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一、架空輸電線路雷電過電壓概述
架空輸電線路地處曠野，綿延數(shù)千千米，很容易遭受雷擊.雷擊是造成線路跳閘的主要原因.同時，雷擊線路形成的雷電過電壓波.沿線路傳播侵人變電所.也是危害變電所設(shè)備運(yùn)行的重要因素。
根據(jù)過電壓形成的物理過程，雷電過電壓可以分為兩種。一是直擊雷過電壓。它是雷電直接擊中桿塔、避雷線或?qū)Ь€（見圖2. 1中①、②或③）引起的線路過電壓。二是感應(yīng)雷過電壓。它是在雷擊線路附近大地，由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓。運(yùn)行經(jīng)驗表明.直擊雷過電壓對電力系統(tǒng)的危害大，感應(yīng)雷過電壓只對35 kV及其以下的線路有威脅。圖2.1 雷擊輸電線路部位示意圖
按照雷擊線路部位的不同，直擊雷過電壓又分為兩種情況.一種是雷擊線路桿塔或避雷線時，雷電流通過雷擊點(diǎn)阻抗使該點(diǎn)對地電位大大升高.當(dāng)雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的電位差超過線路絕緣的沖擊放電電壓時，會對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使導(dǎo)線出現(xiàn)過電壓。因為這時桿塔或避雷線的電位(值)反而高于導(dǎo)線。故通常稱為反擊。另一種是雷電直接擊中導(dǎo)線(無避雷線時)或繞過避雷線(屏蔽失效)擊中導(dǎo)線.直接在導(dǎo)線上引起過電壓。后者通常稱為繞擊。
雷擊線路可能導(dǎo)致兩種破壞性后果。一是使線路發(fā)生短路接地故障。雷電過電壓的作用時間雖然很短(數(shù)十秒)，但導(dǎo)線對地(避雷線或桿塔)發(fā)生閃絡(luò)以后，工頻電壓將沿此閃絡(luò)通道繼續(xù)放電，進(jìn)而發(fā)展成為工頻電弧接地。此時繼電保護(hù)裝置將會動作，使斷路器跳閘，影響線路正常送電。二是形成沿輸電線路侵人變電站的雷電波，在變電站內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的折反射過程，可能使電力設(shè)備承受很高的過電壓，以致設(shè)備絕緣破壞.造成停電事故。
輸電線路防雷性能的優(yōu)劣，工程上主要用耐雷水平和雷擊跳閘率這兩個指標(biāo)來衡盆。耐雷水平是指線路遭受雷擊時所能耐受的不致引起絕緣閃絡(luò)的大雷電流幅值(單位為kA).耐雷水平越高，線路的防雷性能越好.雷擊跳閘率是指在折算至年雷電日數(shù)為40的標(biāo)準(zhǔn)條件下.每百千米線路每年因雷擊引起的線路跳閘次數(shù).單位為:次/百千米·年。需擊跳閘率是衡量線路防雷性能的綜合性指標(biāo)。二、感應(yīng)過電壓
在雷云對地放電過程中.放電通道周圍的空間電磁場將發(fā)生急劇變化。因而當(dāng)雷擊輸電線附近的地面時，雖未直擊導(dǎo)線。由于雷電過程引起周圍電磁場的突變，也會在導(dǎo)線上感應(yīng)出一個高電壓來.這就是感應(yīng)過電壓。感應(yīng)過電壓包含靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個分量，一般以靜電感應(yīng)分量為主。
雖然對于感應(yīng)過電壓形成的物理解釋已經(jīng)有了一個比較一致的認(rèn)識，但由于難以得到雷電放電過程的原始數(shù)據(jù)等原因，感應(yīng)過電壓有多種不同的計算方法，而且結(jié)果還差別較大。
由于感應(yīng)過電壓對各相導(dǎo)線來說基本相同，所以不會發(fā)生相間閃絡(luò)。又由于感應(yīng)過電壓是因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，其極性與雷云電荷.即與雷電流的極性正相反，因而絕大部分感應(yīng)過電壓是正極性的，這一點(diǎn)與直擊雷過電壓不同。另外，感應(yīng)過電壓的波形較直擊雷過電壓更平緩，波頭由幾秒至幾十秒，波尾則可達(dá)數(shù)百秒。避雷線由于對導(dǎo)線有屏蔽作用.因而能降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓幅值。避雷線與導(dǎo)線間的藕合系數(shù)越大，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就越低。
三、雷擊導(dǎo)線過電壓
無避雷線的線路，當(dāng)雷閃放電過分靠近線路時，發(fā)生的就不是雷擊地面的感應(yīng)過電壓，而是雷電直擊導(dǎo)線的過電壓。在我國110 kV及其以上線路一般都架
有避雷線.以免導(dǎo)線直接遭受雷擊，但由于各種偶然因素的影響.仍有可能發(fā)生避雷線屏蔽失效.雷電繞過避雷線而擊中導(dǎo)線的情況，通常稱繞擊.
繞擊發(fā)生的概率雖然很低，但一旦雷電擊中導(dǎo)線，導(dǎo)致線路跳閘的幾率將很高。四、雷擊塔頂過電壓
雷擊塔頂(包括雷擊塔頂附近的避雷線)時，桿塔電感與接地電阻的存在將使塔頂電位瞬時升高，其電位位甚至大大超過導(dǎo)線電位，引起絕緣子串閃絡(luò)，即反擊，造成線路跳閘，同時在線路上形成向線路兩側(cè)傳播的過電壓波.過電壓波侵人發(fā)電廠、變電站。
除上述二種雷電過電壓外，還有一種雷擊避雷線擋距中央時的過電壓.國內(nèi)外大量的運(yùn)行經(jīng)驗表明，此時引起擋距中央避需線與導(dǎo)線空氣問隙發(fā)生閃絡(luò)是非常罕見的，故對這種雷電過電壓此處不再分析。
應(yīng)當(dāng)指出，上面的感應(yīng)過電壓、雷擊導(dǎo)線過電壓、雷擊塔頂過電壓的計算公式都沒有考慮絕緣子串的運(yùn)行電壓，亦即導(dǎo)線的運(yùn)行電壓.對220 kV及其以下的線路來說，運(yùn)行電壓所占比重不大，一般可以忽略。但在超高壓線路中，隨著電壓等級的提高，工作電壓不應(yīng)再被忽略，有人建議至少應(yīng)按照導(dǎo)線運(yùn)行相電壓峰值的一半來考慮，且電壓極性與雷電流極性相反。因為任何時刻都至少有一相導(dǎo)線運(yùn)行在與雷電流相反的極性下。如果按照統(tǒng)計法計算，則雷擊時的導(dǎo)線工作電壓瞬時值及其極性應(yīng)作為一個隨機(jī)變來考慮。但這些還都沒有列入電力行業(yè)的相關(guān)規(guī)程中。
五、雷擊跳閘率
當(dāng)雷閃放電造成線路產(chǎn)生雷電過電壓時，若雷電流超過相應(yīng)情況下的耐雷水平，則導(dǎo)致線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)。但雷電過電壓的持續(xù)時間極短，只有幾十秒、高壓開關(guān)還來不及跳閘.只有當(dāng)沖擊閃絡(luò)后的閃絡(luò)通道發(fā)展成穩(wěn)定的工頻電弧時才會導(dǎo)致線路跳閘。這些過程都有隨機(jī)性。因此工程中除耐雷水平外.還采用雷擊跳閘率作為一個綜合指標(biāo)，來衡量線路防雷性能的優(yōu)劣。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 620 1997給出了一般上壤電阻率地區(qū)有避雷線線路的耐雷水平和雷擊跳閘率數(shù)值.見表2.
表2 架空輸電線路典型桿塔的耐雷水平及雷擊跳閘率
一、防雷插座的原理防雷插座原理是應(yīng)用避或壓敏電阻這樣的瞬變電壓吸收器并在輸入線之間,平常表現(xiàn)為一個無限大阻抗;當(dāng)瞬變電壓發(fā)生的時候,該器件阻抗迅速降低,將瞬變能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移,保護(hù)內(nèi)部用電設(shè)備。1、防雷插座的好處● 防雷插座適用于設(shè)備端末級電源過壓保護(hù)。● 防雷插座殘壓低，通流容量大。● 共模、差模保護(hù)。● 安裝方便，使用簡單。● 內(nèi)置10A過載保護(hù)器，具備短路保護(hù)功能，不會因為超負(fù)荷而發(fā)生火災(zāi)。2、使用防雷注意插座的注意事項：（1）．防雷插座負(fù)載功率不能超過防雷插座的額定功率。（2）．防雷插座的接地端子與插頭地線E端已連通。（3）．與防雷插座相連的插座地線端接地符合要求時，將防雷插座的插頭直接插入即可；否則，必須將防雷插座的接地端子與地網(wǎng)連接后才能使用。為了達(dá)到更好的防雷效果，建議將防雷插座的接地端子與地網(wǎng)可靠連接。（4）．防雷插座在使用期間，應(yīng)定期檢測并查看指示燈工作狀態(tài)是否正常。二、為何要選擇電源防雷插座防雷插座主要是防止感應(yīng)雷浪涌侵入，浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖，。可能引起浪涌的原因有：感應(yīng)雷、重型設(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動機(jī)。而含有浪涌阻絕裝置的防雷插座可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。防雷插座是一種為各種終端設(shè)備提供D級防護(hù)的防雷裝置。當(dāng)電氣回路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，防雷插座在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對設(shè)備的損害.
夏季雷雨天氣來臨，電腦被雷電擊壞概率很高，近有許多朋友問我電腦雷擊的問題，由于天南海北問這個問題的朋友太多，以至于我應(yīng)接不暇。由于我的精力有限，實(shí)在難以招架，故寫下這篇文章，減輕我的壓力。同時希望電腦被雷擊的朋友看到這篇文章就知道該怎么處理，沒有該問題的朋友知道怎么防范。
雷電進(jìn)入電腦一般有兩個途徑，一是網(wǎng)線，二是電源線，或者二者兼而有之。進(jìn)入途徑不同，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象也不同，如果雷電由網(wǎng)線進(jìn)入，常常是電腦無法上網(wǎng)。有經(jīng)驗的朋友也許會發(fā)現(xiàn)貓的燈閃耀不正常或者不閃耀，網(wǎng)卡找不到或者在硬件管理中有一個驚嘆號，有時候能夠通過網(wǎng)絡(luò)連接，有時候不能夠網(wǎng)絡(luò)連接。但是即使能夠網(wǎng)絡(luò)連接，也是不穩(wěn)定的，會不斷掉線。這時候好把貓和網(wǎng)卡都換掉，問題就解決了。雷電由這個途徑擊壞的電腦概率很高，電腦其他部分損壞的概率不大。雷電由電源線進(jìn)入電腦，這種情況比上一種情況概率低些，但是損壞很嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在電腦黑屏，開不了機(jī)。這時候需要通過排除法來確定故障范圍，先確定顯示器是否被雷電擊壞，如果顯示器無故障，電腦黑屏，需要先更換主機(jī)電源，如果還不行，就需要把主機(jī)按小化系統(tǒng)來確定故障范圍。方法是，拔去主機(jī)的硬盤、光驅(qū)等，找一個正常的電源，把主板，cpu，內(nèi)存，顯卡（集成板無需此項），組成小化系統(tǒng)，接上顯示器，看能否點(diǎn)亮顯示器，如果不行，則按主板---內(nèi)存---cpu的順序一一更換，直到能點(diǎn)亮顯示器確認(rèn)故障件為止。一般，雷擊壞的主機(jī)在小化系統(tǒng)仍不能開機(jī)，主板鐵定損壞，電源即使測量完好、當(dāng)下可以使用也要堅決更換，否則后患無窮。如果組成小化后主機(jī)能夠順利開機(jī)，則把其他配件一一接上實(shí)驗，要每接一個配件實(shí)驗開機(jī)一次，以確認(rèn)故障配件。
下面談?wù)劺子晏鞖馊绾畏乐估纂姄魤碾娔X。在雷雨天氣，好不要開電腦，如果確實(shí)需要開機(jī)，在單位的朋友要把防雷設(shè)備維護(hù)好，防雷設(shè)備不要帶病工作。在家庭的朋友或者單位沒有防雷設(shè)施的朋友，購買時好選擇有防雷擊功能的電腦，不過由于現(xiàn)在技術(shù)限制，目前這種電腦只能防感應(yīng)雷，尚不能防直擊雷。我有一個小經(jīng)驗，可以在電腦供電電源前加一個1:1的隔離變壓器，什么是1:1的隔離變壓器呢，就是變壓器的進(jìn)線電壓和出線電壓相等，都是220伏特。變壓器具體容量需要看你的電腦功耗情況，我用的是300W的，夠電腦和打印機(jī)使用。這個經(jīng)驗是我以前在維修電視機(jī)時總結(jié)出來的，我發(fā)現(xiàn)黑白電視機(jī)幾乎沒有被雷擊壞的，而彩色電視很容易被雷擊壞，他們的區(qū)別就是黑白電視機(jī)用有一個和市電隔離的變壓器，而彩電沒有這個變壓器。不過究竟是不是這個原因尚需檢驗。即使這個經(jīng)驗，我認(rèn)為也只能防感應(yīng)雷，對能量巨大的直擊雷也是無能為力的。
不要認(rèn)為電腦不開機(jī)就不會被雷擊壞，有相當(dāng)大的一部分電腦在關(guān)機(jī)后依然被雷擊壞。這是因為電腦的電源線和入戶線、網(wǎng)線沒有從電腦上拔下來。我們知道，雷電的電壓很高，瞬間能量很大。一般，電壓高于4000伏，就會把一厘米左右的潮濕空氣擊穿導(dǎo)電，早期的空氣負(fù)離子發(fā)生器就是利用這個原理來電離空氣的。我們雖然關(guān)閉電源開關(guān)，但是電源開關(guān)內(nèi)部的斷開點(diǎn)只有兩三毫米的距離，根本防不住幾萬幾十萬甚至億伏級別的高壓雷電，雷電會暢通無阻地?fù)暨M(jìn)電腦，對毫無防范措施的網(wǎng)線線更是不在話下。所以，雷雨天氣，一定要拔下電腦的電源線，網(wǎng)線，入戶的線。這個對所有使用有電子元件的家用電器都適用。
就先談到這里，有其他問題的朋友我們可以繼續(xù)交流。
防雷產(chǎn)品中的主要材料是氧化鋅壓敏電阻，其材料的品質(zhì)和工藝水平的高低對產(chǎn)品遭受雷擊時是否能產(chǎn)生預(yù)期的保護(hù)作用有直接的影響，所以你在選擇防雷器時一定要了解廠家的壓敏電阻的來源。
電源防雷器的重要參數(shù)：
標(biāo)稱電壓Un：被保護(hù)系統(tǒng)的額定電壓相符，在息技術(shù)系統(tǒng)中此參數(shù)表明了應(yīng)該選用的保護(hù)器的類型，它標(biāo)出交流或直流電壓的有效值。
大持續(xù)工作電壓Uc：能長久施加在保護(hù)器的指定端，而不引起保護(hù)器特性變化和保護(hù)元件的大電壓有效值。
標(biāo)稱放電電流In：給防雷器保護(hù)器施加波形為8/20s的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊10次時，保護(hù)器所耐受的大沖擊電流峰值。
大放電電流Imax：給保護(hù)器施加波形為8/20s的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊1次時，保護(hù)器所耐受的大沖擊電流峰值。
電壓保護(hù)級別Up：保護(hù)器在下列測試中的大值：1KV/s斜率的跳火電壓；額定放電電流的殘壓。
級防雷器可以對于直接雷擊電流進(jìn)行泄放，或者當(dāng)電源傳輸線路遭受直接雷擊時傳導(dǎo)的巨大能量進(jìn)行泄放，對于有可能發(fā)生直接雷擊的地方，必須進(jìn)行CLASS—I的防雷。第二級防雷器是針對前級防雷器的殘余電壓以及區(qū)內(nèi)感應(yīng)雷擊的防護(hù)設(shè)備，對于前級發(fā)生較大雷擊能量吸收時，仍有一部分對設(shè)備或第三級防雷器而言是相當(dāng)巨大的能量會傳導(dǎo)過來，需要第二級防雷器進(jìn)一步吸收浪涌保護(hù)器。同時，經(jīng)過級防雷器的傳輸線路也會感應(yīng)雷擊電磁脈沖輻射LEMP，當(dāng)線路足夠長感應(yīng)雷的能量就變得足夠大，需要第二級防雷器進(jìn)一步對雷擊能量實(shí)施泄放。第三級防雷器是對LEMP和通過第二級防雷器的殘余雷擊能量進(jìn)行保護(hù)。
目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進(jìn)入LPZ1區(qū)，將數(shù)萬至數(shù)十萬伏的浪涌電壓限制到2500—3000V。
入戶電力變壓器低壓側(cè)安裝的電源防雷器作為級保護(hù)時應(yīng)為三相電壓開關(guān)型電源防雷器，其雷電通流量不應(yīng)低于12.5kA(T1測試)。該級電源防雷器應(yīng)是連接在用戶供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相12.5kA(T1測試)以上的大沖擊容量，要求的限制電壓小于2500V，稱之為CLASSI級電源防雷器。
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