《雷电过电压的产生及弱电系统防雷技术.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《雷电过电压的产生及弱电系统防雷技术.（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、雷电过电压的产生雷电过电压的产生 及弱电系统防雷技术及弱电系统防雷技术 主主 讲：讲： 曹晓斌曹晓斌 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院 主主 要要 内内 容容 雷电的起源雷电的起源 雷电的主要参数雷电的主要参数 雷电过电压的类型雷电过电压的类型 雷电过电压的防护雷电过电压的防护 浪涌的防护浪涌的防护 1 1、雷电的、雷电的起源起源 在全球范围在全球范围内雷电发生内雷电发生的的频率很高频率很高大厦大厦，任任 何时刻大约有何时刻大约有20002000个地点遇上雷暴，个地点遇上雷暴，每秒钟就有每秒钟就有 上百次雷电上百次雷电，每天约有每天约有800800多万次雷电多万次雷电，一年中一
2、年中 平均发生平均发生3030多亿次雷电多亿次雷电，每次闪电在微秒级的瞬，每次闪电在微秒级的瞬 间释放出约间释放出约55kW.h55kW.h的能量。的能量。 森林火灾有森林火灾有5050以上因雷电引发；以上因雷电引发； 人们居住生活的建筑物屡遭雷击破坏；人们居住生活的建筑物屡遭雷击破坏； 电力、石化等工业设施常因雷击而发生电力、石化等工业设施常因雷击而发生 灾灾 难难性事故性事故。 1.1 1.1 雷云的产生雷云的产生 l l感应起电说感应起电说 l l冻结冻结起电说起电说 l l电离电离起电说起电说 l l温差起电说温差起电说 l l破碎起电说破碎起电说 l l摩擦起电说摩擦起电说 感应起电
3、说 地球是一个带电的大电容，电离层带正地球是一个带电的大电容，电离层带正 电，地壳表面带负电，带电量约为电，地壳表面带负电，带电量约为5050万万 库仑。水滴（也可能是冰晶、雹粒）在库仑。水滴（也可能是冰晶、雹粒）在 垂直大气电场中感应电荷，下端为正、垂直大气电场中感应电荷，下端为正、 上端为负上端为负 ，与大气中上升的负离子的电，与大气中上升的负离子的电 荷中和，使水滴带负电，形成雷（雨）荷中和，使水滴带负电，形成雷（雨） 云起电后的电荷分布。云起电后的电荷分布。 温差起电说 冰块中同时存在氢离子（冰块中同时存在氢离子（ H H + + ）和氢）和氢 氧根离子（氧根离子（ OH OH ），）
4、，由于冰块两端温由于冰块两端温 度不同，会产生发生离子扩散现象。氢度不同，会产生发生离子扩散现象。氢 离子质量轻，扩散快，冷端呈现带正电离子质量轻，扩散快，冷端呈现带正电 。在对流气流和重力的作用下，形成雷。在对流气流和重力的作用下，形成雷 （雨）云起电后的电荷分布（雨）云起电后的电荷分布 冻结起电说 在云层重有许多过冷水滴，当过冷水滴与在云层重有许多过冷水滴，当过冷水滴与 霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当霰粒碰撞时，会立即冻结，这叫撞冻。当 发生撞冻时，过冷水滴外部立即冻成冰壳发生撞冻时，过冷水滴外部立即冻成冰壳 ，但它的内部仍暂时保持着液态，并且由，但它的内部仍暂时保持着液态，并且由
5、于外部冻结放的潜热传到内部，其内部液于外部冻结放的潜热传到内部，其内部液 态过冷水的温度比外面的冰壳高。温度的态过冷水的温度比外面的冰壳高。温度的 差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电，差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电， 内部带上负电。内部带上负电。 1.2 1.2 雷电的种类雷电的种类 l l 闪电的类型：闪电的类型： 从闪电的从闪电的形状分类形状分类，则可分为：，则可分为： 线状闪电线状闪电 片状闪电片状闪电 带状闪电带状闪电 联珠状闪电联珠状闪电 球状闪电球状闪电 线状闪电线状闪电 片状闪电片状闪电 带状闪电带状闪电 链珠状闪电链珠状闪电 球状闪电球状闪电 从闪电的从闪电的空间位置分类空
6、间位置分类 云空闪云空闪 云际闪云际闪 云内闪云内闪 云地闪云地闪 云与大地之间的闪电简称地闪，对人类的关系 最密切，是防雷研究的主要对象 大地被雷击时，多数是负电荷从雷雨云向大地 放电，称之为负地闪；少数是正电荷从雷雨云 向大地放电，称之正地闪。 空间位置（性质）空间位置（性质） 晴天放电晴天放电 雷云闪电雷云闪电 云内闪电云内闪电 云际闪电云际闪电 云地闪电云地闪电 1.3 1.3 地闪的发展过程地闪的发展过程 流光放电流光放电 梯级下行先导梯级下行先导 上行先导上行先导 回击回击 后续闪击后续闪击 雷电通道的参数雷电通道的参数 每每级通道变化范围约级通道变化范围约3 200 3 200
7、mm 平均速度约平均速度约 1.5 1.5 10 10 7 7 cm/scm/s 间隙时间约间隙时间约 30 125 30 125 usus 每一级的推进速度约每一级的推进速度约 5 5 10 10 9 9 cm/scm/s 通道直径约通道直径约 1 10 1 10 mm 每一级的击穿方向是不确定的折线每一级的击穿方向是不确定的折线 2 2、雷电雷电的主要的主要参数参数 雷电流波形 2.1 2.1 雷电的波形雷电的波形 -40-40 -20-20 0 0 0 0 20020040040060060080080010001000ss kAkA 10010030030050050070070090
8、0900 两次雷击时间相差几百微秒两次雷击时间相差几百微秒 首次雷击首次雷击 后续雷击后续雷击 i i 10/350s10/350s 波头时间及波长 雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到 峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的波头时间波头时间【T1T1】 是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间；是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间； 波长时间波长时间【T2T2】是指从零上升到峰值，然后下降到峰值是指从零上升到峰值，然后下降到峰值 的一半的时间，又称为半峰值时间。由于在雷电流波的的一半的时间，
9、又称为半峰值时间。由于在雷电流波的 起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和 到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1T1和视和视 在波长时间在波长时间T2T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度，来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度， 一般记为一般记为T1 /T2T1 /T2，如下图所示：，如下图所示： 正极性雷电流波正极性雷电流波 形形 负极性雷电流波形负极性雷电流波形 标准波形 英英R.H.GoldeR.H.Golde雷电雷电一书的记载和近年来大量的一书的记载和近年来大量的 观测表明：观测
10、表明： 雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80-90%80-90%的雷电的雷电 流是负极性的，常见的负电流波形前沿呈拱形。流是负极性的，常见的负电流波形前沿呈拱形。 国外在圣萨尔瓦托山、纽约州府大厦、意大利和其它国外在圣萨尔瓦托山、纽约州府大厦、意大利和其它 高建筑物等观测点观测获得的电流波记录都显示出有相似高建筑物等观测点观测获得的电流波记录都显示出有相似 的拱形前沿，到达峰值雷电流的中值时间有的是的拱形前沿，到达峰值雷电流的中值时间有的是5.5s5.5s， 有的是有的是7s7s。 在在IECIEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：标准、国标中规定的雷击
11、测试波形主要有： 8/20us8/20us、10/350us10/350us（电流波）、（电流波）、10/700us10/700us以及以及 1.2/50us1.2/50us（电压波）等。（电压波）等。 标称放电电流标称放电电流 InIn 2.2 2.2 雷电流的分布概率雷电流的分布概率 IEC61024-1IEC61024-1 0 0 5 5 1010 1515 2020 2525 0-100-10 10-2010-20 20-3020-30 30-4030-40 40-5040-50 50-6050-60 60-7060-70 70-8070-80 80-9080-90 90-10090-
12、100 100-110100-110 110-120110-120 120-130120-130 130-140130-140 140-150140-150 150-160150-160 160-170160-170 170-180170-180 180-190180-190 190-200190-200 雷击幅度雷击幅度 kA,kA,正闪击和负闪击正闪击和负闪击 雷击概率雷击概率, %, % 雷暴日与雷暴小时 雷电放电涉及到气象、地形、地质等许多自然因素，有雷电放电涉及到气象、地形、地质等许多自然因素，有 一定的随机性，因而表征雷电特性的参数也带有一定的统计一定的随机性，因而表征雷电特性的参
13、数也带有一定的统计 性质。在防雷设计中，雷暴日、雷电流波形、幅值等参数是性质。在防雷设计中，雷暴日、雷电流波形、幅值等参数是 我们比较关心的几个参数。我们比较关心的几个参数。 1 1）雷暴日）雷暴日 为了表征雷电活动的频率，采用为了表征雷电活动的频率，采用 年平均雷暴日年平均雷暴日【TdTd】作作 为计算单位。为计算单位。 无论一天内听到几次雷声，只要有一次，该无论一天内听到几次雷声，只要有一次，该 天就记为一个雷暴日，一天有多次，仍记为一个雷暴日。天就记为一个雷暴日，一天有多次，仍记为一个雷暴日。 2 2）雷暴小时）雷暴小时 一年中一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一发生雷电放电
14、的小时数，在一个小时内只要有一 次雷电，即计为一个雷电次雷电，即计为一个雷电小时小时（T T h h ） 2.3 2.3 雷电活动区域的划分雷电活动区域的划分 雷电活动区域的划分 根据雷电活动的频度和雷害的严重程度，我国根根据雷电活动的频度和雷害的严重程度，我国根 据年平均雷暴日数分类：据年平均雷暴日数分类： T90T90的地区叫做强雷区的地区叫做强雷区 T40T40的地区为多雷区的地区为多雷区 15T4015T40的地区为中雷区的地区为中雷区 T15T15的地区为少雷区的地区为少雷区 海口市平均年雷暴日海口市平均年雷暴日105105天，属强雷区。天，属强雷区。 我国一些重要城市的年平均雷暴日
15、我国一些重要城市的年平均雷暴日 地地 名名 雷暴日数雷暴日数 （d/ad/a） 地地 名名 雷暴日数雷暴日数 （d/ad/a） 地地 名名 雷暴日数雷暴日数 （d/ad/a） 地地 名名 雷暴日数雷暴日数 （d/ad/a） 北京市北京市36.336.3苏州市苏州市28.128.1郑州市郑州市21.421.4 自贡市自贡市37.637.6 天津市天津市29.329.3南通市南通市35.635.6洛阳市洛阳市24.824.8 贵阳市贵阳市49.449.4 上海市上海市28.428.4徐州市徐州市29.429.4三门峡市三门峡市24.324.3 遵义市遵义市53.353.3 重庆市重庆市36.036.0杭州市杭州市37.637.6武汉市武汉市34.234.2 昆
