110kv牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)

1、高 等 教 育 自 學(xué) 考 試畢 業(yè) 論 文110kv牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)丁永杰專(zhuān) 業(yè)： 軌道交通供電 主考學(xué)校：蘭州交通大學(xué) 準(zhǔn)考證號(hào)： 指導(dǎo)教師姓名職稱(chēng)： 王云松 講師 甘肅省高等教育自學(xué)考試辦公室印制2013年 4 月 26 日供電專(zhuān)業(yè)本科論文XX專(zhuān)業(yè) 110kv牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)110kv traction substation lightning protection and grounding design丁永杰dingyongjie蘭州交通大學(xué)自考本科畢業(yè)論文摘 要變電所是電力系統(tǒng)重要組成部分，因此，它是防雷的重要保護(hù)部位。雷電具有很強(qiáng)的危害性，因此應(yīng)該重視牽引變電所雷電的

2、防護(hù)。如果變電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。變電所是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴(yán)重影響社會(huì)生產(chǎn)和人民生活。所以變電所的防雷措施必須十分可靠。變電所遭受雷擊的來(lái)源及解決方案 (1)雷擊的來(lái)源。一是雷直擊于變電所的設(shè)備上；二是架空線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。 (2)變電所對(duì)于直擊雷的保護(hù)一般采取裝設(shè)避雷針或采用沿變電所進(jìn)線段一定距離內(nèi)架設(shè)避雷線的方法解決。 (3)架空線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所，是導(dǎo)致變電所雷害的主要原因，若不

3、采取防護(hù)措施，勢(shì)必造成變電所電氣設(shè)備絕緣損壞，引發(fā)事故。在變電所內(nèi)裝設(shè)避雷器的目的在于限制入侵雷電波的幅值，使電氣設(shè)備的過(guò)電壓不致于超過(guò)其沖擊耐壓值。而變電所的進(jìn)線段上裝設(shè)保護(hù)段的主要目的，在于限制流經(jīng)避雷器的雷電流幅值及入侵雷電波的陡度。（4）變電所裝設(shè)避雷針的原則 所有被保護(hù)設(shè)備均應(yīng)處于避雷針(線)的保護(hù)范圍之內(nèi)，以免遭受雷擊。 當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，避雷針對(duì)地面的電位可能很高，如它們與被保護(hù)電氣設(shè)備之間的絕緣距離不夠，就有可能在避雷針遭受雷擊后，使避雷針與被保護(hù)設(shè)備之間發(fā)生放電現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫反擊。此時(shí)避雷針仍能將雷電波的高電位加至被保護(hù)的電氣設(shè)備上，造成事故。不發(fā)生反擊事故的避雷針與電氣設(shè)備

4、之間的距離稱(chēng)為避雷針與電氣設(shè)備之間防雷最小距離。（5）雷擊避雷針時(shí)，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，為了防止避雷針與被保護(hù)設(shè)備或構(gòu)架之間的空氣間隙被擊穿而造成反擊事故，空氣間隙必須大于最小安全凈距。 為了防止避雷針接地裝置與被保護(hù)設(shè)備或構(gòu)架之間在土壤中的間隙被擊穿而造成反擊事故，空氣間隙必須大于最小安全凈距。（6）對(duì)于35kV及以下的變電所，因其絕緣水平較低，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110kV以上的變電所，由于此類(lèi)電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高，可以將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上，因而雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。裝設(shè)避雷針的配電構(gòu)架，應(yīng)裝設(shè)

5、輔助接地裝置，該接地裝置與變電所接地網(wǎng)的連接點(diǎn)，距主變壓器的接地裝置與變電所的接地網(wǎng)的連接點(diǎn)的電氣距離不應(yīng)小于15m。其作用是使雷擊避雷器時(shí)，在避雷器接地裝置上產(chǎn)生的高電位，沿接地網(wǎng)向變壓器接地點(diǎn)傳播的過(guò)程中逐漸衰減，使侵入的雷電波在達(dá)到變壓器接地點(diǎn)時(shí)，不會(huì)造成變壓器的反擊事故。由于變壓器的絕緣較弱，同時(shí)變壓器又是變電所的重要設(shè)備，故不應(yīng)在變壓器的門(mén)型構(gòu)架上裝設(shè)避雷針。 由于變電所的配電裝置至變電所出線的第一桿塔之間的距離可能比較大，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)。由于避雷線兩端的分流作用，當(dāng)雷擊時(shí)，要比避雷針引起的電位升高小一些。因此，110

6、kV及以上的配電裝置，可將線路避雷線引接至出線門(mén)型構(gòu)架上，但土壤電阻率大于1000m的地區(qū)，應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。對(duì)于3560kV配電裝置，土壤電阻率不大于500m的地區(qū)，允許將線路的避雷線引接至出線門(mén)型構(gòu)架上，但應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。當(dāng)土壤電阻率大于500m時(shí)，避雷線應(yīng)終止于線路終端桿塔，進(jìn)變電所一檔線路保護(hù)可用避雷針保護(hù)。牽引變壓器的設(shè)計(jì)主要包括變壓器的容量計(jì)算和技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)，設(shè)計(jì)必須符合高（低）壓側(cè)主接線的設(shè)計(jì)要求。絕緣設(shè)備的檢驗(yàn)主要是關(guān)于電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性、開(kāi)關(guān)設(shè)備的選型和校驗(yàn)，以及對(duì)室內(nèi)外母線，各個(gè)支持絕緣子和穿墻套管，電壓、電流互感器的選型和校驗(yàn)。另一部分主要內(nèi)容是對(duì)牽引變電

7、所的防雷接地設(shè)計(jì)，包括避雷針、避雷線、避雷器以及接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。牽引變壓器的設(shè)計(jì)主要包括變壓器的容量計(jì)算和技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)，設(shè)計(jì)必須符合高（低）壓側(cè)主接線的設(shè)計(jì)要求。絕緣設(shè)備的檢驗(yàn)主要是關(guān)于電氣設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性、開(kāi)關(guān)設(shè)備的選型和校驗(yàn)，以及對(duì)室內(nèi)外母線，各個(gè)支持絕緣子和穿墻套管，電壓、電流互感器的選型和校驗(yàn)。另一部分主要內(nèi)容是對(duì)牽引變電所的防雷接地設(shè)計(jì)，包括避雷針、避雷線、避雷器以及接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文講述了雷電、雷電壓和雷電流的形成過(guò)程，并給出了雷電參數(shù)，闡述了防雷裝置如避雷針、避雷器的防雷原理以及保護(hù)范圍，給出了直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)方案，介紹了目前我國(guó)牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)中常用的幾種措

8、施，如：合理選擇牽引變電所修建的地理位置，架設(shè)避雷針、敷設(shè)接地網(wǎng)，在進(jìn)線段裝設(shè)避雷器，同時(shí)對(duì)幾種防雷措施進(jìn)行了深入的論述和定量的計(jì)算分析?；诔Ｓ玫姆览捉拥氐脑O(shè)計(jì)方法，對(duì)110kv牽引變電所進(jìn)行了詳細(xì)的防雷接地設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，結(jié)合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀，綜合考慮了氣候、地形、環(huán)境等多種因素，給出了較好的防雷接地保護(hù)方案。通過(guò)對(duì)牽引變電所的防雷接地設(shè)計(jì)，全面剖析了電力系統(tǒng)中如何讓提高牽引變電所的防雷水平，從而有效地降低牽引變電所的雷擊事故，減少雷電對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。關(guān)鍵詞：牽引變電所；防雷接地；雷電放電；雷電流論文類(lèi)型：應(yīng)用研究AbstractThe lightning has very strong ha

9、rmfulnesss we should pay attention to drawing the shelter of the lightning of transformer substation.Substation power system is important to the mine facilities, if lightning accident occurred, causing widespread power outages, and seriously affect the social production and peoples life .Therefore a

10、sked the substation lightning protection measures must be very reliable. Substation lightning source and solution method. (1) Lighting source. Direct lightning stroke to substation equipment; two is the overhead line lightning induced overvoltage and lightning over.voltage lightning wave intrusion f

11、ormed along the line of substation.(2)substation lightning protection for generally taken with a lightning rod or a substation incoming line within a certain distance of the lightning line method to solve erection.(3)the overhead line lightning induced overvoltage and lightning over.voltage lightnin

12、g wave intrusion formed along the transmission line substation, is the leading cause of substation lightning is the main reason ,if do not take protective measures, is bound to cause the substation electrical equipment insulation damage, cause an accident, In transformer substation arrester installe

13、d aims to limit intrusion of lightning wave amplitude, so that the electrical equipment of the over voltage not to exceed its impulse withstand voltage value. While the substation incoming lines installed protection section of the main purpose is to restrict the flow through the surge arrester, ligh

14、tning current amplitude and intrusion of lightning wave steepness. (4) Substation with a lightning rod principle all the protected equipment shall be kept in a lightning rod (wire) within the scope of protection, to avoid being struck by lightning. When the lightning arrester, lightning rod on groun

15、d potentials can be very high, as they and the protected electrical equipment struck by lightning, the lightning rod and protected equipment occurred between the discharge phenomenons, thisphenomenon is called back. The lightning arrester can still be lightning wave high potentials to the protected

16、electrical apparatus, causing the accident. No impact accidents lightning minimum distance between the electrical equipment.(5)lightning arrester, lightning current flowing through the lightning conductor and earthling device in order to prevent the lightning rod and the equipment being protected or

17、 framework of the air gap between the breakdown was caused by impact accident, air gap must be greater than the minimum distance of An Quanjing.In order to prevent lightning grounding device and the equipment being protected or between frames in soil of the gap breakdown caused by impact accident, a

18、ir gap must be greater than the minimum distance of An Quanjing.(6)for 35kv and below the power substation, because of its low insulation level, must be arranged independently of the lightning rod, and meet the requirements not counterattack.For more than 110kv substation, such as voltage grade powe

19、r distribution device insulation level is higher, can be directly installed on the distribution of lightning rod device structure, and lightning arrester of the resulting high potential does not cause electrical equipment against accidents. With a lightning rod for distribution frame, should install

20、 auxiliary grounding device, the grounding device of substation grounding grid connection point, away from the main transformer grounding device of substation grounding grid connection point electric distance shall not be less than 15m. Its role is to enable the lightning arrester, the arrester grou

21、nding device has high potential, along the grounding transformer ground to spread gradually in the process of decay, which penetrated the lightning in the transformer grounding, does not cause transformer strike accident. Due to the insulation of the transformer is weaker, at the same time the trans

22、former is the important equipment of substation, it should not be in the transformer type door frame is provided with a lightning arrester. As a result of substation power distribution device to substation outlet of the first tower distance may be relatively large, such as allowing the tower lightni

23、ng conductor of the lead to the substation framework; the conductor will be protected, than with lightning protection economy. The lightning lines at both ends of the shunt effect, when lightning strikes, than lightning induced potential rise of some small. Therefore, 110kV and above power distribut

24、ion device, lightning arrester line can be guided and connected to the outlet door type frame, but the soil resistivity greater than 1000 ohm m area, should be installed with a centralized grounding device. In 35 60kV soil resistivity distribution device, not more than 500 ohms m area, allowing the

25、line lightning wire guided and connected to the outlet door type frame, but should be installed with a centralized grounding device. When the soil resistivity greater than 500 ohm m, lightning conductors shall be terminated in line terminal tower, into a line of substation protection available for l

26、ightning rod protection. Traction transformer design mainly includes the transformer capacity calculation and testing indicators the design must accord with high (low) pressure side main wiring design requirements. Insulation equipment inspection is mainly about electrical equipment dynamic stabilit

27、y, thermal stability, switching equipment selection and validation, as well as indoor and outdoor bus, each support insulator and bushing current transformer, voltage, the selection and validation. Another part is the main content of the traction substation lightning protection and grounding design,

28、 including lightning, lightning, lightning arrester and the design of grounding system. Traction transformer design mainly includes the transformer capacity calculation and testing indicators; the design must accord with high (low) pressure side main wiring design requirements. Insulation equipment

29、inspection is mainly about electrical equipment dynamic stability, thermal stability, switching equipment selection and validation, as well as indoor and outdoor bus, each support insulator and bushing current transformer, voltage, the selection and validation .Another part is the main content of th

30、e traction substation lightning protection and grounding design, including lightning, lightning, lightning arrester and the design of grounding system. The traction transformer design includes transformer capacity computing and technology indicators testing, design must meet the high (low) pressure

31、side of the main connection of the design requirements. Insulation test equipment for electrical equipment mainly on the dynamic stability, thermal stability, switching equipment selection and validation, as well as indoor and outdoor bus, each supporting insulators and wall bushings, voltage, curre

32、nt transformer selection and check. Another part of the main content is the design of substation grounding lightning protection, including lightning, grounding wire, surge arresters and grounding system design.This text describes the lightning, thunder and lightning current voltage forming process,

33、and gives the lightning parameter, elaborated the lightning protection device, such as a lightning rod arrester lightning protection principle and the scope of protection, gives the thunder and lightning induction protection scheme, introduced at present our country traction substation lightning pro

34、tection and grounding design commonly used in several measures, such as: rational selection of traction substation building location, set lightning rod, laying grounding grid, into the line arrester installed, at the same time to several protection measures were discussed and the quantitative calcul

35、ation and analysis. Based on the commonly used in lightning protection and grounding design method, the 110kV traction substation are discussed in detail the design of lightning protection grounding. In the design, combined with the local situation, considering terrain, climate, environment and othe

36、r factors, has given the good grounding for lightning protection scheme. Based on the traction substation lightning protection and grounding design, comprehensive analysis of power system how to improve traction substation lightning protection level, thereby effectively reducing traction substation

37、lightning accident, reduce lightning influence on safe operation of power grid.Key words: traction substation; lightning protection; lightning currentType of thesis: Application Research- V -蘭州交通大學(xué)自考本科畢業(yè)論文目錄摘要I引言1一 雷21 雷電21.1 雷電的形成21.2 雷電的放電21.3 雷電放電過(guò)程21.3.1先導(dǎo)過(guò)程21.3.2主放電過(guò)程31.4雷電的危害31.5 雷電的防護(hù)32 雷電參數(shù)及

38、防雷裝置42.1雷電參數(shù)62.1.1雷擊時(shí)的等值電路62.1.2 雷電流72.1.3 雷暴日與雷暴小時(shí)92.1.4地面落雷密度103 防雷設(shè)備103.1保護(hù)原理103.2 保護(hù)范圍10二 避雷器151 避雷器的分類(lèi)及比較162閥式避雷器電氣特性的基本參數(shù)193 金屬氧化物避雷器電氣特性參數(shù)204 避雷針和避雷線215.防雷接地的概述215.1防雷接地的發(fā)展概況215.2 接地與防雷接地22三 沖擊電流流經(jīng)接地裝置入地時(shí)的基本現(xiàn)象221土壤中的電位分布222 土壤中的電場(chǎng)強(qiáng)度233 接地裝置的電感效應(yīng)及利用率234 防雷接地裝置的形成及其電阻的算法245.牽引變電所防雷接地的必要性26四 110

39、KV牽引變電所防雷保護(hù)和接地設(shè)計(jì)271直擊雷保護(hù)272雷電侵入波保護(hù)282.1保護(hù)措施282.2 避雷器的設(shè)置292. 3 變電站的保護(hù)293 110kv高壓輸電線路的防雷保護(hù)303.1 雷電對(duì)輸電線路的危害303.2 線路雷擊跳閘的兩種主要表現(xiàn)形式303.3 線路雷擊跳閘分析 303.4有避雷線的線路雷擊跳閘率的確定323.5 有避雷線線路的雷擊跳閘率324 牽引變電所進(jìn)線段的保護(hù)335.牽引變電所內(nèi)變壓器的防雷接地保護(hù)365.1 雙繞組變壓器的防雷保護(hù)365.2 三繞組變壓器的防雷保護(hù)365.3 自藕變壓器的防雷保護(hù) 375.4變壓器中性點(diǎn)的防雷保護(hù)38結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)42附 錄4

40、3附 錄 2.2 110kv變電站用氧化鋅避雷器電氣特性43引 言電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的先行工業(yè)，它是一種將煤、石油、天然氣、水能、核能、風(fēng)能等一次能源轉(zhuǎn)換成電能這個(gè)二次能源的工業(yè)，它為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其他各部門(mén)快速、穩(wěn)定發(fā)展提供足夠的動(dòng)力，其發(fā)展水平是反映國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。這就要求變電所的一次部分經(jīng)濟(jì)合理，二次部分安全可靠，只有這樣變電所才能正常的運(yùn)行工作，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。雷電(Lightning)是一種大氣自然現(xiàn)象，對(duì)人類(lèi)社會(huì)而言，雷電有時(shí)也會(huì)造成自然災(zāi)害。隨著社會(huì)的發(fā)展，雷電給社造成的危害越來(lái)越嚴(yán)

41、重，同時(shí)雷電防護(hù)(Lightning Protection)科學(xué)技術(shù)也在人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然、抵御自然災(zāi)害的過(guò)程中不斷發(fā)展。全球任何時(shí)刻大約有2000個(gè)地點(diǎn)遏上雷暴，平均每天約發(fā)生800萬(wàn)次閃電，每次閃電在微秒級(jí)的瞬間釋放出約55kW.h的能量。我們生存的環(huán)境既被動(dòng)地接受自然災(zāi)害的侵襲，又能動(dòng)地為災(zāi)害的形成和發(fā)展提供條件。從久遠(yuǎn)的過(guò)去開(kāi)始，雷電就對(duì)人類(lèi)、人類(lèi)賴(lài)以生存的自然資源和人類(lèi)創(chuàng)造的物質(zhì)文明構(gòu)成巨大的威脅，例如，森林火災(zāi)有50以上因雷電引發(fā)；人們居住生活的建筑物屢遭雷擊破壞；電力、石化等工業(yè)設(shè)施常因雷擊而發(fā)生災(zāi)難性事故。不難看出，雷電災(zāi)害的范圍隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而擴(kuò)大，其表現(xiàn)形式隨其范圍擴(kuò)大而復(fù)雜。伴

42、隨電力系統(tǒng)中所用電氣元件產(chǎn)品諸如斷路器、繼電器、隔離開(kāi)關(guān)等性能指標(biāo)的提高，變電站的功能也會(huì)越來(lái)越完善，可靠性也會(huì)得到很大的提高。因此，提高變電所防雷保護(hù)科技水平勢(shì)在必行。一、雷1、雷電1.1 雷電的形成雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象，在某種大氣和大地條件下，潮濕的熱氣流進(jìn)入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的雷云底部大多數(shù)帶負(fù)電，它在地面上感應(yīng)出大量的正電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電，形成雷電。按其發(fā)展方向可分為下行雷和上行雷。下行雷是在雷云產(chǎn)生并向大地發(fā)展的，上行雷是接地物

43、體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)起的。主放電時(shí)電流可達(dá)數(shù)千安，最大可達(dá) 200 300kA。余輝,雷云中剩下的電荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱(chēng)為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá) 0.03 0.15 s。1.2 雷電放電雷電放電是由帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象。一般認(rèn)為雷云是在某種大氣和大地條件下，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。強(qiáng)烈的上升氣流穿過(guò)云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負(fù)電，被風(fēng)吹得較高，形成大塊的帶負(fù)電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些帶正電的區(qū)域。雷云的底部大多數(shù)是帶負(fù)電，它在地面上會(huì)感應(yīng)出大量的正電荷。這樣，在帶有大

44、量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或者雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)幾兆伏甚至幾十兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，一旦空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電。大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，對(duì)地面上的設(shè)備和建筑沒(méi)有什么直接影響。雷云對(duì)地的放電雖占少數(shù)，但危害是十分嚴(yán)重的，是造成雷電事故的主要因素。要避免產(chǎn)生雷電事故，就必須對(duì)雷電的放電過(guò)程、活動(dòng)規(guī)律和雷電參數(shù)加以研究。1.3 雷電放電過(guò)程按雷電發(fā)展的方向可區(qū)別為下行雷和上行雷兩種。下行雷是在雷云產(chǎn)生并向大地發(fā)展的，上行雷是由接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)展的。雷電的極性是按照從雷云流人大地

45、的電荷的符號(hào)決定的。實(shí)測(cè)表明，不論地質(zhì)情況如何，90左右是負(fù)極性雷。正極性雷和上行雷出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較少，下面介紹最常見(jiàn)的下行負(fù)極性雷放電的特性。1.3.1、先導(dǎo)過(guò)程 雷云對(duì)大地的放電通常包括若干重復(fù)的放電過(guò)程，每次放電都由先導(dǎo)放電和主放電組成。圖61(a)是由高速旋轉(zhuǎn)的照相機(jī)攝下的負(fù)雷云對(duì)地放電的典型照片。 如圖6l(a)所示，第一次從雷云向大地發(fā)展的先導(dǎo)有逐級(jí)跳躍發(fā)展的性質(zhì)，叫梯級(jí)先導(dǎo)。每一級(jí)的長(zhǎng)度為10一200m，平均50m，梯級(jí)間的間歇時(shí)間為10100s，平均50s，第一先導(dǎo)的傳播速度為(18)XlO5ms，即約為光速的l1000左右。先導(dǎo)通道具有良好的導(dǎo)電性，因此帶有與雷云同極性的負(fù)電荷。

46、雷云與先導(dǎo)的電荷在大地上感應(yīng)出異號(hào)的正電荷，當(dāng)電荷積累到一定程度時(shí)還會(huì)出現(xiàn)自下向上發(fā)展的逆先導(dǎo)。1.32 主放電過(guò)程 當(dāng)先導(dǎo)發(fā)展到接近地面時(shí)，就在通道端部出現(xiàn)高場(chǎng)強(qiáng)，使空氣強(qiáng)烈游離而產(chǎn)生高密度的等離子區(qū)。此區(qū)域沿先導(dǎo)通道自下而上迅速傳播，形成一條高電導(dǎo)率的等離子體通道。使先導(dǎo)通道以及雷云中的電荷與大地的電荷相中和(需要注意的是，這里所說(shuō)的“中和”并不一定指正、負(fù)離子復(fù)合，只要在每個(gè)很小的空間內(nèi)，異號(hào)離子的濃度相同，就可以說(shuō)是中和了)。這個(gè)過(guò)程就是主放電過(guò)程。主放電發(fā)展的速度比先導(dǎo)發(fā)展速度快得多，達(dá)到15X107一15X108ms(12012的光速)。1.4 雷電的危害 雷電是自然界存在的物理現(xiàn)

47、象，打雷是指帶正負(fù)電荷的雷云之間或是帶電荷的雷云對(duì)大地快速放電而產(chǎn)生的聲和光。雷云之間正負(fù)電荷放電現(xiàn)象，就是我們平時(shí)看到天空閃光和隨之而來(lái)的巨大隆隆聲。天空打雷對(duì)現(xiàn)代微電子的電氣設(shè)備有傷害，但對(duì)自然界生物和凈化空氣十分有好處。但是天空中帶電荷的雷云對(duì)大地放電。這種強(qiáng)烈直擊雷，不僅產(chǎn)生刺眼閃光和巨大雷聲，而且打雷所產(chǎn)生的強(qiáng)大雷電流(幾十KA幾百KA)、熾熱高溫(600010000)。猛烈沖擊波，對(duì)打雷附近的人畜生命安全造成嚴(yán)重威脅，使建筑房屋損壞，森林著火，石油、電力、氣象、通信、航空航天建筑設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。沿著雷電流流動(dòng)方向，使周?chē)鷶?shù)公里空間造成強(qiáng)大劇變電磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)和強(qiáng)烈電磁輻射等物理效應(yīng)

48、。把感應(yīng)出來(lái)雷電壓、雷電流通過(guò)供電線路、信號(hào)線路和各種金屬管線傳到各家各戶造成人員傷亡，特別對(duì)微電子設(shè)備(計(jì)算機(jī)、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等)造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失，打雷是年年重復(fù)發(fā)生的自然現(xiàn)象，根據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)資料報(bào)告，全球每年因雷電災(zāi)害造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。我國(guó)每年因雷擊造成傷亡人員達(dá)一萬(wàn)多人，造成的各種經(jīng)濟(jì)損失也達(dá)數(shù)億人民幣。1.5 雷電的防護(hù)雷電災(zāi)害年年有，我們?nèi)祟?lèi)對(duì)雷電防護(hù)認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)也是逐年提高。200多年前，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(fā)明了避雷針(實(shí)際上是引雷針，使雷電沿引雷針引入地下)，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)雷電防護(hù)新紀(jì)元。由避雷針、避雷帶、引下線、接地網(wǎng)構(gòu)成了建筑防雷措施，大大減少了建

49、筑物因雷擊造成的損失。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新型電子設(shè)備廣泛應(yīng)用，雷電流引起的感應(yīng)雷擊已成為電子時(shí)代的一大公害，上面提到全球每年因雷擊造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億美元，電子設(shè)備損壞占絕大部分。因此，我國(guó)上世紀(jì)90年代就頒發(fā)了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)通信、電力、廣播電視、石油和鐵路等電子產(chǎn)品密集部門(mén)，根據(jù)國(guó)家防雷規(guī)范，結(jié)合自身情況又制定出更加具體的行業(yè)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和要求。1999年我國(guó)又頒布中華人民共和國(guó)氣象法，要求各級(jí)氣象主管機(jī)構(gòu)要統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)全國(guó)對(duì)雷電災(zāi)害防御工作的組織管理?，F(xiàn)代防雷技術(shù)原則是全方位防護(hù)，綜合治理。把防雷減災(zāi)工程看作是一個(gè)系統(tǒng)工程。不但建筑物樓房要做好防雷電的直

50、接雷擊，而且還要在供電線路、通信線路上做好防護(hù)，防止由雷電引起感應(yīng)雷對(duì)我們各種各樣電子設(shè)備(計(jì)算機(jī)、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等)損壞。這方面防護(hù)首先盡可能將供電線路、通信線路由明線改為埋地電纜。由地下引到各樓內(nèi)。其次，再在供電線路、信號(hào)線路上加裝防雷器件，防止雷電流電磁感應(yīng)而引起感應(yīng)雷通過(guò)電源線、信號(hào)線傳入電子設(shè)備，把電子設(shè)備損壞。第三，將建筑防雷地，供電交流接地，電氣設(shè)備安全保護(hù)地和通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地(也稱(chēng)邏輯接地)組成聯(lián)合接地系統(tǒng)。雷擊時(shí)，使和電子設(shè)備相連接的地都處在同一電位(消除地的電位差)。所有電氣設(shè)備都應(yīng)使用有安全保護(hù)地電源插座(若電源插座帶有防過(guò)電壓裝置更好)。在防雷問(wèn)題上我們大

51、家都要按照國(guó)家和行業(yè)規(guī)范去做，就可以確保建筑樓房、電子設(shè)備、人員的安全。另外，應(yīng)大力宣傳雷電防護(hù)知識(shí)，增強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí)。打雷時(shí)，不在室外打手機(jī)，不要靠近高大建筑物，不在大樹(shù)下避雨，不在公園靠近建筑物的防雷針、引下線旁坐著休息，就可以免除雷電對(duì)我們?cè)斐傻囊馔鈧?。雷電放電是由雷云引起的放電現(xiàn)象。所謂雷云是指帶有電荷的云，云是如何帶點(diǎn)的呢？地面的水分在太陽(yáng)的照射下受熱化為水蒸汽，形成上升的熱氣流。由于太陽(yáng)不能直接使空氣變熱，所以空氣每上升1km，溫度就下降10。熱氣流上升到一定的高度后，因溫度降低是水蒸氣凝結(jié)成水滴，在足夠冷的高空，水滴會(huì)進(jìn)一步冷卻成冰晶。水滴和冰晶因其復(fù)雜的電荷分離過(guò)程及強(qiáng)烈氣流

52、的作用更使會(huì)形成帶電的雷云。2 雷電參數(shù)及防雷裝置雷電起源于云中水氣的起點(diǎn)和同極性電荷的積累，帶電的云塊稱(chēng)為雷云，雷云是產(chǎn)生雷電的先決條件。所謂雷云是指帶有電荷的云，云是如何帶電的呢？地面的水分在太陽(yáng)的照射下受熱化為水蒸氣，形成上升的熱氣流。由于太陽(yáng)幾乎不能直接使空氣變熱，所以空氣每上升1km，溫度約下降10。熱氣流上升到一定的高度后，因溫度降低使水蒸氣凝結(jié)成水滴，在足夠冷的高空，水滴會(huì)進(jìn)一步冷卻成冰晶。水滴和冰晶因其復(fù)雜的電荷分離過(guò)程及強(qiáng)烈氣流的作用便會(huì)形成帶電的雷云。關(guān)于雷云帶電的機(jī)理有很多種解釋?zhuān)两袢詿o(wú)統(tǒng)一變化。比較有代表性的理論主要有凍結(jié)起電、水滴分裂起電等。前者認(rèn)為，水滴凍結(jié)時(shí)首

53、先從表面開(kāi)始，表面形成冰殼后，內(nèi)部在溫差的作用下，水中的正離子移向水滴的表面層而使其帶正電，留在水滴中心部分的則為負(fù)離子。當(dāng)水滴的中心部分也結(jié)冰時(shí)，因結(jié)冰時(shí)的膨脹會(huì)使早先已結(jié)冰的表層破裂，帶正電的碎片被氣流帶到云的上部，帶負(fù)電的核心部分則留在云的中、下部。水滴分裂理論認(rèn)為，強(qiáng)氣流使云中水滴吹裂時(shí)，較大的水滴帶正電，而較小的水滴帶負(fù)電，小水滴同時(shí)被氣流所攜走。雷電的帶電過(guò)程也可能是綜合性的。實(shí)測(cè)表明，在510km的高度主要是正電荷的云層，在15km高度主要是負(fù)電荷的云層，但在云的底部也往往有一塊不大區(qū)域的正點(diǎn)荷聚集。雷云中的電荷一般不是在云中均勻分布的，而是形成多個(gè)電荷密集區(qū)。雷電放電可能是在云

54、中兩塊異性的雷云尖發(fā)生，稱(chēng)之為云中放電。也可能是雷云對(duì)大地間放電，稱(chēng)之為云.地放電。這里主要介紹雷云雷云對(duì)地的放電，它是造成雷害的主要因素。從本質(zhì)上講雷電放電是一種超常間隙的火花放電，許多方面與金屬電極間的長(zhǎng)空氣間隙的放電是相似的，但雷云的物理性質(zhì)畢竟與金屬電極不同，雷電放電有其自身的特點(diǎn)，例如雷電放電可自上而下發(fā)展（稱(chēng)為下行雷），也可自下而上發(fā)展（稱(chēng)為上行雷），主放電結(jié)束后有余光放電，放電還可能具有重復(fù)性等。雷云對(duì)地的放電通常包含若干次重復(fù)的放電過(guò)程，每次放電一般都由先導(dǎo)放電、主放電和余光放電三個(gè)主要階段組成。第一次從雷云向大地發(fā)展的先導(dǎo)不是連續(xù)向下發(fā)展的，而是逐級(jí)向下推進(jìn)的，其平均發(fā)展速度

55、較慢，相應(yīng)的電流也較?。〝?shù)十至數(shù)百安）。先導(dǎo)通道導(dǎo)電性能良好，因此帶有與雷云同極性的多余電荷。雷云與先導(dǎo)在地面上感應(yīng)出異號(hào)電荷。當(dāng)先導(dǎo)接近地面時(shí)，會(huì)從地面較突出的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。當(dāng)迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇時(shí)便開(kāi)始主放電過(guò)程，出現(xiàn)極大的電流（數(shù)十至數(shù)百千安），并伴隨著雷鳴和閃光。主放電存在的時(shí)間極短，約50100us，速度要比先導(dǎo)的發(fā)展速度快得多。主放電過(guò)程是逆著負(fù)先導(dǎo)的通道由下向上發(fā)展的，主放電到達(dá)云端時(shí)主放電過(guò)程就結(jié)束了，然后云中的殘余電荷經(jīng)過(guò)主放電通道繼續(xù)流向大地，稱(chēng)為余光放電。余光放電對(duì)應(yīng)的電流不大（約數(shù)百安），但持續(xù)的時(shí)間卻較長(zhǎng)（0.030.15s）。雷電放電的重復(fù)性可能是因?yàn)樵?/p>

56、中存在多個(gè)電荷密集中心。第一個(gè)電荷密積中心完成上述放電過(guò)程之后，可能會(huì)引起其他的電荷密積中心放電。第二次及以后的放電通常沿第一次放電的通道進(jìn)行，由于該通道在下一次放電前沒(méi)有充分去游離，所以第二次及以后的放電中先導(dǎo)是連續(xù)發(fā)展的。第二次及以后的主放電電流一般較小，但電流的上升速度要比第一次的大。以上為負(fù)云雷下行雷的放電發(fā)展過(guò)程。正云雷下行雷的放電過(guò)程與此基本相同，但下行正先導(dǎo)的逐級(jí)發(fā)展不明顯。雷電的極性是指自雷云下行到大地的電荷極性。由于雷云的下部主要是負(fù)電荷的密積區(qū)，故絕大多數(shù)（90%左右）的雷擊是負(fù)極性的。雷云電荷向下發(fā)展而形成的雷電放電稱(chēng)為下行雷，下面以下行雷為例來(lái)分析雷電放電3的三個(gè)階段。

57、1)先導(dǎo)放電階段雷云對(duì)大地有靜電感應(yīng)，在雷云電場(chǎng)下，大地感應(yīng)出異種電荷，兩者形成一個(gè)特殊的大電容器，隨著雷云中電荷的逐步積累，空間的電場(chǎng)強(qiáng)度不斷增大。當(dāng)雷云中電荷密集處的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)（2530kV/cm）時(shí)，就產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞游離，形成指向大地的一段導(dǎo)電通道，稱(chēng)為雷電先導(dǎo)。先導(dǎo)放電不是連續(xù)向下發(fā)展的，而是一段接著一段地向前推進(jìn)。2)主放電階段當(dāng)下行先導(dǎo)接近地面時(shí)，會(huì)從地面較突出的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。當(dāng)迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇時(shí)，便產(chǎn)生強(qiáng)烈的“中和”過(guò)程，引起極大的電流，這就是雷電的主放電階段，伴隨出現(xiàn)閃電和雷鳴現(xiàn)象。主放電階段的特點(diǎn)是：（1） 主放電存在的時(shí)間極短，約為50100s。（2） 電流極大，可達(dá)數(shù)十乃至數(shù)百千安。3)余光放電階段主放電到達(dá)云端就結(jié)束了，然后云中殘余電荷經(jīng)主放電通道流下來(lái)，