duì)地放電的電流強(qiáng)度，雷擊點(diǎn)的位置，線路所在地區(qū)的土壤電阻率，線路的架設(shè)高度，桿塔的接地電阻等。相對(duì)于直接雷的高強(qiáng)度破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，感應(yīng)雷的影響比他小，但是感應(yīng)雷與直擊雷相比，直擊雷一次只能對(duì)線路的一個(gè)點(diǎn)造成很大損害，但是感應(yīng)雷可以大范圍的在多個(gè)地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生，對(duì)線路的危害范圍更大，而且，感應(yīng)雷的產(chǎn)生可以是由于雷云對(duì)地放電，也可以是因?yàn)槔自婆c雷云之間的放電，其發(fā)生的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直擊雷，對(duì)于沒有防雷保護(hù)措施的10kV配電線路，感應(yīng)雷的影響同樣十分的嚴(yán)重。由于感應(yīng)雷的發(fā)生條件相對(duì)于直擊雷更容易達(dá)到，所以，線路的避雷防雷設(shè)計(jì)應(yīng)該主要針對(duì)于感應(yīng)雷的防護(hù)。 配電線路防雷的原則和措施 暴露在空氣中的架空輸電線受到雷擊時(shí)有以下四種可能：雷擊線路附近地面，雷擊塔頂及塔頂附近避雷線，雷擊檔距中央的避雷線，雷擊導(dǎo)線。輸電線路防雷的主要任務(wù)是：采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運(yùn)行部門能夠接受到的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。 措施有：（1）防止雷直擊導(dǎo)線，可以沿線架設(shè)避雷線，有時(shí)還要裝避雷針與其配合。（2）防止雷擊塔頂或避雷器后引起絕緣閃絡(luò)，可以降低桿塔的接地電阻，適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，在個(gè)別桿塔上采用避雷器等。（3）防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電流，當(dāng)絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)后，應(yīng)盡量使它不轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，因?yàn)槠浣⒉涣耍€路就不會(huì)跳閘。降低建弧率的辦法有：適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)，采用不接地或者經(jīng)消弧線圈接地。（4）防止線路中斷供電，可以采用雙回路，自動(dòng)重合閘等措施加強(qiáng)線路的連續(xù)可靠性供電。 在使用過程中應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級(jí)、重要程度、當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)強(qiáng)弱、已有的線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等采取合適的措施。 第三章 線路的基本情況 北翼回風(fēng)斜井供電系統(tǒng)基本情況檸條塔礦業(yè)公司北翼回風(fēng)斜井主要承擔(dān)著礦井通風(fēng)任務(wù)，該風(fēng)井的供電引自礦業(yè)公司工業(yè)場(chǎng)地西側(cè)的35kV變電站1201開關(guān)柜（I回）和1207（II回）開關(guān)柜，經(jīng)200米電纜到風(fēng)井架空線1桿塔，（LGJ70）140基桿塔到北翼回風(fēng)斜井配電室高壓柜，由兩臺(tái)變壓器降壓后供ABB變頻器，變頻器分別供給兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的四臺(tái)電機(jī)。運(yùn)行方式為一用一備，每一個(gè)月倒換運(yùn)行一次。北翼回風(fēng)斜井供電的兩回架空線路在1桿塔同桿架設(shè)，1桿塔頂部安裝有6個(gè)氧化鋅避雷器，桿塔底部有兩根Φ12的鋼筋接地。兩回架空線路從2桿塔開始分開架設(shè)，線路三相為“上”字形排布，檔距約為60m，兩回架空線路中間間距為60米，桿塔為12m錐形水泥桿，線路使用絕緣子為P10T。全線無避雷線。最后一基桿塔位于風(fēng)機(jī)房旁約30m的高坡頂端，加裝有3個(gè)避雷器，引下線為Φ12的鋼筋。如下圖： 31 北翼風(fēng)井雙回路桿塔 32 北翼風(fēng)井桿塔引下線 33 北翼風(fēng)井桿塔地形環(huán)境 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況經(jīng)實(shí)地勘察，北翼風(fēng)井架空線路有絕緣子串破損，桿塔旁有數(shù)個(gè)被強(qiáng)電流破壞的絕緣子和氧化鋅避雷器。 圖35 損壞的絕緣子串 圖36損壞的避雷器經(jīng)過查看35kV變電站值班記錄和北翼風(fēng)井兩回出線高壓開關(guān)柜綜合保護(hù)測(cè)控裝置的事件追憶記錄，在2010年1月到2011年8月時(shí)間段內(nèi)，共發(fā)生跳閘12次，其中電流I段保護(hù)動(dòng)作為10次，電流III段動(dòng)作2次，在6~8月跳閘次數(shù)為8次，%。測(cè)控裝置錄波如圖37所示。 圖37 測(cè)控裝置故障錄波圖北翼回風(fēng)斜井兩回架空線路為三角形布線， m，。（備注：因無法得到所研究架空線路的具體資料，本參數(shù)參考相關(guān)資料）取以上典型線路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，Uj＝*Ij，假設(shè)雷電電流為20kA，得Uj為224kV，耐雷水平Ij＝U50%/，U50%指絕緣子50%放電電壓（即放電電壓平均值），U50%為100 kV。Ij＝ kA。因此，Ij＝ kA＜20 kA ，U50%＜Uj＝224 kV，發(fā)生擊穿絕緣子的事故。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察和調(diào)研結(jié)果表明，北翼回風(fēng)斜井兩回10kV架空線路架設(shè)地勢(shì)相對(duì)周圍較高，易受雷擊。雖然線路兩端加裝有線路避雷器，但是依然發(fā)生多次雷擊跳閘停電事故，直接影響北翼風(fēng)井風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，表明北翼風(fēng)井供電系統(tǒng)的防雷措施存在嚴(yán)重不足。 防雷措施和管理建議根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，北翼回風(fēng)斜井兩回架空線路沿山丘架設(shè)，線路大部分架設(shè)在山頂或山坡，全線無避雷線，擊桿率較高。除第一基和最后一基桿塔加裝有線路避雷器外，再無其他防雷措施，加之防雷接地電阻高達(dá)29Ω（根據(jù)榆林防雷中心2010年接地電阻測(cè)試報(bào)告），線路耐雷水平十分有限，容易發(fā)生雷擊桿塔、雷擊導(dǎo)線和感應(yīng)雷電過電壓，引起絕緣子串閃絡(luò)、相間短路、絕緣子和避雷器損壞，導(dǎo)致跳閘，對(duì)于整個(gè)煤礦的安全可靠性供電造成很大的影響。根據(jù)以上分析，結(jié)合北翼風(fēng)井兩回架空線路實(shí)際情況，建議加強(qiáng)該架空線路的防雷措施。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有以下幾種，如框圖38所示： 圖38 主要的研究內(nèi)容降低桿塔接地電阻的方法主要有以下措施，如圖39。 圖39 降低桿塔接地電阻的方法 第四章 防雷措施分析 避雷針的使用避雷針的結(jié)構(gòu)包括接閃器、支持構(gòu)架、引下線和接地裝置。它的保護(hù)作用是吸引雷電擊于自身，并通過接地裝置使雷電流泄入大地，總結(jié)來說就是引雷、排放。避雷針一般適用于保護(hù)那些比較低矮的地面建筑物以及保護(hù)高層樓房頂上的突出設(shè)施，特別適合保護(hù)那些需要防雷引下線與內(nèi)部各種金屬管道隔離的建筑物。雖然它在防雷過程中有很好的效果，但是在本課題的研究中，對(duì)于煤礦10kV架空線的防雷過程中卻存在以下問題。(1)避雷針主要用來防止直擊雷帶來的危害，而對(duì)于10kV架空線路影響較多的是感應(yīng)雷的影響，有關(guān)資料顯示，10kV的配電線路中，感應(yīng)雷引起的故障比例在90%以上。(2)對(duì)于整個(gè)線路的保護(hù)范圍小。避雷針往往安裝在桿塔上，對(duì)于檔距中央的線路有的地方保護(hù)不到，如果安裝在檔距中間的避雷線上，安裝難度較大，在運(yùn)行時(shí)受風(fēng)力等外部因素的影響，如發(fā)生偏轉(zhuǎn)會(huì)減小導(dǎo)地線之間的距離，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。如果想要保護(hù)線路的全長，則避雷針的架設(shè)高度就會(huì)很高，桿塔的高度相應(yīng)就會(huì)升高，成本太大，很不符合經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)。(3)容易引起反擊。當(dāng)雷電被接閃器吸引后將有很大的高頻電流會(huì)通過接閃器和接地裝置，這時(shí)引下線的電壓很高，若避雷針相對(duì)于被保護(hù)物體的距離小于安全距離時(shí)，會(huì)會(huì)由引下線向被保護(hù)物體發(fā)生反擊，損壞被保護(hù)物體。我國國標(biāo)規(guī)定避雷針距被保護(hù)物的空氣中的距離大于等于5米，避雷針距被保護(hù)物體的接地裝置間的地中距離大于等于3米。這對(duì)于本次設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)。(4)電磁感應(yīng)問題。在強(qiáng)大的雷電流沿避雷針向下通過接地裝置流入大地的過程中，會(huì)在周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，容易對(duì)周圍的通信設(shè)備引起誤動(dòng)或損壞，還會(huì)在接觸不良的地方引起放電從而引燃易燃易爆物體，造成事故。(5)避雷針的使用會(huì)導(dǎo)致雷擊概率的增加。由于避雷針的接閃器是將雷電引向避雷針的，因此會(huì)增加雷擊的概率。 架設(shè)避雷線 圖41 避雷線安裝高度與耐雷水平的關(guān)系圖 避雷線主要通過分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低桿塔頂部電位。如圖41所示：避雷線的分流能力與桿塔的高度無關(guān)，僅與桿塔接地電阻有關(guān)。因此后面的降低桿塔的接地電阻對(duì)于架空線的防雷就非常有必要了。[9](1)無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓:有關(guān)規(guī)程規(guī)定，在雷擊地點(diǎn)和輸電線路之間距離s大于65m時(shí)，則感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算公式如下[2]： (41) 其中：I為雷電流的幅值(kA)； 為導(dǎo)線懸掛的平均高度（m)； s為雷擊點(diǎn)到線路的距離(m)。(2)有架設(shè)避雷線的時(shí)候感應(yīng)雷過電壓的影響:實(shí)際上避雷線是有接地裝置的，其電位約等于為零，相當(dāng)于在其上面疊加了一個(gè)極性相反，幅值相等的電壓（U），這個(gè)電壓由于耦合作用，在這個(gè)電壓由于耦合作用，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的電壓為。即 39。式中，為避雷線和導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)，其值只決定于導(dǎo)線間的幾何尺寸與線間距。線間距離越遠(yuǎn)，則耦合系數(shù)越小，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓越高[2]。直擊雷過電壓對(duì)于輸電線路的影響[2]：(1)未架設(shè)避雷線的情況下直擊雷過電壓的影響?雷擊導(dǎo)線:：當(dāng)雷電直擊導(dǎo)線后，雷電流沿著導(dǎo)線向著兩側(cè)流動(dòng)，假定為雷電通道的波阻抗，為雷擊點(diǎn)兩側(cè)的導(dǎo)線的并聯(lián)波阻抗，若計(jì)及沖擊電暈的影響，可取Z=400，可近似取200，則雷擊點(diǎn)的電壓為 (42)雷電流大小與雷擊導(dǎo)線的電壓成正比，如果雷電電壓超過線路絕緣的耐雷水平，則將發(fā)生沖擊閃絡(luò)，由以上可以得到線路的耐雷水平為I=，取85kV。由公式I=可得。?雷擊塔桿時(shí)的過電壓及耐雷水平當(dāng)線路塔頂受到雷擊的時(shí)候，雷電流I將通過桿塔以及接地電阻然后流入大地，設(shè)桿塔的接地電感為，可以求出等效電路的桿塔點(diǎn)位為：U=I+ =I (43)式中， I為雷電流幅值（kA）； 為桿塔的沖擊電阻（Ω）； 為桿塔的等效電感(μH)。當(dāng)雷擊塔頂時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓為