雷电冲击电压下接地装置的电压升高和反击

雷电冲击电压下接地装置的电压上升和反击昆明昆莱电力科学研究所梅中叔摘要：接地装置释放雷电流时发生瞬时电位。连接到接地装置的装置的电位与接地装置的电位同时增加。从外部引进设备的各种传输线，如电源线、通信线、数据收集和控制线，将受到接地装置上升电位的反击。对前卫反击的保护是防雷的主要任务之一。关键词：雷电冲击电压接地电位上升接地电位反击1.前言防雷的主要任务有三个：直击雷保护、二次防雷和防雷电磁辐射干扰保护。二次雷主要包括沿(各种)线侵入室内的感应雷(一般称为浪涌电压)和接地装置产生的接地电位增加和接地电位反击两个方面。对于防雷论坛的反馈，很多人对接地装置的接地电位上升和反击机制感到困惑。本文重点介绍和分析了雷击时接地装置的电位上升和相应的电压反击。雷电冲击电压的产生及价值估算2.1雷电冲击电压生成机制闪电之前，接地机、起落架、整个接地装置都在与大地相同的零电位上。此时，它们之间电压分布不均匀，接地装置和连接在上面的装置之间没有电位的反击。闪光后电流通过顶出装置和整个接地装置时，接地装置各部分产生雷电流的电压降不均匀，因此接地装置各部分之间电压分布不均匀，接地装置和与其连接的装置之间存在电位反击(或电压反击)问题。电流频率高的雷电流即使在电线或空气放电通道中过时，也不能看作是简单的纯电路问题。典型电路是以集中参数形式存在的由电阻、电感和电容组成的电路。对于更高频率的闪电电流，更重要的是分布参数中存在的电感和电容以及它们组成的波阻抗。考虑到波阻抗，包括电磁场问题。雷电流在空气的放电通道中是过时的，更多的是与波阻抗相关的。然后，在射线下降后，当射线进入接地装置时，更多的是与导体的集中参数的电阻，电感有关。启动装置接收到快闪电流后，强大的闪电电流会通过启动装置、引线和接地网放电。对于单个接入线，为了简化，只考虑电路的电阻和电感，不考虑波阻抗。所以发射闪电电流时，闪电冲击电压u:(1)类型，R引线和接地网电阻，w；L引线和接地网络电感，h；I闪电电流，ka；Di/dt闪电电流与时间变化率，kA/mS直接闪电冲击电压(或直接闪电过电压)u表明，它不仅与闪电电流的大小和陡度有关，还与感应线和接地装置的电阻和电感有关。要注意，雷电流是脉冲电流波，闪电过电压也是脉动电压波。也就是说，瞬时值随时间变化，要计算闪电过电压的最大值，即振幅，必须使用进水(1)计算闪电电流I的振幅I和陡度di/dt的最大值。如果排放电流不是单个顶出装置，而是由钢筋混凝土梁和柱中的钢筋组成的接地网络，则在估计闪电电流引起的电压上升时，还应考虑每个网络分支中闪电电流的分配。2.2闪电电流参数要计算闪电冲击电压，必须知道射线电流的参数大小。在建筑物防雷设计规范 (GB50057-2000)的附录6中，提供了表1中所示的第一个闪电的闪电电流参数。必须指出国家标准GB/t 16927.1 高电压试验技术 第一部分：一般试验要求中规定的冲击电流有两类。第一个标准冲击电流有四种波形：1/20S、4/10S、8/20S和30/80 s。第二类冲击电流为方波电流，峰值持续时间在500S、1000S、2000S或2000S之间，在国家标准GB50057-2000中，第一类雷电电流的波头时间为10S，对于三类防雷建筑物是相同的。两者的差异很大。我不会说明差异。在以后的计算中，可以仅应用GB50057-2000中规定的波头时间(参见表1)，并使用该时间进行雷电流的陡峭计算。表1国家标准GB50057-2000规定的第一个闪电电气参数闪电电流参数防雷建筑类别一种两类三类闪电电流振幅I(kA)200150100波头时间T1(S)101010闪电电流陡di/dt(kA/S)2015102.3接地装置参数防雷接地装置主要由防雷引线和接地系统(接地网)两部分组成。对于铅线，主要考虑电感，忽略电阻。对于接地系统(网络)，主要考虑接地电阻，忽略电感。典型的单钢筋接地引射器可以计算电感为每米1微慕尼黑(1H/m)。测量的接地电阻小于国家标准要求，根据接地系统(网络)的接地电阻国家标准要求值计算；如果测量接地电阻大于国家标准要求，则计算为测量接地电阻。2.4闪电冲击电压估计对于单个避雷针的单个顶出线路，假定电感为1H/m，对于三种类型的防雷考虑，雷电流的波头时间必须降低到10S，雷电流的振幅为100kA，di/dt=10 kA /S必须将顶出元件的雷电压降低到10kV/m。对于建筑物，闪电电流振幅200kA，di/dt=20 kA /S将接入线路的闪电电压降低到20kV/m。假设接地电阻为4，100kA的雷电流在上面产生400kV的电压降。虽然这种电压下降以地球远处的零电位为基准，但也是一个很大的数值，会带来一系列的危害效应。要减少顶出装置和接地装置中雷电流引起的巨大电压降，应尽量减少顶出装置的电感和接地装置的接地电阻和电感。混合土梁柱内钢筋等多方法并行可以大大降低电感参数，达到降低雷电冲击电压的目的。雷电冲击下接地装置电压的反击类型3.1雷电冲击现场电位(压力)上升机理在讨论雷电冲击电位(压力)的上升之前，必须明确理解远场接地装置和本地接地装置的区别，即“远场”和“本地”的区别。没有闪电活动的时候，两处电位都相同，没有电位，也没有电位。当“区域”接地装置发出雷声电流时，差别就显现出来了。雷电流对“本地”接地装置产生电压降。这称为“本地”接地装置的电压降。事实上电压下降和电压上升本质上是相同的。现在，不管电流的正负，只讨论其值的大小吧。上面说的电压降是沿着雷电流的方向，雷电流对接地装置产生电压降。电压的上升是相对于“远”而言，站在“本地”接地装置上的高电位。“本地”表示与“远程”的零电位相比，电位的增加。从远处获取建筑的电源线、通信线和其他线路，并将它们连接到远方的土地上。自工作电压是以“远”电位为参考点的电压，在产生工作电压的同时，产生远地球的参考零电位。闪电之前，“局部”接地装置被认为处于低于外部引导线或设备操作电位的零电位。在闪电的短时间内，“本地”接地装置发生的这一瞬间电压上升，将成为相对于外部引导线和设备的实际电压上升。在此电压下发生触电时，“本地”接地装置会攻击这些外部引导线和设备，称为反击。知道其本质对保护其危险性很重要。3.2输电线路雷击过电压反击电力系统的输电线路正常运行时，三相线路具有额定高压，而架空地线和杆塔接地，处于零电位。超过35kV的三相架空导线通过绝缘子串挂在塔横档上，低于10kV的导线通常使用针形绝缘子或陶瓷横档固定在杆塔顶部或横档上。如果有闪电杠杆塔或架空地线，则雷电流通过塔接地电阻发射到地球，塔或接地引射器具有电感和电阻，因此塔的接地装置具有电感和电阻，从而在这些接地电阻和电感上产生高过电压。例如，塔高15米，塔接地电阻4，以上公式(1)，I=100kA，di/dt=10 kA /S的闪电电流在杆顶产生的冲击电压如下：(2)这个过电压出现在塔顶挂绝缘体或安装的地方。比线路对接地电压(35/3=20.2kv)高一倍以上。此时，线路导线的(传输)电压与雷电冲击电压相比，原先接地的电压较低，但现在高电压的塔在线路导线上产生反击和闪络放电。如图1所示。图1输电线路接地横档的导线反击3.3接地装置或引道的侧面闪光接地装置或端子旁边的闪存装置是图示避雷针塔对相邻装置的反击的示意图，如图2所示。已观察过通过端子或避雷针塔发射电流时，沿端子或避雷针塔电压下降。塔顶上避雷针a闪烁时，塔的点c在地面上为h米。类似于c点的设备b连接到接地d点，并且具有与接地e相同的电位。在点b和c之间存在电压降UK。如果b点和c点之间的空气间隙不能承受此电压，则对于b，c点单击称为侧闪的放电时，设备b可能存在危险。其他设备和金属结构(包括其他接地装置和框架)必须与防雷引线或单独的避雷针塔结构保持SK距离，以防止侧面闪烁。因为闪电冲击放电电压与电压的波形、用作电极的框架的结构形式、电压的极性、大气环境条件等诸多因素有关。因此，为了计算此间隙距离，必须仅简化其中的一些条件，以便进行更粗糙的计算。例如，在图2中，CB的距离Sk必须等于或大于以下值：500kV/m用于气体空间间隙的闪电冲击放电电压，150kA用于闪电电流振幅，50 kA/S用于闪电电流陡度，1H用于闪电针塔。(3)Sk的单位是米，h是点c的高度，对应于以米为单位的避雷针塔。图2接地塔对相邻物体的反击根据电力部门制定的规定，Sk必须在5m以上。接触电压对身体的伤害就是旁边闪光的表现。但是接触电压只以地面1.8米的电压为准。这是我们普通人的身体加上伸手的高度。3.4地面上接地网之间的电位反击防雷接地网在释放闪电电流时电压上升。图2中的曲线l是发射闪电电流时接地电阻r处闪电电流的压降，该电压在无限远之前不会衰减到0，即地球零电位。因此，防雷接地网和其他接地系统或接地极之间的电压也在上升。图2显示了防雷接地网和其他设备的接地点d之间的电压UD。如果彼此靠得太近，其间可能会发生放电和闪络现象，威胁到连接到这些接地系统的设备的安全。为了避免这种放电，根据电源系统的防雷规定，防雷接地网必须与其他接地体相距一定距离Sd。计算地的距离Sd比计算航空距离Sk更复杂。因为土壤的冲击破坏电压不仅与土壤的质量、成分有关，而且与土壤的湿润度等多种因素有关。很难准确估计土壤的屈服电压。对于干燥的土壤，屈服电压不低于空气破坏电压。我们仍然按空气的屈服电压计算。考虑中间距离时，不必再考虑塔的电感。因此，样式(3)不再存在，必须大于或等于Sd。(4)R防雷接地网接地电阻。根据电力部门颁布的规定，Sd不能小于3m。如果不能将防雷接地网与其他接地网分隔到上述足够的距离，则应相互连接，建立共享接地系统。3.5法拉第孔对通过它的导线的电压反击在高压工程和防雷项目中，我们熟悉由接地金属导体组成的密封空间法拉第笼。根据静电的知识，在这个笼空间中，电场强度四周为零，构成笼的金属导体到处都是等电位和外部的电子射线无法穿透笼内或进入笼内时，就会发生大的屏蔽衰减。因此，笼子里的设备很好地受到雷电的电磁辐射的保护。在现代钢筋混凝土建筑中，所有混凝土梁、柱和楼板的钢筋相互连接和接地，几乎所有建筑和每个房间都可以看作法拉第笼。这样做确实对其中设备的防雷有很大的好处。但不能忽视的是，安装在房间里的设备总是与外界有电气连接，例如电源线、通信信号线、数据采集线和其他金属管道。这些电线和管道进入房间时必须在房间的墙上打孔穿。这种孔称为法拉第孔。通过图3线反击法拉第孔从法拉第孔进入法拉第笼的电线和管道都与“远”连接，法拉第孔与“局部”连接。建筑物的防雷设施闪烁后，整个法拉第笼的电位将大大提高，法拉第笼也不再是等电位本位的，从法拉第孔通过的各种电线和管道的电位将保持图3所示的“远”的地面电位，在这些电线和管道和宫殿孔之间发生放电。这种放电会造成很大的损失和事故。荷兰的5000m3煤罐被雷击爆炸的情况下，因为在坦克内，温度测量的热电耦合接线通过坦克连接到控制室。德国化学工厂的酒精罐爆炸，印度尼西亚炼油厂用雷击烧毁了6个大型坦克，这是由于法拉第孔通过这一电线的闪光打击造成的大型事故。不知道我国遭受巨大损失的黄道油库火灾是否是由这种原因引起的。3.6接地设备接地电位的反击各种电气设备都要接地。设备接地后，其电位随接地装置的电位变化。由于雷电的冲击，接地装置的电位也随之上升。设备和接地设备之间似乎没有电位差，但不要忘记设备没有孤立，有外部和各种连接。这些外部连接线产生远零电位。(沃伦巴菲特、northern exposure(美国电视剧)、northern exposure(美国电视剧)、northern exposure(美国电视剧)、northern exposure设备和外部引线之间发生了前卫的反击。反击主要发生在以下方面：电源线路和连接的电源变压器；引入(输出)室内设备的通信、控制、信号和数据收集等线路，以及连接到这些线路的接口设备。从室外引进室内各种金属管道