可控放电避雷针说明书

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1、可控放电避雷针网电力科学研究院武汉华瑞防雷科技股份有限公司目录一、概述二、富兰克林避雷针的局限性三、可控放电避雷针的保护原理四、可控放电避雷针的保护特性五、主要电气参数六、可控放电避雷针的型号及适用范围七、安装说明八、开箱检查九、安装验收 附录一：可控放电避雷针保护范围的计算 附录二：专利证书可控放电避雷针可控放电避雷针是武汉高压研究所经长期防雷研究和大量的高压 试验而取得的最新研究成果。该针以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷，避免 强烈的下行雷闪放电危害为设计基础。通过数千次高压放电试验证实 它引发的是上行雷，具有保护可靠性能高、范围大，且不受保护物高 度影响等特点。经专家评议认

2、为：原理正确，设计思想新颖，保护性 能好，是一种有广泛应用前景的直击雷防护装置。在选用和安装前请详细阅读本说明书。二富兰克林避雷针的局限性自1749年美国人富兰克林发明避雷针（称传统避雷针）以来已有 250多年的历史，截止目前最常用的避雷方法基本上还是采用避雷针 （避雷线）。它的原理是：利用自身高度使雷云下的电场发生畸变将雷 击放电引到避雷针上。这种方式尽管简单，但存在许多缺陷。保护范围不肯定，有绕击发生大量的研究及实践证明，一根垂直避雷针无法获得一个肯定的安 全保护区。例如，1964 年7月沈阳某微波站遭到雷击，雷击点在距避 雷针顶部下面4m的地方；莫斯科537m高的电视塔，雷曾绕击塔下20

3、0m 的塔身，甚至打到离塔水平距离 150m 的地面上。事实上，对于避雷 针的保护范围并未得到科学界的公认，现行规程中的保护范围可以说 是用来决定避雷针高度与数目的工程方法，雷绕开避雷针而直接击在 被保护物上的事件是屡见不鲜的，大量运行经验表明，避雷针的绕击 率大约在 1%左右，可见使用避雷针时被保护物遭受雷击的危险性还是 很大的。有反击发生避雷针把雷引到自身的顶部后，其强大的雷电流在入地时，如果 接地电阻或引下线的阻抗过高或是避雷针对保护物之间的距离小于安 全距离时，会形成高电压，造成避雷针及引下线对保护物的反击。我 国过电压规程规定，避雷针对被保护物的空间距离S5m,避雷针对 K保护物的接

4、地装置间的地中距离S3m。实际上绝大多数现场应用是 a难以做到这点的。各种电力线、电话线、广播线、天线对避雷针及引 下线的距离过近易发生绝缘击穿而损坏；另一方面，有些装置避雷针 的接地网腐蚀严重，其电阻高达几十欧（规程要求W10Q ）,这也会造 成反击。 传统避雷针会引起感应过电压在强大的雷电流（数十千安上百千安）以极快的速度（微秒级） 沿避雷针及引下线进入地中的过程中，会在被保护物上形成感应过电 压而造成事故。当避雷针附近有一开口的金属环（如房屋的钢筋没焊好或其它原 因造成开口），在开口处会产生电磁感应过电压，使开口处产生火花放 电，造成易燃品起火，特别是油库、液化气库、火药库等起火爆炸。

5、此外，还会产生静电感应过电压。感应过电压造成的事故是很多的，如南方某炼油厂 1000m 3的半地 下式油罐，上面覆盖有 0.5m 厚的土层、设有独立避雷针保护。1975 年5月的一次雷击，造成整个油罐起火爆炸，1989 年8月山东黄岛油 库的起火据分析也是由感应雷造成的。对架空输电线路，当50m以外落 雷时，感应过电压一般可达250500kV，甚至更高，这也会造成部分输 电线路跳闸。有接触电压及跨步电压当雷击避雷针时，如果有人站在附近地面上而人接触针基或引下 线时会受到很高的接触电压，危及人身安全。由于强大的雷电流在地 中扩散时会在地面上沿半径点形成不同电位，所以附近的人（畜）两 脚会受到很高

6、的跨步电压，这对生命构成危险。例如：我国南宁郊区 雷击楼柱，二楼紧靠柱子6人皆死，楼下人距柱子2m多被击昏。为了 避免接触电压及跨步电压的危害，人畜应该离开避雷针尽可能远一点 （5m以上）。传统避雷针特别不适合保护弱电设备 随着微电子的发展和电子元器件的广泛使用，例如：计算机系统 无线及微波通讯系统、广播电视系统、电子导航系统供电控制系统、 气象雷达系统、航空航天技术由于雷暴造成这些系统的电子元器 件损坏的矛盾日益突出，人们发现，往往在经过雷暴日后，大量的电 子元器件不明不白地损坏了或造成控制设备的误动作，造成损失。由于传统避雷针在防雷中有以上种种缺陷，所以传统避雷针特别 不适宜用来保护易燃、

7、易爆品及弱电设备，也不适宜安装在高土壤电 阻率的地方。可控放电避雷针正是为克服富兰克林避雷针的以上缺点而研制开 发的新型直击雷防护装置。三 可控放电避雷针的保护原理雷云对地面物体放电不外乎以下两种方式：上行雷闪和下行雷闪。一般来说，下行雷闪时，先导自上而下发展，主放电过程发生在 地面（或地面物体）附近，所以电荷供应充分，放电过程来得迅速， 造成雷电流幅值大（平均值为30 44kA）,陡度高（ 24 40kA/ us）； 上行雷闪，一般没有自上而下的主放电，它的放电电流由不断向上发 展的先导过程产生，即使有主放电因雷云向主放电通道供应电荷困难， 所以放电电流幅值小（平均小于7kA）,且陡度低（小

8、于5kA/ u s）o上行雷闪不仅雷击电流幅值小陡度低而且不绕击。这是因为上行 雷闪先导是自下而上发展的，该先导或者直接进入雷云电荷中心，或 者拦截自雷云向下发展的先导，这样中和雷云电荷的反应在上空进行， 自雷云向下的先导就不会延伸到被保护对象上。上行雷闪还有另外一 个特点是上行先导对地面物体还具有屏蔽作用，可减轻放电时在地面 物体上的感应过电压。可控放电避雷针正是利用了上行雷闪的这些特 点，通过巧妙的结构设计，使其能可靠地引发上行雷闪放电，从而达 到中和雷云电荷，保护各类被保护对象的目的。可控放电避雷针由针头、接地引下线、接地装置构成一套保护系 统。它的针头不再是单针，而是由主针、动态环、贮

9、能装置组成（图1）根据尾部带金属线的火箭（火箭引雷试验）比高层建筑更容易引发上行雷的经验分析得出，要成功地引发上行雷，针头需达到以下要求:在引发的上行雷发生之前，针头附近的空间电荷应尽量少，以 便于自主针针尖向上发展放电脉冲。图1可控放电避雷针结构示意图当需要引发上行雷闪时，针尖处的电场强度应足够高，以迅速 产生放电脉冲。下面通过对可控放电避雷针动作过程的研究说明它满足了这两条 要求：当可控放电避雷针安装处附近的地面电场强度较低时（如雷云离 可控放电避雷针及被保护对象距离较远等情况），雷云不会对地面物体发生放电，此时可控放电避雷针针头的贮能装置处于贮存雷云电场能 量工况，由于动态环的作用，针头

10、上部部件（动态环和主针针尖）处 于电位浮动状态，与周围大气电位差小，因此几乎不发生电晕放电， 即保证了在引发发生前针头附近的空间电荷很少的要求。图2可控针启动前及启动时针头场强的变化当雷云电场上升到预示它可能发生对可控针及周围被保护物发生 雷闪时，贮能装置立即转入释能工况，这一转变使主针针尖的电场强 度不再被动态环限制，针尖电场瞬间上升数百倍，使针尖附近空气迅 速放电，形成很强的放电脉冲，因没有空间电荷的阻碍，该放电脉冲 在雷云电场作用下快速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或 进入雷云电荷中心。如果第一次脉冲引发不成上行先导，贮能装置即 又进入贮能状态，同时使第一次脉冲形成的空间电荷得以

11、消散，准备 第二次脉冲产生。如此循环总能成功地引发上行雷。四 可控放电避雷针的保护特性为了验证可控放电避雷针是否达到了设计目的，我们用正极性操作波和直流分别进行了一系列试验。图4是在等同条件下用正极性操作波放电获得的可控放电避雷针与 富兰克林避雷针的保护曲线。试验时模拟雷云电极离地面高度为8.5 m（用正操作波进行试验更切合雷闪机理：操作波波头上升缓慢，较 接近于雷电先导与针之间空气间隙上的电压变化情况。雷电放电是 以分级先导的发展方式向前推进的，用正极性操作波是为了在模拟电 极与针之间的间隙中使放电有几个先导分极）。为了严格地考核可控放电避雷针的保护性能，操作波试验时没有 附加直流电场（雷电

12、放电发展过程是，地面上方有很强的由雷云产生al=ar a2=45辞=07.4煤护轴图3可控放电避雷针与権魏雷针保护曲线比较14可控放电签雷针与富兰克林避關针的惺护角特性的静电场。该电场作用于可控放电避雷针的贮能装置，可保证针头能够 连续发出一系列脉冲，提高引发上行雷的成功率，以便使得到的结果更 严格，对于应用更安全）。由图3可知，可控放电避雷针的保护特性明显优于富兰克林避雷针 就主要参数绕击概率和保护范围而言，是令人非常满意的：可控放电避雷针有一个相当大的几乎不遭受绕击的保护区域。例 如当绕击概率不大于0.001%时（显然在这样的绕击概率下，被保护对象 遭绕击的可能性是相当相当小的）保护角度高

13、达55，相比之下富兰克 林避雷针实际上几乎没有不受绕击的区域。当被保护对象遭受绕击概率允许达到0.1%（目前规程规定的允许 值）时，可控放电避雷针的保护角达到 66 .4，而富兰克林避雷针的 保护角远远低于此值（因此，在雷电活动强的地方应用富兰克林避雷针 保护是不经济的，被保护物遭雷击的可能性也还存在，如湖北有两个电 厂的升压站就曾经遭受过绕击）。在可控放电避雷针和传统避雷针的对比试验中，在可控放电避雷针 的针头可以清楚地看到一段较长的直线部分，这说明在这里有向上发展 的先导，而在富兰克林避雷针的针头上的放电轨迹上则见不到这一明显 直线段，无数次的实验表明，可控放电避雷针就是靠产生向上放电来减

14、 少绕击和增大保护角的。从其它试验数据可进一步说明可控放电避雷针的保护性是由于创 造了产生向上放电的条件和实际上发生了向上放电所得到的结果。试验结果表明:可控放电避雷针的放电时间比富兰克林避雷针平均提前13.3口s。在模拟电场比较低时，可控放电避雷针的电晕电流比富兰克林避雷针低得多，几乎处于完全抑制状态。在模拟电场增加到能够启动可控放电避雷针时，可控放电避雷 针产生的是脉冲式电晕放电电流，其电晕电流幅值比富兰克林避雷针 大好几十倍，但电晕电流的平均值比后者小，这有利于从电晕向先导 电弧的转化。需要指出的是可控放电避雷针特别适合高压输电线路的防雷，通 过对比试验发现：可控放电避雷针的引雷能力比传

15、统避雷针强得多， 而且有较大的保护角，这样就可以降低输电线路的绕击率，另一方面 由于可控放电避雷针的主放电电流幅值小、陡度低,根据输电线路耐雷 水平的设计要求(见表1)， 35kv-500kv 的输电线路是完全可以耐受此 雷击放电电流而不会发生跳闸，也不会造成大的感应过电压。不同电压等级输电线路的耐雷水平表1额定电压，单位kv3560110154220330500线路耐雷水平I ,单位kAo20-3030-6040-859080-120140150五 主要电气参数特性(1) 针高hW 200m时，保护角65,相应地面保护半径为2.14h , 离地面高度hx处水平面保护半径为2.14 ( h一hx)。(2) 主放电电流的平均幅值小于7kA。(3) 主放电电流的陡度W5kA/ 口 s(4) 基本上消除了雷闪时产生的感应过电压。(5) 绕击概率不大于十万分之一时的保护角为55。(6) 接地电阻W 10 Q (般地区)。W30Q （在高阻区及无人区）。抗风能力不低于风速50m/s。（8）安装方便，使用期内免维护。六 可控放电避雷针的型号及适用范围表2型号使用期（年）适用范围底部安装尺寸D（mm）CFG-120220kv及以上变电站、发电