【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 際效果來(lái)看，可以將雷擊物體看作是一個(gè)數(shù)值為i/2的電流波沿波阻抗為Z0的通道向被擊物體傳播的過(guò)程。雷電流是一個(gè)幅值很大、陡度很高的沖擊電流，因?yàn)槔纂姴鹘?jīng)被擊物體時(shí)的電流與被擊物體的波阻抗Z有關(guān)，因此，我們把流經(jīng)被擊物體的波阻抗為零時(shí)的電流被定義為“雷電流”，用i來(lái)表示。從前面根據(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iZ與雷電流i的關(guān)系為： （27）目前，我國(guó)規(guī)程建議雷電通道的波阻抗為300～400Ω。雷電流為一非周期的沖擊波，它與氣象、自然等條件有關(guān)，是一個(gè)隨機(jī)變量。下面我們介紹它的幅值、極性、波頭、陡度、波長(zhǎng)及其計(jì)算波形。(1)雷電流的幅值雷電流幅值是表示雷電強(qiáng)度的指標(biāo)。雷電流一般為一非周期沖擊波，主放電時(shí)的電流很大，但持續(xù)時(shí)間很短（約為40～50μS），其幅值與云層中電荷的多少、氣象及自然條件有關(guān)，是一個(gè)隨機(jī)變量，只有通過(guò)大量實(shí)測(cè)才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。據(jù)我國(guó)長(zhǎng)期進(jìn)行的大量實(shí)測(cè)結(jié)果，在一般地區(qū)，雷電流幅值超過(guò)I的概率可用下式計(jì)算： （28） 式中 I—雷電流幅值，kAP—幅值大于I的雷電流出現(xiàn)的概率例如，當(dāng)雷擊時(shí)，出現(xiàn)大于88kA的雷電流幅值的概率P約為10%。我國(guó)除陜南以外的西北地區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)雷電活動(dòng)較弱，測(cè)得雷電流幅值較小，可改用下式計(jì)算其出現(xiàn)的概率： （29）(2)雷電流的極性雷電的極性是按照從雷云流入大地的電荷極性決定的。據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)測(cè)結(jié)果表明，負(fù)極性雷約占75～90%。加之負(fù)極性的沖擊過(guò)電壓波沿線路傳播時(shí)衰減小，對(duì)設(shè)備危害大，故在防雷計(jì)算中一般均按照負(fù)極性考慮。(3)雷電流的波頭（T1）、陡度α及波長(zhǎng)（T2）根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，雷電沖擊波的波頭是在1～5181。s的范圍內(nèi)變化，～；波長(zhǎng)在20～100181。s的范圍內(nèi)，多數(shù)為50181。s左右。在防雷計(jì)算中。 雷電流的幅值I，與雷云中的電荷量及雷電放電通道的阻抗有關(guān)。雷電流一般在1～4μS內(nèi)增大到幅值I。雷電流幅值以前的一段波形稱為“波頭”。而從幅值I/2的一段波形稱為“波尾”。雷電流的幅值和波頭時(shí)間決定了雷電流的上升陡度。雷電流的陡度對(duì)雷擊過(guò)電壓的影響很大，即幅值較大的雷電流其陡度也較大。所以雷電流波頭的平均陡度為： （210） 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212（a） 圖212 雷電流的等值計(jì)算波形 （a）雙指數(shù)波；（b）斜角平頂波；（c）半余弦波圖212（a）是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，它可表示為。試中I0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(guò)采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。圖212（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， 在防雷保護(hù)計(jì)算中，即陡度為a = I / 。 （211) （212）其波前陡度由雷電流峰值 I 和波前時(shí)間決定。圖212(c)為等值半余弦波，雷電流波形的波頭部分，接近半弦波，其表達(dá)式為： （213） 式中： 為雷電流幅值，kA；ω為角頻率，為波頭時(shí)間（）。（4）雷暴日及雷暴小時(shí)雷暴日：一年中有雷電的天數(shù)，在一天內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就算作一個(gè)雷暴日。 雷暴小時(shí)：在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽(tīng)到雷聲就算作一個(gè)雷暴小時(shí)。(5) 地面落雷密度γ表示在一個(gè)雷暴日中，每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。一般較大的地區(qū)，其γ值也較大。對(duì)雷暴日為40的地區(qū)，我國(guó)《標(biāo)準(zhǔn)》取γ=（次/雷暴日km2）。3 防雷保護(hù)裝置雷電過(guò)電壓的幅值可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)伏、甚至數(shù)百萬(wàn)伏，如不采取防護(hù)措施，電力設(shè)備的絕緣一般是難以耐受的，一般防直擊雷最常用的措施是裝設(shè)避雷針（線）。當(dāng)雷云的先導(dǎo)通道開(kāi)始向下伸展時(shí)，其發(fā)展方向幾乎完全不受地面物體的影響，但當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)某一離地高度，空間電場(chǎng)已受到地面上一些高聳的導(dǎo)電物體的畸變影響，在這些物體的頂部聚集起許多異號(hào)電荷而形成局部強(qiáng)場(chǎng)區(qū)，甚至可能向上發(fā)展迎面先導(dǎo)。由于避雷針（線）一般均高于被保護(hù)對(duì)象，它們的迎面先導(dǎo)往往開(kāi)始得最早、發(fā)展得最快，從而最先影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使之擊中避雷針（線），并順利泄入地下，從而使處于它們處于它們周圍的較低物體受到屏蔽保護(hù)、免遭雷擊。避雷針（線）是接地的導(dǎo)電物，它們的作用就是將雷吸引到自己身上并安全地導(dǎo)入地中。因此，避雷針（線）的名稱其實(shí)并不確切，叫做“引雷針（線）”更為合適。為了使雷電流順利下泄，必須有良好的導(dǎo)電通道；因此，避雷針（線）的基本組成部分是接閃器（引發(fā)雷擊的部位）、引下線和接地體。圖31 避雷針作用及結(jié)構(gòu)示意圖接閃器：是避雷針的最高部分，用來(lái)接受雷電放電。引下線：它的主要任務(wù)是將接閃器上的雷電流安全導(dǎo)入接地體。使之順利入地。接地體：它的作用是使雷電流順利入地，并且減小雷電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓降。避雷針示意圖如圖31所示。在一定高度的避雷針（線）下面，有一個(gè)安全區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中物體遭受雷擊的概率很小（%左右），這個(gè)安全區(qū)域稱為避雷針（線）的保護(hù)范圍 。避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所。(1)單支避雷針單支避雷針的保護(hù)范圍如圖32所示。圖32 單支避雷針的保護(hù)范圍避雷針和避雷線的保護(hù)范圍，以它能防護(hù)直擊雷的空間來(lái)表示。GB 50057－94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定避雷針（線）的保護(hù)范圍采用IEC推薦的“滾球法”來(lái)確定。所謂“滾球法”，就是選擇一個(gè)半徑為hr （滾球半徑）的球體，沿需要防護(hù)直擊雷的部位滾動(dòng)，如果球體只接觸到避雷針（線）或避雷針（線）與地面，而不觸及需要保護(hù)的部位，則該部位就在避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)。設(shè)避雷針的高度為h（m），被保護(hù)物體的高度為hx（m），則避雷針的有效高度為。在hx高度上避雷針保護(hù)范圍的半徑rx（m）由下述公式計(jì)算： (31) （32）式中—高度影響系數(shù) （2）兩支等高避雷針工程上多采用兩支或多支避雷針以擴(kuò)大保護(hù)范圍，兩支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍。兩支等高避雷針相距不太遠(yuǎn)時(shí)，由于兩支的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)的要大，避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍與單根避雷針時(shí)相同，保護(hù)范圍如圖33所示。圖33 兩支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍（a）兩支等高避雷針的參數(shù)；（b）水平面上的保護(hù)范圍；（c）OO’截面的保護(hù)范圍兩針間的保護(hù)范圍的上部邊緣應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及中間最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度(m)按下式計(jì)算：其中D為兩針間的距離（m），系數(shù)p為高度影響系數(shù)，在高度的水平面上，保護(hù)范圍的最小寬度 （33） （34）為保證兩針聯(lián)合保護(hù)效果，兩針間距離與針高之比D/h不宜大于5。（3）多支等高避雷針（如圖34所示）。三支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖，若在被保護(hù)設(shè)備最大高度的水平面上各相鄰避雷針保護(hù)范圍的外側(cè)寬度 ，則曲線所圍的平面全部受到保護(hù)。圖34 三支等高避雷針的保護(hù)范圍避雷線(也稱架空地線)特點(diǎn)：對(duì)雷云與大地間電場(chǎng)畸變的影響比避雷針小，所以其引雷作用和保護(hù)寬度比避雷針小。但因避雷線的保護(hù)長(zhǎng)度是與線等長(zhǎng)的，故特別適于保護(hù)架空線路及大型建筑物，目前世界上大多數(shù)國(guó)家已轉(zhuǎn)而用避雷線來(lái)保護(hù)500kV大型超高壓變電站。（1）單根避雷線的保護(hù)范圍 當(dāng)避雷線的高度h大于或等于2hr時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍；當(dāng)避雷線的高度h小于2hr時(shí)，應(yīng)按下列方法確定(參看圖35所示) 。確定架空避雷線的高度時(shí)應(yīng)計(jì)及弧垂的影響。在無(wú)法確定弧垂的情況下，當(dāng)?shù)雀咧еg的距離小于120m時(shí)架空避雷線中點(diǎn)的弧垂宜采用2m，距離為120～15時(shí)，宜采用3m。圖35 單根避雷線的保護(hù)范圍避雷線保護(hù)范圍的確定方法：距地面處作一平行于地面的平行線；以避雷線為圓心，為半徑，作弧線交于平行線的A、B兩點(diǎn)；以A、B為圓心，為半徑作弧線，該兩弧相交或相切并與地面相切。從該弧線起到地面止就是保護(hù)范圍；當(dāng)h小于2且大于時(shí)，保護(hù)范圍最高點(diǎn)的高度按下式計(jì)算： （35）避雷線在被保護(hù)物高度的平面上的保護(hù)寬度，按下式計(jì)算： （36）式中，為避雷線的高度。（2）兩根平行避雷線的保護(hù)范圍兩根平行等高避雷線的保護(hù)范圍如圖36所示。兩根避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍同于單根，兩線之間橫截面的保護(hù)范圍由通過(guò)兩避雷線2點(diǎn)及保護(hù)上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度按下式計(jì)算： （37） 式中：—兩針保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度 D—兩避雷針間的距離 —避雷線的高度圖36 兩平行避雷線的保護(hù)范圍避雷線的保護(hù)范圍是一個(gè)狹長(zhǎng)的帶狀區(qū)域，所以適合用來(lái)保護(hù)輸電線路，也可用來(lái)作為變電站的直擊雷保護(hù)措施。用避雷線保護(hù)線路時(shí)，避雷線對(duì)外側(cè)導(dǎo)線的屏蔽作用以保護(hù)角α表示。保護(hù)角是指避雷線和外側(cè)導(dǎo)線的連線與避雷線的鉛垂線之間的夾角。保護(hù)角越小，保護(hù)性能越好。當(dāng)保護(hù)角過(guò)大時(shí)，雷可能繞過(guò)避雷線擊在導(dǎo)線上，稱為繞擊。要始保護(hù)角減小，就要增加桿塔的高度，保護(hù)角一般取100~200。如圖37為避雷線保護(hù)角示意圖。 圖37 避雷線保護(hù)角示意圖對(duì)于35kV（66 kV）及以下的變電所，因其絕緣水平低，必須裝設(shè)獨(dú)立的避雷針，并滿足不發(fā)生反擊的要求。對(duì)于110 kV及以上的配電裝置，由于其絕緣水平較高，因雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故，可以將避雷針裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上。裝設(shè)避雷針的構(gòu)架應(yīng)就近裝設(shè)輔助接地裝置，該裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)離主變壓器與接地網(wǎng)連接點(diǎn)的距離不應(yīng)小于15m，其目的是使雷擊時(shí)避雷針接地裝置上產(chǎn)生的高電位在沿地網(wǎng)向變壓器接地點(diǎn)傳播的過(guò)程中逐漸衰減，以避免對(duì)變壓器造成反擊。由于變壓器是變電所中最重要的設(shè)備，且其絕緣較弱，因此在變壓器門型構(gòu)架上不應(yīng)裝設(shè)避雷針。發(fā)電廠廠房一般不裝設(shè)避雷針，以免發(fā)生反擊事故和引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作。由于變電所的配電裝置至變電所出線的第一個(gè)桿塔之間的距離不可能很大，如允許將桿塔上的避雷線引至變電所的構(gòu)架上，這段導(dǎo)線將受到保護(hù)，比用避雷針保護(hù)經(jīng)濟(jì)。由于避雷線的兩端分流作用，當(dāng)雷擊時(shí)，要比避雷針一起的電位升高小一些。因此，《規(guī)程》建議：110 kV及以上的配電裝置，可將線路避雷線引接至出線門型構(gòu)架上，但土壤電阻率大于1000Ω的地區(qū)，應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。對(duì)于35～60kV配電裝置，土壤電阻率不大于500Ω的地區(qū)，允許將線路的避雷線引接至出線門型構(gòu)架上，但應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置，當(dāng)大于500 Ω時(shí)，避雷線應(yīng)中止線路終端桿塔，進(jìn)變電所一檔線路保護(hù)可用避雷針保護(hù)。作用：限制由線路傳來(lái)的雷電過(guò)電壓或由操作引起的內(nèi)部過(guò)電壓。保護(hù)原理：是一種放電器，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)連接。當(dāng)輸電線路遭受雷擊后，在導(dǎo)線上產(chǎn)生雷電沖擊波并以電磁波速度向?qū)Ь€兩側(cè)傳播，入侵到發(fā)電廠、變電站。這種雷電入侵波幅值很高，由線路絕緣子閃絡(luò)電壓決定。當(dāng)雷電入侵波超過(guò)避雷器的放