《雷电危害机理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《雷电危害机理（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,雷电如何带来危害,分析思路,雷电如何带来危害？,害雷的作用机理,静电感应,电磁感应,电磁脉冲,雷电反击,直击雷危害的产生,直接雷击是指雷直接击到物体上，雷电的大部分能量由被击物体导走。,直接雷击的特点是能量大。,直击雷的破坏效应主要有有两种，即热的破坏与机械的破坏。,4,直击雷电效应,电力线路的直击雷过电压,无避雷线,有避雷线,雷击导线,雷击塔顶,绕击,雷击塔顶,雷击避雷线档距中央,电力线路受雷害的主要表现为雷击跳闸、断线等; 比较多的表现形式为雷击跳闸。,5,直击雷热效应,烧毁电气设备、烧断导线、烧伤人员、引起火灾,直击雷对输电系统的影响,雷击跳闸、断线等；比较多的表现形式为雷击跳闸,山区
2、、交通不便的地区，绝缘子闪络事故的多发区,500kV 线路, 当线路满负荷运行, 当受到雷击跳闸时, 就会造成多个220kV 及以下变电站的停电,110kV 及以上线路雷击断线的情况很少, 几乎没有,对输电线路的防雷重点应在防止雷击跳闸事故上,7,直击雷对配电系统的影响,直击雷,电磁感应,约 20%是直击雷, 而其中 50%以上直击雷的电流超过 20kA,约 80%是感应雷,其中 95%以上感应雷的放电电流小于 1000A,即便装设避雷线也会反击, 防止直击雷的作用不大。配电线路主要是防止感应雷电过电压,前提：配电系统绝缘水平低,8,直击雷对变电站二次设备的危害,交流馈线,直流馈线,通信线路,
3、电压、电流二次回路,二次设备通信中断；保护装置误动、拒动；重要数据丢失,9,直击雷对电力通信系统的危害,大部分微电子设备的绝缘强度普遍较,直击雷,感应雷,设备烧毁，电力通信网络瘫痪,防雷系统的存在，即便是在雷电多发的时期，令直击雷难以给电力通信系统的正常工作带来影响。,感应雷击与脉冲电压很容易绕过防雷接地系统,电磁脉冲 地表电位的短暂升高 感应电压,10,小 结,雷电是存在于我们日常生活的一种自然现象，但它对人类社会的危害非常之大。但只要我们学习、掌握那些看似“平常”现象背后的客观规律，提高危害性的警惕、及时做好预防和控制措施，就能趋利避害，避免不必要的伤亡和损失。,二、感应雷危害的产生,感应
4、雷危害的产生,什么是感应雷？ 雷云对地放电的主要通道没有经过被保护物，放电过程中产生的强大电磁场可以在附近的导体中感应产生电磁脉冲，称为雷电电磁感应脉冲，即感应雷。因其是由直击雷引起的，也称为二次雷。,感应雷危害的产生,感应雷的产生 配电线路的雷击中约80%是感应雷，其中95%以上感应雷的放电电流小于1000A。主要通过建筑物的电源线、网络线及数据线等线路以两种不同的方式侵入导体： （1）静电感应 （2）电磁感应,感应雷危害的产生,静电感应 带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异性电荷。当雷击发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压。这种高电压在架空
5、高压电源线上可达100kV。,图1 静电感应示意图,感应雷危害的产生,电磁感应 由于雷电流有极大的峰值和陡坡，可能在附近空间形成强大的瞬变电磁场。这种瞬变的磁场能在周围导体上感应出很高的电动势。,图2 电磁感应示意图,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,（一）雷电电磁脉冲 （狭义）雷电电磁脉冲是指从雷雨云的形成到预击穿、梯级先导、回击、箭先导、后续回击以及云内和云间闪电中的所有放电过程所发出的电磁波。 （广义）雷电电磁脉冲包含雷电流引发的过电压脉冲、云地间静电感应引发的过电压脉冲和由回击通道辐射电磁波感应出的过电压脉冲。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,1.1雷电流过电压脉冲,R为引下线导体和接地体的电阻
6、;,L为其电感；,i为雷电流;,为雷电流的陡度.,过电压脉冲沿电源线或信号线等线路传输时,就形成了过压波,称之为雷电流过电压脉冲,可高达上百千伏。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,1.2静电感应过电压,i为雷电流;,s是雷击点距导线间的距离;,h是导线对地的高度。,推算出,在高压架空线路上, 感应过电压强度为 300kV 400kV , 在一般低压架空线路上也可达 100kV , 在电信线路上可达 40kV 60kV.,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,1.3电磁感应过电压,一旦导电通道形成 ，数量巨大的电荷从云中输送到地面或从地面输送到云中,雷电流骤然上升, 陡度极大,使得回击产生的效果就像一个巨大的
7、行波天线,产生频谱从 100Hz 100MHz 的脉冲暂态电磁波,该电磁波向三维空间辐射传播.由电磁感应定律可知,处在这瞬变电磁场之中的导体会感应出巨大的暂态过电压,称之为电磁感应过电压脉冲。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,（1）由电磁感应定律可知,处在这瞬变电磁场之中的导体会感应出巨大的暂态过电压,称之为电磁感应过电压脉冲。,一个30kA 左右的中等雷在接闪过程中感应出的最大感应电势可用下式计算，,s是雷击点距导线间的距离;,为雷电流的陡度.,可以推算出,200m 处感应电压为2.5kV. 感应出的电流足以使导体局部发热。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,1.4静电雷电
8、电磁脉冲的传输与耦合,1.导线传输是雷电电磁脉冲通过电力传输线、信号传输线、地下或地上电缆线、天线馈线及各种金属长管等导体的传输； 2.辐射传输是电磁波至接收天线或起天线作用的长导体的空间传输。实际上的传输多为复合传输。,感应雷危害的产生,1) 当雷电流流经电力传输线、电缆、信号线时，因为这些引下线和接地装置都具有阻抗，所以沿传导线产生很强的阻抗耦合； 2) 带电雷云对所覆盖下各类金属导体产生的静电感应耦合； 3) 通过天线或起天线作用的长导体和环状导体对电磁能量收集、产生强大感应电势的电感耦合； 4) 当闪击发生后，所有接地体导体上电荷将重新分布，导体与大地、导体与导体之间产生电压，称之为电
9、容耦合。,感应雷危害的产生,1.4雷电电磁脉冲危害,1.雷电的破坏效应可分为直接效应和间接效应两种。 直接效应指雷击点处由直接雷击造成的破坏,包括雷电流引起的热效应、机械效应、冲击波效应等。 间接效应是指雷电电磁脉冲对电子、电气设备的干扰和损伤效应。,感应雷危害的产生,1.4雷电电磁脉冲危害,对电缆线路，高层建筑等都会有影响。 雷电电磁脉冲对电子设备的破坏形式主要有以下几种: (1) 建筑物的防雷装置接闪时,雷电流形成的浪涌传输对电子设备的破坏; (2) 静电高压脉冲沿导线传输对与之相连电子设备的破坏; (3) 雷电电流的电磁辐射空间传输对电子设备的感应破坏; (4) 由外部沿各种传输线路传来
10、的各种电磁脉冲对电子设备的间接破坏。,感应雷危害的产生,1.4雷电电磁脉冲防护,防护,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,（二）雷电反击 雷电反击是指雷电流泄放时，在诸导体上产生的高电压或电位差对其它物体产生的电击现象。 一般所指的雷电反击是指当雷电流通过接地体时,在接地体上产生电压降, 使接地点电位升高，这是由于高电位所产生的反击所致，即所谓地电位反击。 反击电位的大小主要与雷电流幅值和陡度、接地网的接地电阻、导体与接地网连接距离以及其上的分布电感有关。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,“击穿反击”VS“传导反击”,所谓“击穿反击”是指雷电流泄放时在接地体、引下线以及与之相连的诸导体上产生的高电压击穿空
11、气、土壤或其它电介质对人和物体产生的电击现象。,所谓的“传导反击”是指雷电流泄放时在流经的接地体、引下线以及与之相连的导体上形成的电位差通过等电位连接导体(包括 SPD)传导耦合到电子和电气设备的线路接口上对电子和电气设备产生的电击现象。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,由于 G1与 A点、G2与 B点等电位相连,使得G1、G2两设备的工作接地电位存在差异。此电位差相加于两设备的通信接口之间,当雷电流足够大,AB足够长时,将击坏两设备的通信接口,甚至击坏两设备的电源接口。,三、雷电电磁脉冲与雷电反击,如果接地电阻较大且接口输入阻抗较高,当雷电流足够大时,加在电子设备接口处的反击电压将击坏电子设备。
12、 接地电阻，接口阻抗，电源线路特征阻抗。,四、雷电机械伤害,1、雷电流流过金属物体时产生的电动力,图1 电流流过金属导线产生电动力示意图,四、雷电机械伤害,1、雷电流流过金属物体时产生的电动力,图2 雷电造成的电子产品破坏,四、雷电机械伤害,载有电流的一段孤立导体会受到沿半径方向向内的自压缩力。在导体表面磁场强度达到很大时，将会出现强烈的的机械扭曲。径向自压缩力也会使被雷击物体的温度上升，但导致温升的主要因素还是雷电流产生的焦耳热。雷击物体时，材料的屈服点会由于焦耳热而降低，径向自压缩力有可能超过材料的屈服点，从而使被击中物体材料发生形变，或使原本组合在一起的不同材料发生剥离、分层或脱模。,四、雷电机械伤害,四、雷电机械伤害,2、雷电流注入树木或建筑构件时在它们内部产生的内压力 被击物体内部产生内压力是雷电流机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。这种内压力是一种爆炸力，能够使雷击的树木劈裂和建筑物构建崩塌，同时产生巨大的爆炸冲击波伤害。,四、雷电机械伤害,图 4 雷电击中树木的机械破坏,四、雷电机械伤害,图 5 雷电对建筑物的破坏,谢 谢,
