110kV牵引变电所防雷接地设计方案.docVIP

第1章 雷 1.1雷电 1.1.1雷击时的等值电路 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已经充电的垂直导线突然于被击物体接同来比拟，如图1.1（a）所示。图中是被击物体于大地（零地位）之间的阻抗，是先导放电通道中电荷的线密度，开关S未闭合之前相当于先导放电阶段。当先导通道到达地面或与地面目标上发出迎面先导相遇时，主放电即开始，相当于开关S合上。此时将有大量的正、负电荷沿先导通道逆向运动，并使其中来自雷云的负电贺中和，如图1.1（b）所示。与此同时，主放电电流即雷电流流过雷击点A并通过阻抗，此时A点电位u也突然升至。显然，电流的数值于先导通道的电荷密度及主放电的发展速度v有关，并且还受阻抗的影响。因为先导通道的电荷密度很难测定，主放电的发展速度也只能根据观测大体判断，唯一容易侧知的量是主放电以后（相当于S合上以后）流过阻抗的电流。因此利用雷电放电过程简化成一个数学模型，进而用到彼德逊等值电路[如图1.1(c)、(d)所示]以求得比较统一的分析方法。图1.1(c)、(d)中为主放电通道的波阻抗。和则式从雷云向地面传来的行波的电压和电流。 (a)模拟电路 （b）主放电电路 （c）主放电通道电路 （d）等值电路 图1.1 雷击放电计算模型 1.1.2雷电流 根据雷电放电的等值电路，可知流经被击物体的波阻抗为时的电流与雷电流的关系为： （1-1） 1）幅值 雷电流的幅值与气象、自然等条件等有关，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。我国现行标准推荐雷电流幅值分布的概率如下： （1-2） 我国西北地区内蒙古等雷电活动较弱，雷电流幅值较小，可按下式计算： （1-3） 2）波形 实测结果表明，雷电流的幅值、陡度、波头、波尾虽然每次不同，但都是单极性的脉冲波，电力设备的绝缘强度实验和电力系统的防雷保护设计，要求将雷电流波形等值为典型化、可用公式表达、便于计算的波形。常用的等值波形有三种，如图1.2所示。 （a） (b) (c) 图1.2 雷击主放电时的电流波形 图1.2（a）是标准冲击波，它可表示为。试中为某一固定电流值，、是两个常数，为作用时间。当被击物体的阻抗只是电阻R时，作用在R上的电压波形u于电流波形相同。双指数波形也用做冲击绝缘强度实验的标准电压波形。我过采用国际电工委员会（IEC）国际标准。 图1.2(b)为斜角平顶波，其陡度α可由给定的雷电流幅值I和波头时间决定，α=I/在防雷保护计算中，雷电流波头采用2.6μs。这样，α可取为I/2.6kA/μs. 图1.2(c)为等值余弦波，雷电流波形的波头部分，接近半弦波，其表达式为 （1-4） ω为角频率，,为波头时间（2.6）。 此时最大陡度出现波头中间，即,其值为 （1-5） 1.2冲击电流流经接地装置入地时的基本现象防雷设备 1）高度为的被保护物距离避雷针的水平最大允许距离也是避雷针在高度截面的保护半径可按下式计算： 当时 （1-6） 当时 （1-7） 式中 ─避雷针的高度； ─避雷针的有效高度，； ─考虑避雷针的高度影响的校正系数，，，时， （1-8） 2）两支等高避雷针 当两根避雷针距离不太远时，由于两根针的联合屏蔽作用，使两针中间部分的保护范围比单针时有所扩大。图1.3表示两等高避雷针的保护范围。两针外侧的保护范围按式1-1和式1-2计算。两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点O的圆弧确定。O点的高度按式1-9计算。 （1-9） 图1.3 高度为h的二等高避雷针保护范围 两针间水平面上保护范围一侧的保护范围最小处的最大保护宽度按式1-10计算。 （1-10） 3）两支不等高避雷针 其保护范围按下法确定：如图1.4两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设点3为一假想针