【正文】 因而在防雷保護(hù)計(jì)算的彼德遜等值電路中，如圖 213所示，等值雷電流源通常就直接用雷電流來表示。 )物體時，流過該物體的電流定義為雷電流。在雷電流的實(shí)際測量中，一般都能滿足條件 ZZ0，例如， Z0估計(jì)為 300Ω , 30?Z Ω即可。如圖 22的雷電流源等值電路，有 : Z Z0 i=2i0 雷擊流源 被擊電路 37 圖 22雷電流等值電路 ZZZii ??0002 （ 28） 顯然 i與 Z有關(guān)。 雷電放電的物理過程雖然是很復(fù)雜的，但是從地而感受到的實(shí)際效果和防雷保護(hù)的工程角度，還是可以把它看成是一個沿著一條固定波阻抗的雷電通道向地而傳播的電磁波過程，據(jù)此建立計(jì)算模型。盡管雷云有很高的初始電位 (估可達(dá)幾百兆伏 )，可能使大氣擊穿，形成先導(dǎo)主放電，但是地而被擊物體的電位并不取決于這一初始電位，而是取決于雷電流與被擊 物體阻抗的乘積 (被擊物體阻抗是指被擊點(diǎn)與大地零電位參考點(diǎn)之間的阻抗 )。 關(guān)于地面落雷密度與雷電日數(shù)的關(guān)系，我國標(biāo)準(zhǔn)推薦采用國 際大電網(wǎng)會議推薦標(biāo)準(zhǔn) : dg TN ? （ 26） 式中， Ng為每年每平方公里地面落雷數(shù)； Td 雷電日數(shù)；由此可得： dT?? （ 27） 對 40?dT 的地區(qū)，按我國標(biāo)準(zhǔn)取值 ?? 。實(shí)際上， ? 值與年平均雷電日 dT 有關(guān)。 地面落雷密度 雷云對地放電的頻繁和強(qiáng)烈程度，由地面落雷密度 ? 來表小。若設(shè)這個電流入射波為 I0，則對應(yīng)的電壓入射波 000 ZIu ? 。 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)。 圖 221（ c）為等值半余弦波，雷電流波形的波前部分，接近半余弦波，可用下式表達(dá)： )c os1(2 tIi m ??? （ 25） 這種波形多用于分析雷電流波前的作用，因?yàn)橛糜嘞液瘮?shù)波前計(jì)算雷電流通過電感支路所引起壓降比較方便。斜角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式最簡單，便于分析與雷電流波前有關(guān)的波程，并且斜角平頂波用于分析發(fā)生在 10181。雙指數(shù)波形也取作沖擊絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓的波形，對它定出標(biāo)準(zhǔn)波前和波長為 。 (a)標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形 (b)等值斜角波頭 (c)等值半余弦波頭 圖 21 雷電流的等值波形 圖 21(a)標(biāo)準(zhǔn)波形，它是由雙指數(shù)公式所表示的波形 )(0 tt eeIi ?? ?? ?? （ 24） 這種表示是與實(shí)際雷電流波形最為接近的等值波形，但比較繁瑣。 雷電流極性及波形 35 國內(nèi)外實(shí)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(hù)中一般按負(fù)極性進(jìn)行分析研究。我國幅員遼闊，各地自然條件千差萬別。其原因一方 面在于雷電放電本身的隨機(jī)性受到自然條件多種因素的影響 。 雷電流的各項(xiàng)主要參數(shù) 幅值、波頭、波長和陡度的實(shí)測數(shù)據(jù)具有很大的分散性。 (3)雷電流陡度 由于雷電流的波頭長度變化范圍不大，所以雷電流的陡度和幅值必然密切相關(guān)。s 的僅占 18%～ 30%。s范圍之內(nèi)，平均約為 50181。 至于雷電流的波長，實(shí)測表明在 20181。s～ 。s～ 5181。雷電流幅值概率可按以下公 式求得： 44lg IP ?? (22) （ 2）雷電流的波頭和波長 雖然雷電流幅值隨各國的自然條件不同而差別很大，但是各國側(cè)得的雷電流波形卻基本一致。 上述雷電流幅值累積概率計(jì)算公式適用于我國大部分地區(qū)。 34 （ 1）雷電流幅值的概率分布 我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦按下式計(jì)算 88lg IP ?? (21) 式中： I是雷電流幅值， kA； P是 幅值等于大于 I的雷電流概率。 幅值和波頭又決定了雷電流隨時間上升的變化率，稱為雷電流的陡 度。波頭是指電流上升到幅值的時間 。這三個參數(shù)為 :幅值、波頭和波長。因此電氣設(shè)備的防雷保護(hù)和絕緣配合通常都是取負(fù)極性的雷電沖擊波進(jìn)行研究分析。許多雷電流波形都是在峰值附近出現(xiàn)明顯的雙峰，波尾部分也有不太大的隆起。在防雷設(shè)計(jì)中，要根據(jù)雷電日的多少因地制宜。西北多數(shù)地區(qū)在 24以下。 我國各地雷電日的多少和該地的緯度及距海洋的遠(yuǎn)近有關(guān)。每年的雪電日數(shù)相差較大，故采用的是多年平均值。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： 雷電日 為了統(tǒng)計(jì)雷電的活動頻繁度，采用雷電日為單位。當(dāng)雷云對導(dǎo)線附近地面物體放電后，雷云電荷被中和而失去對導(dǎo)線上電荷的束縛作用，電荷便向?qū)Ь€兩側(cè)流動，由此而產(chǎn)生的過電壓稱為感應(yīng)過電壓，其能量很大，對供電設(shè)備的危害也很大。 帶有負(fù)電荷的雷云接近輸電線路時，強(qiáng)大的電場在導(dǎo)線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)。但當(dāng)距離地面達(dá)某一高度時，先導(dǎo)通道的頭部至地面某一感應(yīng)電荷的電場強(qiáng)度超過了其它方向，先導(dǎo)通道大致沿其頭部至感應(yīng)電荷的集中點(diǎn)的方向連續(xù)發(fā)展，至此放電發(fā)展才有方向。 帶有大量電荷的雷云（實(shí)測表明多為負(fù)極性），在其周圍的電場強(qiáng)度達(dá)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。實(shí)際觀測表明，第二次及以后的沖擊放電的先導(dǎo)階段發(fā)展時間較短，沒有分叉。雷云是一塊大介質(zhì)，電荷在其內(nèi)部不容易運(yùn)動，因此如前所述，在雷云積聚電荷的過程中，就可能形成若干個密度較高的電荷中心。而且，人們眼睛觀察到的一次閃電，實(shí)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(dá) 40多次。 雷電觀測表明，先導(dǎo)放電不是一次貫通全部空間，而是間歇性的脈沖發(fā)展過程，稱為分級先導(dǎo)。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。由于主放電的發(fā)展速度很高，約為 2 107～ 108m/s，所以出現(xiàn)甚強(qiáng)的脈沖電流，可達(dá)幾十乃至二、三百千安。 當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或者與迎面先導(dǎo)相遇以后，就在通道端部因大氣強(qiáng)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。這一放電階段稱為先導(dǎo)放電。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。這正是我們主要關(guān)心的問題。 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。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動，一旦空間電場強(qiáng)度超過了大氣游離放電的臨界電場強(qiáng)度（大氣中約 30kV/cm，有水滴存在時約 10kV/cm）時，就會 發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹?；放出幾十乃至幾百安的電流；產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱（放電通道溫度高達(dá) 15000℃至 20200℃），使空氣急劇膨脹振動，發(fā)生霹靂轟鳴。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。一般認(rèn)為雷云是在有利的大氣和大地條件下，由強(qiáng)大的潮濕的熱氣流不斷上升，進(jìn)入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。 雷電放電是由于帶電荷的雷云引起的。 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。 31 6 雷電與防雷裝置及接地的基本常識 雷電 雷電及其放電過程 雷電是一種恐怖而又壯觀的自然現(xiàn)象，這不僅在于它那劃破長空的耀目閃電和令 人震耳欲聾的雷鳴，重要的是它給人類生活帶來巨大的影響。 高型層外配電裝置：將斷路器、電流互感器、布置在旁路母線下方，同時兩組母線重疊布置。 層外配電裝置 : 根據(jù)電器和用線布置的高度，層外配電可分為：中型、高型、半高型。 二層式：把 所有的用電設(shè)備布置在三層中 ， 它使用于 6kv～ 10kv 出線帶電抗器 及 35kv～ 220kv 的情況。 檢修要求 電壓為 110KV 及以上的屋外配電裝置，應(yīng)視其在系統(tǒng)中的地位、接線方式、配電裝置型式以及該地區(qū)得檢修經(jīng)驗(yàn)等情況，考慮帶 電 作業(yè)的要求 ， 為保證檢修人員在檢修電器及母線時的安全，電壓為 63Kv 及以 上的配電裝置，對斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)和線路隔離開關(guān)的線路側(cè)，宜配置接地閘，母線上宜安裝接地刀閘或接地器 屋內(nèi)配電裝置 屋內(nèi)配電裝置可以分以下三類： 三層式： 把 所有的用電設(shè)備布置在三層中，它使用于 6kv～ 10kv 出線帶電抗器的情況。 (3)架空出線間隔的排列應(yīng)根據(jù) 出線走廊規(guī)劃的要求，盡量避免線路交叉，并與終端塔位置相配合 ， 各級電壓配電裝置各回路的相序排列應(yīng)盡量一致 。 運(yùn)行要求 (1)各級電壓配電裝置之間，以及它們和各種建筑物之間的距離和安全 相對位置，應(yīng)按最終規(guī)模統(tǒng)籌規(guī)劃，充分考慮運(yùn)行的安全和便利 。 （ 3）工藝布置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮土建施工誤差，確保電氣安全凈距的要求。 施工、運(yùn)行和檢修的要求 施工要求 （ 1） 配電裝置的結(jié)構(gòu)在滿足安全的前提下應(yīng)該盡量予以簡化，并考慮構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化 。 配電裝置的設(shè)計(jì)要求 滿足安全凈距的要求 （ 1）屋外電氣設(shè)備外絕緣體最低部位距地小于 米時，應(yīng)裝設(shè)固定遮攔，屋內(nèi)電氣設(shè)備外絕緣體最底部位距地小于 ，應(yīng)裝設(shè)固定遮攔。 設(shè)計(jì)的基本步驟 選擇配電裝置的形式 根據(jù)電壓等級、電器形式、出線多少和方式、有無電抗器、地形及環(huán)境等因素，選擇配電方式。 電暈無線電干擾的特性和控制 。 29 噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn)及限制措施要求 。 配電裝置的基本要求和設(shè)計(jì)的基本步驟 基本要求 滿足安全凈距離的要求 。 c．安裝工作量小，建設(shè)周期短，而且便于擴(kuò)建和搬遷。 成套配電裝置： a．結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。 c．設(shè)備受天氣及外界有害氣體影響大，運(yùn)行條件差，須加強(qiáng)絕緣。 屋外配電裝置： a．安全凈距大，占地面積大。 c．設(shè)備受氣象及外界有害氣體影響較小，可減少維護(hù)工作量。 配電裝置的特點(diǎn) 屋內(nèi)配電裝置的特點(diǎn)： a．安全凈距小并分層布置，占地面積小。 準(zhǔn) 確級的選擇 表 57電壓互感器的準(zhǔn)確級 準(zhǔn)確級次 誤差極限 一次電壓變化范圍 二次負(fù)荷變化范圍 比差值 相角差 20 （ ） e1U （ ） e2S 27 表 58 220kv測電壓互感器級參數(shù)： 型號 額定變化 額定容量 最大容量 一次 繞組 二次 繞組 剩余 繞組 1級 3級 220/ 3 —— —— —— 28 5 配電裝置的設(shè)計(jì) 配電裝置的選擇原則 高壓配電裝置的設(shè)計(jì)必須認(rèn)真貫徹國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，遵循上級頒的有關(guān)規(guī)程、規(guī)范及技術(shù)規(guī)定，并根據(jù)電力系統(tǒng)條件、自然環(huán)境特點(diǎn)和運(yùn)行、檢修、施工方面的要求，合理制定布置方案和選用設(shè)備，積極慎重地采用新布置、新設(shè)備、新材料、新結(jié)構(gòu)，使配電裝置設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠、維 護(hù)方便。 23 母線的選擇 （ 1）母線截面的選擇 : 各種配電裝置中主母線在 20m 以下的母線，一般均按所在回路的最大持續(xù)工作電流 （ 2）熱穩(wěn)定校核 : = = C—— 熱穩(wěn)定系數(shù) 高壓斷路器的選擇 種類和形式的選擇 表 53斷路器型式 安裝使用場所 主要形式 參數(shù)型號 發(fā)電機(jī)組回路 中小型機(jī)組 少油 SN1010Ⅲ 大型機(jī)組 專用 、空氣短路器 配電裝置 6～ 10KV 少油、真空、 SN1010 ZN10 LN10 35KV 多油、少油、真空、 DW35 SN1035 SWZ35 110～ 330KV 少油、空空、 SW110～ 330 KW110～ 330 500KV LW500 系列 按額定電壓選擇 額定電壓應(yīng)滿足： 按額定電流選擇 額定電流應(yīng)滿足： 額定關(guān)合電流選擇 為了保證斷路器在關(guān)合短路電流時安全，不會引起觸頭熔接和遭受點(diǎn)動力的破壞應(yīng)滿足： 24 熱穩(wěn)定校驗(yàn) 應(yīng)滿足： ?