雷电反击范文

雷电反击范文（精选3篇）

雷电反击 第1篇

建 (构) 筑物遭受雷击时, 雷电流经接闪器、引下线、接地体以及与它相连接的金属导体等泄流入地, 在这些导体上产生非常高的瞬时电压, 就会与周围距离较近却没有连接的金属物体、设备、线路等之间产生巨大的电位差, 由这个电位差引起的电击就是地电位反击。这种反击不仅损坏电气设备, 也可能造成人体伤害或火灾爆炸事故。

2 地电位反击的类型及危害

2.1 独立接地系统间的地电位反击及危害

防雷接地系统 (装置) 在泄放雷电流时会发生地电位抬升, 如果与其他接地系统 (装置) 之间距离较近 (一般要求大于20 m, 计算方法见GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》4.2.1第5条) , 它们之间就会发生击穿放电, 由于两者之间接地电阻值不同, 就会形成电位差而发生反击, 从而危及连接在这些接地系统上的设备安全。

2.2 地电位对电器设备的反击及危害

建筑物在遭受直击雷击时, 雷电流将沿建筑物防雷系统的引下线通过接地体散流入地, 在此过程中, 会产生暂态过电压, 如果一个建筑物内的各种接地不共用一个接地系统时, 相互之间会产生很高的过电压而产生反击, 导致设备损坏甚至系统瘫痪。

3 工程实践案例

2009年, 一次强对流天气过后, 接到某商业银行反应, 该单位办公楼遭到雷击, 附近的营业大厅信息网络系统计算机等设备遭到雷击损坏, 要求提供技术支持。另据介绍, 自该单位新建办公楼建成3年以来, 营业大厅已遭到两次雷击, 造成设备不同程度受损, 但位于办公楼二楼的数据中心机房设备却没有发生雷击损毁情况。

3.1 现场勘察情况

经现场测量, 办公楼高度26 m, 为独栋建筑, 数据中心机房位于二楼。营业大厅楼高度11 m, 也为独栋建筑, 大厅位于一楼临街面。两栋楼之间相距13 m。

现场查看显示, 外部防雷方面, 两栋楼屋面防直击雷装置完好, 办公楼屋面接闪杆 (避雷针) 有接闪痕迹。内部防雷方面, 两栋楼供电线路和信号线路都安装了电涌保护器 (避雷器) 且工作状态正常。办公楼二楼数据中心机房机房和营业大厅没有等电位连接装置。

现场检测办公楼接地电阻3.8 Ω, 符合规范要求。营业大厅接地电阻9 Ω, 符合防直击雷要求, 但大于信息网络系统≤4 Ω的接地电阻要求。

3.2 事故原因分析

现场检测数据表明, 两栋楼的接地系统为相互分开的独立地网。查阅设计、施工资料得知, 两个接地系统之间的间隔距离为9m。分析认为, 由于两栋楼的电源、信号线路都安装了防感应雷电涌保护器 (避雷器) 且运行正常, 可以排除雷电电磁脉冲沿供电线路和信号线路入侵的可能。从事故情况来看, 办公楼遭到直击雷击后, 位于二楼的数据中心机房设备完好无损, 但没有遭到直击雷击的营业大厅楼设备却遭到损坏, 由此可以判断, 事故是由于办公楼接地系统与营业大厅楼接地系统之间发生了地电位反击, 从而导致营业大厅设备损坏。

3.3 解决方案

通过勘察分析, 应将办公楼和营业大厅的两个独立接地系统 (地网) 采取等电位连接。等电位连接是指将具有相同对地电位的各个可导电部分做电气连接 (EB) , 《建筑物电子信息系统防雷技术规范 (GB50343-2010) 》的定义是设备和装置外露可导电的电位基本相等的电气连接。

3.3.1 接地系统间的等电位连接措施

经现场测量计算, 办公楼和营业大厅楼两个接地系统 (地网) 之间的距离小于防地电位反击的安全距离, 需要在两者之间采取等电位连接。等电位连接方法主要有两种。一是采用金属导体 (线) 直接做电气连接。二是用等电位连接器连接, 等电位连接器的作用是保证正常工作状态下两个接地系统 (地网) 不连通, 没有相互干扰, 当一个接地系统遭受雷击时等电位连接器便瞬时导通, 使两个地网形成等电位, 有效消除地电位反击。考虑到办公楼和营业大厅同属计算机信息网络系统, 不存在系统干扰, 故不采用等电位连接器连接, 只需用金属导体对两个接地系统 (地网) 做不少于2处的物理连接。施工时采用60×6 mm扁钢在两个接地系统 (地网) 间作4处水平方向连接, 并增加垂直接地体, 各连接点采取焊接, 并做防锈蚀处理。这样两个独立接地系统 (地网) 就成为一个联合接地系统 (地网) , 营业大厅的设备接地电阻也达到了≤4 Ω, 符合规范要求。

3.3.2 金属管线的等电位连接措施

将所有出入办公楼和营业大厅楼的金属管道、通信线缆和供电线路 (穿金属管) 在进出建筑物时做接地处理, 与接地系统可靠连接。

3.3.3 机房等电位连接措施

办公楼二楼数据中心机房和营业大厅安装等电位连接排, 将信息网络系统的交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地、防静电接地等其他设备的接地汇集在等电位连接排上, 通过等电位连接排与接地系统 (地网) 可靠连接。

4 结语

在实际工作中, 信息网络系统遭受雷击的情况比较常见, 原因多种多样。其中雷电地电位反击对信息网络、通信、电力等系统的危害极大, 也有其特殊性。主要表现在接地系统 (装置) 为隐蔽工程, 不能直观观察其安装位置、敷设形式等相关参数, 在分析事故原因时往往会产生误判。本案例通过现场勘察、实地检测 (测量) 及查阅相关资料等方式进行综合分析, 查找到了雷击事故原因并提出应对方案, 采取了上述措施后, 到目前为止没有接到该单位遭受雷击的报告。

参考文献

[1]GB580057—2010, 建筑物防雷设计规范[S].中国建设出版社, 2010.

[2]GB50343-2004, 建筑物电子信息系统防雷设计规范[S].中国建设工业出版社, 2014.

[3]GB/T21714.4-2008, 雷电防护第4部分:建筑物内电器和电子系统[S].2006.

[4]虞昊.现代防雷技术基础[M].北京清华大学出版, 1995.

雷电反击 第2篇

1 反击问题以及现有《行标》所存在的问题:

中华人民共和国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压和绝缘配合》[4] (以下简称《行标》) 是目前国内线路防雷的设计准则。在雷击杆塔、避雷线、导线情况下, 《行标》中给出了计算杆塔节点电位、导线感应电压等计算公式, 该公式的优点是物理概念清晰, 使用方便, 但与实际运行经验严重不符, 存在下述缺点:

《行标》推荐的计算方法是将杆塔简单视为一等值电感的方式来计算, 损失了其精确性, 同时无法确定雷击杆塔时杆塔上各节点的电位随时间变化的过程。《行标》规定雷击塔顶的感应过电压计算公式, 计算出来的感应过电压远远大于实际的感应过电压。《行标》所用计算方法是前苏联半个世纪以前的研究成果, 是在电压等级较低、线路高度较低的条件下得到的, 已落后于时代。该计算尤其不适合高杆塔。

2 建模与计算原理

本文应用求解分布参数线路波过程的Bergeron特征线法, 结合相交法的绝缘闪络判据进行计算。

2.1 Bregeron等值电路

Bergeron特征线计算方法是利用线路上波过程的特征线方程, 经过一定的转换, 把分布参数的线段等值为电阻性网络, 再运用求解电阻性网络的通用方法计算整个网络的暂态过程[5-6], 单相无损线的波过程计算的等值电路, 设一线路两端节点分别为k和n, 其电压, 电流为Uk (t) 、Ikn (t) 、Un (t) 、Ink (t) , 如图2-1 (a) 所示:

如观测者在时刻 (传播时间τ=l/v) 时从节点k出发, 在时间t到达节点n, 则有下式

上式可改写为:

同理可得:

在过电压计算中常不需知道导线上的电流ink和ink可用等效电流源Ik和In的递推公式即:

其中, 、为n、k点时刻的电压, 即电压的历史记录值, 、也是n、k点时刻以前的电流源历史记录值。

2.2 杆塔模型

本文采用的杆塔模型如图2-2所示, 每支横担用一条分布参数线段等值, 横担波阻抗分别为ZA1、ZA2;每段塔身波阻抗也用两端并联的分布参数线段等值, 分别为ZT1、ZT2、ZT3 (等效支撑塔体的四根主干) ;ZL1、ZL2、ZL3 (等效四根支柱之间的支架) ;Rch为杆塔的冲击接地电阻。

横担波阻抗ZAK由下式计算:

其中hk (k=1, 2) 为横担高度, 为横担的等值半径, 可取为横担与塔柱连接处半径的二分之一。

分布支架的线段长度取为1.5倍的立柱长度, 反映电流波在支架中的传播时延。除波阻抗外, 雷电流波在杆塔中的传播速度是另一个重要参数。由于横担和支架的存在, 雷电波沿杆塔纵向的视在传播速度小于光速。可是因为在杆塔模型中已考虑了横担和支架线段, 所以计算中仍取光速作为雷电波在杆塔中的传播速度。

当雷电流经过杆塔时, 杆塔本身要消耗一部分能量, 为简化问题所见, 本文计算假定杆塔为无损分布参数线段。主干波阻抗ZTK如下估算:

式中rek为单根立柱的等值半径, Rek为立柱间的等值距离, hk、rTK、RTK、rB、rB、RB、RB意义如图2-3所示。

支柱间的等值波阻抗ZLK有下式估算:

2.3 避雷器的计算模型

本文为模拟避雷器的保护特性, 将避雷器支路等效为压控非线性电阻支路, 即压控开关k与非线性电阻Rzno的串联。如图2- (42-所9示) :

3 安装避雷器时500k V线路反击耐雷性能程序的计算结果与分析

为研究安装避雷器后500k V输电线路反击耐雷性能, 本文针对典型500k V线路杆塔, 根据前面所述的模型与计算方法, 编写了计算程序。程序用Visual Basic语言编写, 可以计算遭受雷击时无避雷器、仅一相安装避雷器、两相安装避雷器、三相各安装一支避雷器时线路的耐雷水平。

3.1 验证模型

验证所用算例采用典型的500k V线路杆塔结构参数, 档距取400m, 导线型号为4×LGJ (-24-0104/) 35, 分裂间距为450mm, 导线弧垂为12.74m, 避雷线为GJ-70的镀锌钢绞线, 弧垂为11.5m。年雷电日40d, 计算步长取, 雷电流100k A, 波速取, 波头长, 雷击点距II号杆塔20m, 半峰值时间, 杆塔尺寸见图3-5, 杆塔参数、导线和避雷线坐标如表3-1、表3-2所示。

绝缘子串绝缘强度采用XP-300绝缘子 (单片高195mm) , 其伏秒特性见表3-3, 表中时的放电电压近似为50%放电电压[7]。

本文计算采用的避雷器参数取自日本三菱公司的500k V有间隙避雷器, 其主要参数见表3-4、3-5。

注:为简单起见, 本算例导线采用单根导线

计算结果与分析见表4-1:

依照表4-1中线路耐雷水平的平均值, 杆塔冲击接地电阻取10Ω, 绝缘子建弧率为0.8, 对雷击跳闸率进行计算。

由表4-1、表4-2可以看出, 就线路型避雷器的安装方式而言, 较之无避雷器, 安装一支避雷器时线路的耐雷水平提高了20:30k A;安装两支避雷器时提高了50:60k A;A、B、C三相各安装一支避雷器时的耐雷水平提高最为显著, 提高了140k A, 雷击跳闸率也变得很小。同时, 从计算结果中可以看出, 避雷器安装位置对线路的耐雷水平也有影响。所以本文建议在实际工程中, 当安装一支避雷器时将其安装在中相;安装两支避雷器时装在两个边相。

从计算结果可以看出, 没有安装避雷器时, 500k V输电线路在杆塔冲击接地电阻较大的地区, 线路的耐雷水平都比较低, 如果杆塔冲击接地电阻大于40, 输电线路的耐雷水平在98k A以下。

由图4-1可见, 安装避雷器后, 线路耐雷水平对接地电阻的变化不再敏感。这是因为Rch直接决定了雷击杆塔塔顶电位的高低, 线路避雷器使塔顶电位与导线电位接近, 接近的精度与Rch无关。当接地电阻值增大时, 线路耐雷水平减小的趋势变缓。当接地电阻从10上升到20, 无线路避雷器时, 线路耐雷水平下降了31.2k A, 减小了20.7%;三相各安装一支避雷器时, 耐雷水平下降了27.9k A, 减小了9.7%, 当接地电阻从20上升到30, 无线路避雷器时, 耐雷水平下降了13.9k A, 减小了11.7%, 三相各安装一支避雷器时, 耐雷水平下降了13.6k A, 减小了5.2%。

从表4-4可以看出, 杆塔没有安装避雷器时, 杆塔受雷击后线路的耐雷水平随档距增大呈下降趋势但变化不大, 其原因是从避雷线流向相邻杆塔的雷电流较少引起的。安装了避雷器后, 在不同的线路档距下, 线路的耐雷水平随档距增加先减小后增大。从图4-2中可以看出, 档距对耐雷水平的影响呈波动状, 档距较小 (约200m:300m) 和较大 (500m以上) 时, 线路的耐雷水平都略有升高的趋势。分析可以发现形成这种情况的原因是因为档距较小时, 有电流通过着雷塔的避雷器传输到其下端的导线, 进而传输到相邻杆塔导线上, 这个电流会使相邻杆塔绝缘子串两端电位差减小, 所以线路具有较高的耐雷水平;随着档距的增加, 由于雷电流通过避雷线分流, 使作用在相邻杆塔绝缘子串上的电压不断增加, 从而比较容易引起绝缘子串闪络, 因此线路的耐雷水平降低;而当档距进一步增加, 作用在相邻杆塔绝缘子串上的电压受到线路波阻抗的限制, 作用电压减小, 也就相对提高了线路的耐雷水平。

4 结论

输电线路金属氧化锌避雷器己经得到较为广泛的应用, 但针对线路避雷器所进行的研究工作非常有限, 一些技术性问题仍然存在。本论文密切联系实际, 对500k V输电线路上采用线路型避雷器的可行性、可靠性、优越性进行了计算分析。

通过大量的模拟计算, 得出各种因素对安装避雷器时500k V输电线路耐雷水平的影响。结论如下:

(1) 就线路型避雷器的安装方式而言, 较之无避雷器, 安装一支避雷器时线路的耐雷水平提高了20:30k A;两支提高了50:60k A;三相各安装一支避雷器时提高了140k A。所以, 最佳的线路型避雷器安装方式是三相同时安装。

(2) 无论线路型避雷器的安装方式如何, 线路的耐雷水平基本上随着杆塔接地电阻的增加而减小。但当R超过50后, 线路反击耐雷水平的下降趋势逐渐平缓, 即此时杆塔接地电阻对耐雷水平的影响效果亦不太明显。

(3) 线路档距对耐雷水平的影响呈波动状。档距较小 (约200m:300m之间) 和较大 (约500m以上) 时, 线路的耐雷水平都略有提高的趋势。

(4) 在计算中, 输电线路的耐雷水平随着雷电流波速度选取的增大而增大。而雷电流波速度与塔材、导线和避雷线型号的选取有很大关系。所以在实际工程计算中, 应该根据具体情况而定。

(5) 雷击杆塔时通过避雷器的最大放电电流小于44k A, 避雷器吸收的最高放电能量不超过5.7k J/k V的水平。就通流容量和能量吸收能力而言, 有间隙氧化锌避雷器用于输电线路杆塔的直击雷保护是有较大裕度的。

雷电反击 第3篇

关键词：等电位连接,雷电反击,电位差

随着广大群众生活水平的不断提高, 电器设备在人们的生产与生活中被广泛应用, 然而, 电器设备通过建筑物发生雷击的事故时有发生, 不仅给人们财产造成巨大损失, 有时甚至会威胁到人们的生命安全, 所以将室内电器设备与建筑物采取等电位连接非常必要。笔者对建筑物的等电位连接进行探析, 分析等电位连接的作用, 旨在为避免雷电反击提供参考。

1 雷电反击概述

1.1 概念

当雷电击中建筑物的瞬间, 在接地网、接闪器、引下线等直击雷防雷装置上, 包括与这些防雷装置相连接的金属导体上会与大地之间存在很大的电压, 并且有雷电流通过。由于这些导体上存在分布电感, 并且接地网存在接地电阻, 这样雷电电流在泄流的过程中就会使这些导体产生一定的电位, 雷电流陡度与幅值、接地网与导体连接距离、接地网自身的电阻以及分布电感决定其电位的大小, 而没有与之相连的导体是不会产生上述这种电位的, 如果导体之间的距离达不到安全距离, 则会出现雷电反击现象。

1.2 防止方法

为防止雷电反击发生, 一般情况下要将建筑物金属体与避雷装置之间隔开一定的距离, 目的是使它们之间间隙的反击电压小于闪络电压。在正常情况下, 雷电电压的高低存在着很大范围的变化, 在采取措施使各种建筑物有效抵制雷电反击方面, 各国的要求也有所不同, 如我国与苏联在规范中对不同种类建筑物的间隙距离分别做出明确规定, 如果因为客观条件所限而无法达到规定的间隙尺寸时, 应采取金属导线与避雷引线把金属体连接起来, 使它们成为等电位连接体, 从而避免发生雷电反击。并且使房屋周围的高大树木全部留有足够距离, 避免房屋与树木间发生雷电反击。

2 等电位连接概述

2.1 概念

等电位连接是将建筑物的电器装置、金属构件等用导线连接起来, 从而使整个建筑物中的导体以电气连通状态存在。等电位连接的目的是有效减小防雷空间内各金属部件与各系统之间的电位差。建筑物的等电位连接与电器设备及用电安全关系密切。

为使建筑物变成一个良好的导体, 除了要将建筑物自身的结构钢筋互相连接外, 还要将建筑物内部及外部的电器设备、金属设备、自来水和煤气管道、接地线等进行有效的电器连接, 这样可防止建筑物由于存在电位差而引起火灾和爆炸。

2.2 类别

等电位连接一般有3种:总等电位连接、局部等电位连接与辅助等电位连接。

(1) 无论是国际还是我国明确规定电源进户处要实施“总等电位连接”。总等电位连接可作用于整个建筑物, 在一定程度上可降低或消除建筑物内部和外部金属物体产生的电位差, 减少雷击灾害的发生。①建筑物的金属结构。②公用设施中的金属管道, 如燃气、上下水、热力等管道。③进线配电箱的PE (PEN) 母排。④如有人工接地, 也包括接地极引线等。

综上所述, 建筑物的所有电源进线处都必须采用总等电位连接, 并将总等电位连接端子板也一并连接。

(2) 在触电危险大或者特别潮湿的场所还必须实行“辅助等电位连接”, 即将该场所内所有的金属构件和管道再与PE线相互联接, 从而使所有金属构建于PE线处在同一电位上, 以此来降低接触电压, 提升安全用电水平。下列情况应采用辅助等电位连接:①游泳池、浴室等潮湿的场所。②电源阻抗较大, 自动切断电源时间较长, 无法满足防电击要求的场所。

(3) 在局部范围内做多个辅助等电位连接, 通过等电位连接端子板将建筑物的金属结构、金属管道等互相连通, 即局部等电位连接。

3 等电位连接在避免雷电反击中的作用

3.1 防止电位差引起的危害

等电位连接是建筑物内部防雷的重要组成部分之一。当建筑物被雷电击中时, 因为雷电流的传输存在一定的梯度, 即垂直的相邻层金属构件电位差较大, 一般可达到10k V量级, 因此危险度比较高。如果采用等电位连接, 把建筑物每层的结构钢筋、金属构架、用电设备的金属外壳等有效地连接在一起, 使其电位相等, 没有了电位差就可以使电器设备免遭损坏。

3.2 防止静电产生的危害

静电是分布在导体、电介质表面的电荷, 其电量虽然不大, 不过一旦有雷电流窜入时, 电压会很高, 特别是易燃易爆场所, 很容易引起电击、火灾和爆炸, 如果用等电位连接的方法就可将静电电荷收集起来并泄入大地, 从而防止和消除静电产生的危害。

3.3 防止电磁干扰引起的危害

当建筑物被雷击中, 雷电流流经被击物时, 强大的电磁脉冲会使周围的金属物体产生电磁感应, 很可能造成电子系统的数据丢失甚至系统崩溃。所以计算机房的电器一般都采取良好的电器连接, 最大限度地减小电位差, 以达到防止电磁干扰的目的。

4 结语

等电位连接是电子信息系统正常工作不可缺少的电气安全措施之一, 在一些发达国家中, 该项技术早已普遍应用并积累了丰富的经验。目前, 我国对于此项技术的应用还不够成熟, 有待于应用中总结经验, 加以改进和提高。

参考文献

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[2]李宁, 胡泉, 李莹.等电位连接在现代建筑物防雷中的重要性[J].气象研究与应用, 2007 (4) :62-63.

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