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低压系统的防雷和过压防护

低压系统的防雷和过压防护

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  我们也可导出雷击时电缆屏蔽层两端都接地情况下的反击过电压,见图4

 
  反击过电压,是指雷击时设备的接地点电位升高,使设备的接地外壳与设备的导电部分之间产生可能使设备损坏的高电压。
  图4表示雷击在a处时,建筑物b处的设备负载Zb上的反击过电压:
  Vfi2R2i2R1Zb)-dφ/dti2R2i1R1Zb)-L1di1dt…………………………………2

    2)式中:      i1———电缆内芯的冲击电流;i2———电缆屏蔽层的冲击电流;φ———电缆内芯和电缆屏蔽层回路的磁通量;R1———电缆内芯的电阻;R2———电缆屏蔽层的电阻;Zb———建筑物b处的设备负载阻抗;L1———电缆芯线电感。
  可以通过使i1i2分别等于零,得到电缆两端屏蔽层分别开路时加在建筑物b处的设备负载Zb上的反击过电压。
132 电容耦合过电压
  由于雷电形成过程中的静电场的作用,电荷便积聚在电场中所有的导电物体上。雷击终止后,静电场消失,电荷的重新分布便形成物体内部及阻抗上的电流,由此产生压降导致过电压。
133 电感耦合过电压
  雷电冲击电流流经导线时,导线周围产生的磁场,会在相邻的各类传输线内感应出一个过电压。
  19964月江西省电力调通局大楼北面相距16m左右的84 m高的微波塔上落雷,大楼中靠北面有一个电缆沟,其中有屏蔽的信号电缆相连的设备安然无恙,唯有一根从八楼计算机房通过这个电缆沟引到十楼调度室终端的RS232通信线没有屏蔽,信号线两端(八楼主机和十楼终端)的RS232接口损坏。从事故情况分析,由于微波塔落雷,雷电流沿几乎垂直的塔材(角钢)向地泄放时,产生水平方向磁场,感应到楼内与塔材平行的信号线上,导致RS232接口损坏,见图5
  同理,当雷击建筑物的避雷针,雷电流沿避雷引下线下泄时,可能感应到室内的传输线上。


2 雷电和瞬态过压的综合防护

21 防雷保护区
  IEC标准将需要保护的空间划分为不同的防雷区:Z0A———本区内物体都可能遭到直接雷区;Z0B———本区内物体不可能遭到直接雷击,但区内电磁场没有衰减;  Z1———本区内物质不可能遭到直接雷击,区内电磁场有可能衰减,衰减程度取决于屏蔽措施。
  在实际应用中,我们一般简单地将防雷分为外部防雷和内部防雷。 
22 外部防雷系统
  外部防雷系统由避雷针(或避雷带、避雷网)、引下线和接地系统构成。主要作用是为了保护建筑物免受雷击,通过避雷针为雷电流提供快速可靠的泄放入地途径。如果雷击在没有可靠泄放入地通道的物体上,雷电流的高压效应、高热效应、机械效应、静电感应、电磁感应、反击等均会产生极大的破坏力。
221 避雷针(或避雷带、避雷网)的保护范围

  研究表明,雷电的先驱尖端离地面高度甚至几十米,其前进方向依然可能不受地上和地下特征的影响。具体高度视雷电强度而定。特别是低强度放电对地走向是不稳定的,可能以一个角度接近建筑物。这说明传统的避雷针保护角是不可靠的。因此,GB5005794《建筑物防雷设计规程》不再沿用避雷针的保护角概念,而是根据IEC10241提法,在设计接闪器时,可单独或任意组合采用滚球法和避雷网格来计算避雷针(或避雷带、避雷网)的保护范围。滚球半径参见规范中的104页。
  我们在实践中对贵冶623线路防雷改造上全面采用了球切法来计算避雷针的保护范围。贵冶623线路的电压等级6kV,全长5km,沿线是水田和丘陵。该线经常遭受严重雷害:瓷瓶炸飞,线路击断,变压器被击坏,雷电窜入低压系统。我们选用的方案是在每基电杆上装V型避雷针(避雷针基座已获国家专利),针长和角度均经过仔细计算。
  从图6、图7的不同角度可以看出V型避雷针都能有效保护输电线不受直击雷。当雷云降低高度并且以一个角度从侧面接近线路时,V型避雷针也能有效保护输电线不受直击雷。自1995年底贵冶623线路采用V型避雷针进行防雷改造,自1996年初改造完成并投入运行以来,取得了比较满意的防雷效果。


  对于塔高大于60m或高山上的微波站,笔者提出一种微波(通信)天线防直击雷的避雷方法———

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