雷电过电压的产生及弱电系统防雷技术课件

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1、雷电过电压的产生及弱电系统防雷技术主讲：曹晓斌西南交通大学电气工程学院主要内容雷电的起源雷电的主要参数雷电过电压的类型雷电过电压的防护浪涌的防护1、雷电的起源在全球范围内雷电发生的频率很高大厦，任何时刻大约有2000个地点遇上雷暴，每秒钟就有上百次雷电，每天约有800多万次雷电，一年中平均发生30多亿次雷电，每次闪电在微秒级的瞬间释放出约55kW.h的能量。森林火灾有50％以上因雷电引发；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灾难性事故。1.1雷云的产生感应起电说冻结

2、起电说电离起电说温差起电说破碎起电说摩擦起电说感应起电说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50万库仑。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、上端为负，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）云起电后的电荷分布。温差起电说冰块中同时存在氢离子（H+）和氢氧根离子（OH），由于冰块两端温度不同，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。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冻结起电说在云层重

3、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。温度的差异使得冻结的过冷水滴外部带上正电，内部带上负电。1.2雷电的种类闪电的类型：从闪电的形状分类，则可分为：线状闪电片状闪电带状闪电联珠状闪电球状闪电线状闪电片状闪电带状闪电链珠状闪电球状闪电从闪电的空间位置分类云空闪云际闪云内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

4、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）晴天放电雷云闪电云内闪电云际闪电云地闪电1.3地闪的发展过程流光放电梯级下行先导上行先导回击后续闪击雷电通道的参数每级通道变化范围约3~200m平均速度约1.5107cm/s间隙时间约30~125us每一级的推进速度约5109cm/s通道直径约1~10m每一级的击穿方向是不确定的折线2、雷电的主要参数雷电流波形2.1雷电的波形-40-20002004006008001

5、000μskA100300500700900两次雷击时间相差几百微秒首次雷击后续雷击i10/350μs波头时间及波长雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的波头时间【T1】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【T2】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T1和视在波长时间T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽

6、度，一般记为T1/T2，如下图所示：正极性雷电流波形负极性雷电流波形标准波形[英]R.H.Golde《雷电》一书的记载和近年来大量的观测表明：雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80-90%的雷电流是负极性的，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5.5μs，有的是7μs。在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700u

7、s以及1.2/50us（电压波）等。标称放电电流In2.2雷电流的分布概率IEC61024-105101520250-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-8080-9090-100100-110110-120120-130130-140140-150150-160160-170170-180180-190190-200雷击幅度[kA],正闪击和负闪击雷击概率,%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，有一定的随机性，因而表征雷电特性的参数也带

8、有一定的统计性质。在防雷设计中，雷暴日、雷电流波形、幅值等参数是我们比较关心的几个参数。1）雷暴日为了表征雷电活动的频率，采用年平均雷暴日【Td】作为计算单位。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。2）雷暴小时一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时（Th）2.3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，我国根据年平均雷暴日数分类：T~>90的地区叫做强雷区T≥40的地