【正文】 （ 7–2） I? ? （ 7–3） （ 3）雷電流極性及波形 國內(nèi)外實測結(jié)果表明， 75%～ 90%的雷電流是負(fù)極性，加之負(fù)極性的沖擊過電壓波沿線路傳播衰減，因此電氣設(shè)備的防雷保護中一般按負(fù)極性進行分析研究。它顯然近似等于傳播下來的電流入射波的 2倍。 （ 2）雷電流幅值、波前時間、波長及陡度 雷電流幅值是表示雷電強度的指標(biāo)，也是產(chǎn)生雷電過電壓的根源，所以是最重要的雷電參數(shù)。在防雷設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)雷暴日分布因地制宜。一般熱而潮的地區(qū)比冷而干燥的地區(qū)多，陸地比海洋多，山區(qū)比平原多。目前采用的參數(shù)是建立在現(xiàn)有雷電觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的，這些參數(shù)是： （ 1）雷暴日、雷電小時及地面落雷密度 為了評價某地區(qū)雷電活動的強度，常用該地區(qū)多年統(tǒng)計所得到的平均出現(xiàn)雷暴日或雷電小時來估計。 配電網(wǎng)縱橫交錯，綿延萬里，呈網(wǎng)狀分布，很容易遭受雷擊，引起停電事故，給國民經(jīng)濟和人們生活帶來嚴(yán)重的損失。 帶有負(fù)電荷的雷云接近輸電線路時，強大的電場在導(dǎo)線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)。 帶有大量電荷的雷云（實測表明多為負(fù)極性），在其周圍的電場強度達到使空氣絕緣破壞的程度（約 25~30kV/cm），空氣開始游離，形成導(dǎo)電性的通道，通道從云中帶電中心向地面發(fā)展。第一次 先導(dǎo) 主放電沖擊，主要是泄放第一個電荷中心及其已傳播到先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷。而且，人們眼睛觀察到的一次閃電，實際上往往包含多次先導(dǎo) 主放電的重復(fù)過程，一般為 2—3次，最多可達 40多次。在地面高聳的突起處（如尖塔或山頂），也可能出現(xiàn)從地面開始的上行正先導(dǎo)向云中的負(fù)電荷區(qū)域發(fā)展的放電，稱為上行負(fù)閃電。 當(dāng)先導(dǎo)通道到達地面或者與迎面先導(dǎo)相遇以后，就在通道端部因大氣強烈游離而產(chǎn)生高密度的等離子區(qū)，此區(qū)域自下而上迅速傳播，形成一條高導(dǎo)電率的等離子通道，使先導(dǎo)通道以及雷云中的負(fù)電荷與大地的正電荷迅速中和，這就是主放電過程。雷云中的負(fù)電荷逐漸積聚，同時在附近地面上感應(yīng)出正電荷。 大多數(shù)雷電發(fā)生在雷云之間，它對地面沒有什么直接影響。雷云的底部大多數(shù)是帶負(fù)電，它在地面上會感應(yīng)出大量的正電荷。雷云帶電原因的解釋很多，但還沒有獲得比較滿意的一致的認(rèn)識。且不說雷電促成有機物質(zhì)的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位，以及雷電引起的森林火災(zāi)可能啟發(fā)了遠(yuǎn)古人類對火的發(fā)現(xiàn)和利用；僅在現(xiàn)代生活中，雷電威脅人類的生命安全，常使航空、通訊、電力、建筑等許多部門遭受破壞，就一直引起人們對于雷電活動及其防護問題的關(guān)注。 雷電放電是一種氣體放電現(xiàn)象，由其引起的過電壓，叫做大氣過電壓。一般認(rèn)為雷云 是在有利的大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流不斷上升， 進入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或者雷云和大地之間形成了強大的電場，其電位差可達數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏。雷云對大地的放電雖然只占少數(shù)，但是一旦發(fā)生就有可能帶來嚴(yán)重的危險。當(dāng)雷云與大地之間局部電場強度超過大氣游離臨界場強時，就開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展。 與先導(dǎo)放電和主放電對應(yīng)的電流變化同時表示時，先導(dǎo)放電發(fā)展的平均速度較低，約 105m/s，表現(xiàn)出的電流不大 ， 約為數(shù)百安。與上面的情況類似，帶正電荷的雷云對地放電，也可能是下行正閃電，或上行正閃電。 發(fā)生多重雷電放電的原因可作如下解釋。這時第一次沖擊放電過程雖已結(jié)束，但是雷云內(nèi)兩個電荷中心之間的流注放電已開始，由于主放電通道仍然保持著高于周圍大氣的導(dǎo)電率，由第二個及多個電荷中心發(fā)展起來的先導(dǎo) 主放電以更快的速度沿著先前的放電通道發(fā)展，這就出現(xiàn)了多次重復(fù)的沖擊放電。在先導(dǎo)通道發(fā)展的初級階段，其方向受偶然的因素影響而不定。由于帶有負(fù)電荷雷云的存在，束縛著導(dǎo)線上的正電荷。統(tǒng)計資料表明，雷害是造成高壓輸電線路停電事故的主要原因。在每一天內(nèi) (或一小時內(nèi) )只要聽到雷聲就算一個雷暴日 (或雷電小時 )。就全球而言，雷電最頻繁的地區(qū)在赤道附近，雷暴日數(shù)平均約為 100～ 150日，最多者達 300日以上。 雷暴日和雷電小時的統(tǒng)計中，并沒有區(qū)分雷云之間的放電與雷云之間對地的放電。雷擊任一物體時，流過它的電流值與其波阻抗有關(guān)，波阻抗愈小，電流值愈大。 雷電流的幅值是根據(jù)實測數(shù)據(jù)整理的結(jié)果，我國目前在一般的區(qū)域使用的雷電流幅值超過 I的概率曲線，它也可用經(jīng)驗公式表示 在平均雷暴日數(shù)只有 20或更小的部分地區(qū)，雷電流幅值也較小，可用下式表示 據(jù)統(tǒng)計，雷電流的波前時間多在 1～ 4μs內(nèi)，平均為 左右，波長在 20～ 100μs內(nèi)。 在電力系統(tǒng)的防雷保護計算中，要求將雷電流波形用公式描述，以便處理，經(jīng)過簡化和典型化可得以下三種常用的計算波形，如圖 7–1所示。 圖 7–1（ b）為斜角平頂波，其陡度 α可由給定的雷電流幅值 I和波前時間定。 （ 4）雷電波阻抗 (Z0) 雷電通道在主放電時如同導(dǎo)體，使雷電流在其中流動同普通分布參數(shù)導(dǎo)線一樣，具有某一等值波阻抗，稱為雷電波阻抗 (Z0)。 三、雷電對配電網(wǎng)的作用 感應(yīng)過電壓的影響及計算 雷云較低部分和先導(dǎo)中的電荷在地面上，并在與地面相連的導(dǎo)電物體上感應(yīng)出相反的極性的電荷，這里說的是與地 相連不僅指直接接地的導(dǎo)線（即架空地線）和桿塔，也包括通過變壓器中性點與地聯(lián)系在一起的相線，后者在靜電場緩慢的過程中能保持其地電位。實際上，電場的迅速消失不可能是瞬時完成的，所以生成波是在每一時間基元段產(chǎn)生的元波之和，因為元波是連續(xù)開始其運動的，所以合成的波前變長了，并與電場迅速消失的時間成正比，波幅值則相應(yīng)減小。因為由此產(chǎn)生的電流大體上與各導(dǎo)線相垂直， Chowdhuri和 Gross用基本場論進行過計算并發(fā)現(xiàn)，考慮電磁感應(yīng)之后得到的感應(yīng)電壓比只考慮靜電效應(yīng)得到的可能要高得多，在某些情況下，過電壓可能足以使較高電壓范圍的輸電線路的絕緣發(fā)生閃絡(luò)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)河南、浙江、廣東等地配電網(wǎng)總故障率中雷擊跳閘率大于 80 %，柱上開關(guān)、刀閘、避雷器、變壓器、套管等設(shè)備常遭雷擊損壞，甚至有些變電站 10kV線路在雷電活動強烈時全部跳閘，極大地影響了供電可靠性和電網(wǎng)安全。如 2022年河南信陽寶石橋變電站 10 kV配電網(wǎng)就曾因雷擊引發(fā)這兩種內(nèi)過電壓造成多起配電設(shè)備事故；另外，還有些避雷器因質(zhì)量差而在運行中受潮，或間隙動作后不能可靠熄弧而爆炸，造成電網(wǎng)接地短路事故。如信陽電業(yè)局 110 kV羅山變電站一 35kV備用線路曾遭受雷擊，雷電波在 35kV備用開關(guān)斷口處全反射， 35kV油開關(guān)爆炸，刀閘對地?fù)舸?。如廣東某鋁箔廠每年都發(fā)生 10 kV同桿 4回線路因雷擊同時跳閘甚至倒桿斷線的事故。 （ 6）電網(wǎng)直接向用戶供電，用戶多無備用電源，線路和防雷設(shè)備長期無法正常檢修維護，絕緣弱點不能及時消除，耐雷水平下降，雷擊跳閘率上升。用保護性能好的氧化鋅避雷器替代碳化硅避雷器，淘汰額定電壓和荷電率偏低的碳化硅避雷器；柱上開關(guān)和刀閘兩側(cè)裝避雷器保護； 35 kV進線終端桿加線路避雷器保護，線路備用時可防沿線侵入的雷電波開路反射擊壞開關(guān)設(shè)備，正常運行時可限制沿線侵入變電站的雷電波；配電變壓器高、低壓側(cè)同時裝合適的避雷器 進行保護，防止正變換、逆變換過電壓損壞配變；加強避雷器的運行維護和試驗，防止因避雷器自身故障而造成電網(wǎng)接地短路。 （ 3）電容電流 10A的電網(wǎng)安裝自動跟蹤補償消弧裝置，可有效降低線路建弧率，提高供電可靠性。 （ 4）提高自動重合閘的投運率，加強中壓電網(wǎng)的運行維護，及時排除絕緣缺陷，提高電網(wǎng)耐雷水平，以減少雷擊跳閘率，保證電網(wǎng)安全。所以，一般線路都不裝避雷線，對個別或局部易受雷擊地段和桿塔，可采用獨立避雷針或避雷器保護，或?qū)⒓芸站€路改為電纜線路。如 10kV線路，可用 P15型絕緣子，其沖擊絕緣水平比 P10型高 30%以上。 對污穢地區(qū)，為了防止工頻污閃，需增大絕緣子爬距，可將線路絕緣再提高一級，如 10kV線路用 P20型絕緣子。 從限制感應(yīng)雷過電壓考慮，若空曠地區(qū)架空配電線路設(shè)置接地避雷線，將會收到一定的效果。 三、減小建立相間穩(wěn)定工頻電弧的概率 采用瓷橫擔(dān)、木橫擔(dān)增大絕緣距離，減小相間閃絡(luò)弧道上的平均工頻電場強度 E值，可有效地降低由沖擊電弧轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl穩(wěn)定電弧的概率。例如頂相用 P10型針式絕緣子，兩邊相用懸式 ，或用瓷橫擔(dān) DC230/250，并注意桿塔接地。不平衡絕緣也可只用于易擊段或配電變壓器前級基桿上，其它桿塔仍可加強絕緣。所以，正確整定消弧線圈的運行，可明顯減小相間閃絡(luò)建立工頻電弧的概率。對多支線配電線路，可在支線上裝一次重合保險器，以利縮小故障范圍，提高供電可靠性。正常不斷股的架空導(dǎo)線，雷電流是燒不斷的。但系統(tǒng)中繼電保護整定時間是逐級配合的，減少配電線路動作時間會遇到困難。所以，最小線號易為 A25。因此，油田配電網(wǎng)要千方百計使其不間斷供電。線路交叉處空氣間隙的沖擊絕緣強度不低于兩側(cè)桿塔上導(dǎo)線對地絕緣的沖擊強度。以上桿塔、管式避雷器和保護間隙的接地電阻應(yīng)盡量小，要滿足有關(guān)規(guī)程規(guī)定的線路桿塔接地電阻值。單木桿針式絕緣子的保護間隙，可在距絕緣子固定點 750mm處，作一線環(huán)綁扎在桿身上（用卡釘釘?。?，再用引下線引下接地，如圖 7–3所示。在實際當(dāng)中并非如此，所以，某些情況下，可參考類似線路的運行經(jīng)驗，適當(dāng)降低交叉跨越線路防雷保護要求。 圖 7–2 門型木桿上的保護間隙 圖 7–3 單木桿上的保護間隙 第三節(jié) 配電所的防雷保護 配電所是電力系統(tǒng)的樞紐，擔(dān)負(fù)著電網(wǎng)的供變電重要任務(wù)，一旦遭受雷擊損壞，影響嚴(yán)重，因此要求有可靠的防雷措施。每年每百個配電所的繞擊事故約為，反擊事故也約為 。 發(fā)電廠、配電所的屋外配電裝置，較高建（構(gòu)）筑物以及易燃易爆對象，都應(yīng)加直擊雷保護。即 = 避雷針的電感取為 （ μH）（ h是 A點高度， m），于是 1 5 0 7 5A c hu R h?? （ kV） （ 7–11） 上式右側(cè)前一項存在時間較長（波尾），后一項存在時間較短（波頭）。但為避免設(shè)備反擊，該連接點到 35kV及以下設(shè)備的接地線入地點，沿接地體的地中距離應(yīng)大于 15m。由于主變壓器的絕緣較弱而且設(shè)備重要，所以在變壓器的門形架上不應(yīng)安裝避雷針。 （ 3）如在獨立針上或在裝有針的架構(gòu)上裝有照明燈，這些燈的電源必須用鉛皮電纜，或?qū)⑷繉?dǎo)線裝在金屬管內(nèi)，并應(yīng)將電纜或金屬管直接埋入地中長度 10m以上，才允許與 35kV及以下配電裝置的接地網(wǎng)相連，或者與屋內(nèi)低壓配電裝置相連。 110kV及以下電壓時，允許相連（但 時應(yīng)加裝 3~5根接地體）；35~60kV時，只有 在不大于 500 的情況下才允許相連，但需加裝 3~5根接地體，終端塔上則允許裝設(shè)避雷針以保護最后一檔線路。但是閥型避雷器應(yīng)盡量靠近被保護設(shè)備，尤其是在終端配電所。雷電波的陡度（ kV/m），可以由進線保護段的長度來決定，如表 7–2所示。 ? ?FU Pt?Pt表 7–2 侵入變電站雷電波波頭 α值與進線保護段長度的關(guān)系 額定電壓（ kV） 波頭 α 值（ kV/m） 進線長度 1km 進線長度 2km 沿線路全長有避雷線 35 60 110 220 _ 330 _ 對兩路及以上進線的配電所，一路來波可以從另外幾路分流出一部分，因此進線數(shù)超過兩路時，閥型避雷器到被保護設(shè)備之間的允許電氣距離可較圖 7–5的數(shù)值相應(yīng)增大，三路進線的配電所所允許的距離比兩路進線的增大20%，四路進線的可增加 35%。在防雷分析儀上，危險波曲線可以通過下述方法獲得。若侵入波的參數(shù)處在曲線右上方，則配電所將發(fā)生危險；反之，若侵入波的參數(shù)處在曲線左下方，則配電所將不會發(fā)生 侵入波波頭陡度危險波范圍α （ k V / m ） 侵入波幅值u(kV)危險。圖 7–7是進線段的保護方式。線路其余長度的避雷線是為了防雷用的，而這 2km進線段的避雷線除為了線路防雷，還擔(dān)負(fù)著避免或減少配電所雷電侵入波事故的作用。三芯與單芯電纜保護接線不同，圖7–9（ a）為三芯電纜保護接線，圖 7–9（ b）為單芯電纜保護接線。此外，靠近電纜段的 1km線路上還應(yīng)裝設(shè)避雷線保護。配電變壓器是向廣大用戶分配電能、變換電壓的