《城市軌道交通高電壓設備測試》5.1雷電種類及城軌避雷保護

主講人：何發武（副教授）1、大自然中的雷電活動

在全球范圍內，雷電發生頻率是很高的，任何時刻大約有2000個地點遇上雷暴，每秒鐘就有上百次雷電，每天約有800多萬次雷電，一年中平均發生30多億次雷電，每次閃電在微秒級的瞬間釋放出約55kW.h的能量。森林火災有50％以上因雷電引發；人們居住生活的建筑物屢遭雷擊破壞；電力、石化等工業設施常因雷擊而發生災難性事故。視頻：雷暴

太空中看地球上的雷電活動雷電的產生1、大自然中的雷電活動1、大自然中的雷電活動雷電對牽引供電系統的危害某線2009年雷擊跳閘占全年跳閘率的54%，多年來雷擊共損壞接觸網支柱109根、絕緣子97處、接觸網承力索脫落3次；某城際客運專線一個變電所2009年其中雷擊跳閘25次，其中6次自動重合閘失敗，8次絕緣子遭受雷擊破壞，其中7次為正饋線絕緣子破壞，1次為接觸網腕臂絕緣子破壞；某線由于雷擊后低值、零值絕緣子爆炸，造成運輸中斷將近4小時。AF線懸式絕緣子雷擊損壞

雷擊導致接觸網支柱開裂雷擊損壞電纜護套雷電的本質雷電的本質：超長間隙放電雷電的形式雷電的放電過程

有55％的對地雷擊包含兩次以上的重復沖擊；3～5次沖擊者有25%；10次以上者有4%。平均重復沖擊次數取3次。一次雷電總延續時間，有50%大于0.2s。雷電的主要參數雷電流和雷電過電壓的特征圖典型雷電流波形

雷電波好比潮水，沖到的地方才可能被沖垮。

波頭時間及波長雷電流是一個非周期的瞬態電流，通常是很快上升到峰值，然后較為緩慢的下降。雷電流的波頭時間【T1】是指雷電流從零上升到峰值的時間，又稱為波前時間；波長時間【T2】是指從零上升到峰值，然后下降到峰值的一半的時間，又稱為半峰值時間。由于在雷電流波的起始和峰值處常常疊加有振蕩，很難確定其真實零點和到達峰值的時間，因此，我們常用視在波頭時間T1和視在波長時間T2來表示雷電流的上升時間和半峰值寬度，一般記為T1/T2，如下圖所示：雷電流波形

雷電的波形-40-20002004006008001000μskA100300500700900兩次雷擊時間相差幾百微秒首次雷擊后續雷擊i10/350μs正極性雷電流波形負極性雷電流波形標準波形

[英]R.H.Golde《雷電》一書的記載和近年來大量的觀測表明：雷電流具有單極性的脈沖波形，大約有80-90%的雷電流是負極性的，常見的負電流波形前沿呈拱形。國外在圣薩爾瓦托山、紐約州府大廈、意大利和其它高建筑物等觀測點觀測獲得的電流波記錄都顯示出有相似的拱形前沿，到達峰值雷電流的中值時間有的是5.5μs，有的是7μs。在IEC標準、國標中規定的雷擊測試波形主要有：8/20us、10/350us（電流波）、10/700us以及1.2/50us（電壓波）等。標稱放電電流In雷電流的分布概率IEC61024-105101520250-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-8080-9090-100100-110110-120120-130130-140140-150150-160160-170170-180180-190190-200雷擊幅度[kA],正閃擊和負閃擊雷擊概率,%雷電流和雷電過電壓的特征

雷電流瞬時幅值很大，直接擊中接觸網幾乎一定導致絕緣子閃絡。3kA雷電流足以使絕緣發生閃絡。雷電流測定裝置

波前陡度的最大極限值一般可取50kA/us左右。雷電流和雷電過電壓的特征

雷電流的波前時間T1處于1～4us的范圍內，平均為2.6us。波長T2

處于20～100us的范圍內，多數為40us左右。

我國防雷設計采用2.6/40us的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗中，標準雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50us

雷電流波前的平均陡度(kA/us)

只要能設法制止上述發展過程中任一環節的實現，就可避免雷擊引起長時間停電事故。

線路雷害事故發展過程及防護措施高空防雷區防雷體系的劃分低

空

防

雷

區地下防雷區供電系統雷擊入侵形式一、直擊雷——直接擊中設備供電系統雷擊入侵形式一、直擊雷——地電位抬高形成反擊一、直擊雷——地電位抬高形成反擊供電系統雷擊入侵形式一、直擊雷——地電位抬高反擊電子設備直擊雷雷擊建筑物雷擊建筑物地電位反擊感應雷雷擊架空電力線雷擊架空電力線感應雷電磁感應與耦合雷電電磁感應操作過電壓操作過電壓定義：避雷針是人為設立的最突出的良導體。在雷云的感應下，針的頂端形成的電場強度最大，所以最容易把雷電流吸引過來，完成避雷針的接閃作用。結構避雷針一般用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成，圓鋼截面不得小于100mm2，鋼管厚度不得小于3mm。問題：避雷針越高，保護范圍越大？

避雷針直擊雷的防護避雷器與架空地線共接地極的示意圖放電間隙結構及工程應用實例圖電位均衡裝置工程應用實例圖避雷帶

通過試驗發現，不論屋頂坡度多大，都是屋角和檐角的雷擊率最高。屋頂坡度愈大。則屋脊的雷擊率也大。通過對不同屋頂坡度建筑物的雷擊分布情況調查發現，對于那些屋頂平整，又沒有突出結構（如煙囪等）的建筑物，雷擊部位是有一定規律性的。避雷帶就是對建筑物雷擊率高的部位，進行重點保護的一種接閃裝置。避雷針（線）的原理引雷：定向作用當雷云的先導向下發展到離地面一定高度(定向高度)時，避雷針(線)頂端有可能產生局部游離而形成向上的迎面先導，影響下行先導的發展方向，使其僅對避雷針(線)放電，從而使得避雷針(線)附近的物體受到保護，免遭雷擊。泄放：將雷電流導入大地為了使雷電流順利地泄入大地，避雷針(線)應有良好的接地裝置。避雷針(線)上或接地裝置上產生幅值很高的過電壓。要防止避雷針(線)與被保護物之間的間隙擊穿（也稱為反擊）。避雷針的結構

接閃器（避雷針、避雷帶、避雷線）是防直擊雷的主要方法，傳統建筑屋防雷采用滾球法確定接閃器的防護范圍，防護等級不同，采用的滾球半徑不同。供電系統雷擊入侵形式二、感應雷雷擊絕緣子爆炸原因分析不通電線路雷擊絕緣子是否會爆炸？雷擊斷線原因分析不通電線路雷擊接觸