【正文】 黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 級(jí)電氣化鐵道技術(shù) (供用電 )專業(yè) 1 第 1 章 雷 雷電 雷擊時(shí)的等值電路 雷擊地面由先導(dǎo)放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹姷倪^程可以用一根已經(jīng)充電的垂直導(dǎo)線突然于被擊物體接同來(lái)比擬，如圖 （ a）所示。圖中 Z 是被擊物體于大地（零地位）之間的阻抗， ? 是先導(dǎo)放電通道中電荷的線密度，開關(guān) S未閉合之前相當(dāng)于先導(dǎo)放電階段。當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與地面目標(biāo)上發(fā)出迎面先導(dǎo)相遇時(shí)，主放電即開始，相當(dāng)于開關(guān) S合上。此時(shí)將有大量的正、負(fù)電荷沿先導(dǎo)通道逆向運(yùn) 動(dòng)，并使其中來(lái)自雷云的負(fù)電賀中和，如圖 （ b）所示。與此同時(shí)，主放電電流即雷電流 i 流過雷擊點(diǎn) A并通過阻抗 Z ，此時(shí) A 點(diǎn)電位 u 也突然升至 u iZ? 。顯然，電流 i 的數(shù)值于先導(dǎo)通道的電荷密度 ? 及主放電的發(fā)展速度 v有關(guān)，并且還受阻抗 Z 的影響。因?yàn)橄葘?dǎo)通道的電荷密度很難測(cè)定，主放電的發(fā)展速度也只能根據(jù)觀測(cè)大體判斷，唯一容易側(cè)知的量是主放電以后（相當(dāng)于S 合上以后）流過阻抗 Z 的電流 i 。因此利用雷電放電過程簡(jiǎn)化成一個(gè)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而用到彼德遜等值電路 [如圖 (c)、 (d)所示 ]以求得比較統(tǒng)一的分析方法。圖 (c)、(d)中 Z 為主放電通道的波阻抗。 0u 和 0i 則式從雷云向地面?zhèn)鱽?lái)的行波的電壓和電流。 SAZ+_SAZAZiU 0i 0Z 02U 0Z 0Zi(a) (b) (c) (d) (a)模擬電路 （ b）主放電電路 （ c）主放電通道電路 （ d）等值電路 圖 雷擊放電計(jì)算模型 黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 級(jí)電氣化鐵道技術(shù) (供用電 )專業(yè) 2 雷電流 根據(jù)雷電放電的等值電路，可知流經(jīng)被擊物體的波阻抗為 Z 時(shí)的電流 Zi 與雷電流 i的關(guān)系為： 00ZZiiZZ? ? （ 11） 1）幅值 雷電流的幅值與氣象、自然等條件等有關(guān)，只有通過大量實(shí)測(cè)才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦雷電流幅值分布的概率如下： lg 88IP?? （ 12） 我國(guó)西北地區(qū)內(nèi)蒙古等雷電活動(dòng)較弱，雷電流幅值較小， P 可按下式計(jì)算： lg 44IP?? （ 13） 2）波形 實(shí)測(cè)結(jié)果表明，雷電流的幅值、陡度、波頭、波尾雖然每次不同，但都是單極性的脈沖波，電力設(shè)備的絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達(dá)、便于計(jì)算的波形。常用的等值波形有三種，如圖 所示。 ti0τ tτ f0tiτ f0 tiτ f （ a） (b) (c) 圖 雷擊主放電時(shí)的電流波形 圖 （ a）是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，它可表示為 0 ()tti I e e ??? ???。試中 0I 為某一固定電流值，? 、 ? 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 于電流波形 i 相同。雙指數(shù)波形也用做沖擊絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形。我過采用國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 級(jí)電氣化鐵道技術(shù) (供用電 )專業(yè) 3 圖 (b)為斜角平頂波，其陡度α可由給定的雷電流幅值 I 和波頭時(shí)間決定，α=I/ f? 在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流波頭 f? 采用 。這樣，α可取為 I/圖 (c)為等值余弦波，雷電流波形的波頭部分，接近半弦波，其表達(dá)式為 ? ?1 cos2Iit??? （ 14） ω為角頻率， 61/ 10f s? ? ? ?? ? ?, f? 為波頭時(shí)間（ s? ）。 此時(shí)最大陡度出現(xiàn)波頭中間，即 2ft ?? ,其值為 m ax m ax() 2Ididt ?? ?? （ 15） 沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時(shí)的基本現(xiàn)象 防雷設(shè)備 1）高度為 Xh 的被保護(hù)物距離避雷針的水平最大允許距離也是避雷針在 xh 高度截面的保護(hù)半徑 Xr 可按下式計(jì)算： 當(dāng) 12Xhh?時(shí) ()X X ar h h p h p? ? ? （ 16） 當(dāng) 12Xhh?時(shí) ( 2 )XXr h h p?? （ 17） 式中 h ─避雷針的高度； ah ─避雷針 的有效高度， aXh h h?? ； p ─考慮避雷針的高度影響的校正系數(shù)， 30hm? ， 1p? ，30 120hm?? 時(shí)， 30 h h?? （ 18） 2）兩支等高避雷針 當(dāng)兩根避雷針距離不太遠(yuǎn)時(shí)，由于 兩根針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)有所擴(kuò)大。圖 。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍 Xr按式 11 和式 12 計(jì)算。兩針間保護(hù)范圍的上部邊緣應(yīng)按通過兩針頂點(diǎn)及中間最低點(diǎn) O的圓弧確定。 O 點(diǎn)的高度 0h 按式 19計(jì)算。 黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 級(jí)電氣化鐵道技術(shù) (供用電 )專業(yè) 4 0 7Dhhp?? （ 19） hhxhar xooRD/7Ph 0h/2D b xr xh x 水平面上保護(hù)范圍的截面 圖 高度為 h的二等高避雷針 保護(hù)范圍 兩針間 Xh 水平面上保護(hù)范圍一側(cè)的保護(hù)范圍最小處的最大保護(hù)寬度 Xb 按式 110計(jì)算。 ( )XXb h h?? （ 110） 3）兩支不等高避雷針 其保護(hù)范圍按下法確定：如圖 兩針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍先按單針作出高針 1 的保護(hù)范圍，然后經(jīng)過較低針 2 的頂點(diǎn)作水平線與之交于點(diǎn) 3，再設(shè)點(diǎn) 3 為一假想針的頂點(diǎn)，做出兩等高 2和 3的保護(hù)范圍 ，圖中 39。7Df p?，二針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單針計(jì)算。 黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 級(jí)電氣化鐵道技術(shù) (供用電 )專業(yè) 5 D39。D12 3fh1h2 圖 兩支不等高避雷針保護(hù)范圍 4）多支等高避雷針 三支等高避雷針的保護(hù)見圖 ，三針?biāo)纬傻娜切? 3的外側(cè)保護(hù)范圍分別按兩支等高的針的計(jì)算方法確定，如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度 Xh 的水平面上各自相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)寬度 0Xb? 時(shí)，則全部面積受到保護(hù)。 D12bx12D 23b x23 rx 圖 三支等高避雷針的保護(hù)范圍 圖 5）避雷線 單根避雷線的保護(hù)范圍如圖 。在 Xh 水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，可按下列公式計(jì)算 : 黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 級(jí)電氣化鐵道技術(shù) (供用電 )專業(yè) 6 r xr xhhxhah/2h h在h x 水平面上保護(hù)范圍的截面 圖 單根避雷線的保護(hù)范圍 當(dāng) 2X hh ?時(shí) ( )XXr h h P?? （ 111） 當(dāng) 2X hh ?時(shí) ( )XXr h h P?? （ 112） 式中 Xr — 每側(cè)保護(hù)范圍的寬度， m。 兩根等高避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單根避雷線時(shí)確定。兩避雷線間橫截面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過兩避雷線 2 及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn) o 的圓弧確定， o 點(diǎn)的高度應(yīng)按式113計(jì)算。 0 4Dhhp?? （ 113） 式中 0h — 兩避雷線間保護(hù) 范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度， m； D — 兩避雷線間的距離， m； h — 避雷線的高度， m。 圖 中 ? 稱為避雷線的保護(hù)角，它是桿塔上避雷線的鉛垂線同桿塔處避雷線與導(dǎo)線連線間所