雷電高電壓的措施

  高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導(dǎo)到其他地方和室內(nèi)造成的雷害現(xiàn)象。這種雷害現(xiàn)象占雷害的絕大部分，所以按《建筑物防雷規(guī)范》的規(guī)定，凡是有用電設(shè)備的建筑物都要考慮防高電壓引入的措施。
    高電壓引入的高電壓源有三種:其一是直擊雷直接擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi);第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng).它們在各種電線中感生幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的;第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時(shí)，在地網(wǎng)上會(huì)發(fā)生數(shù)十千伏至數(shù)百千伏的高電位.這種高電位通過電力的零線、保安接地線和通信的地線，也是以波的形式傳人室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到遠(yuǎn)處，殃及更大的范圍。
    高電壓雷電脈沖的電壓到底有多高?這是讀者關(guān)心的問題。由直擊雷直接擊中電力線，電話線等金屬導(dǎo)線時(shí)，雖然直接被擊中點(diǎn)的電位與雷云的電位相等.即具有數(shù)百萬伏至數(shù)千萬伏甚至更高的電位。但是當(dāng)雷電流沿著導(dǎo)線向兩邊傳播的時(shí)候，高電壓每經(jīng)過一根電線桿，電桿上的瓷瓶就會(huì)對地發(fā)生閃絡(luò).這樣就把雷電的高電位降落成瓷瓶的閃絡(luò)電壓，這電壓一般只有30~40kV.一般低壓架空線的波限抗為300~600歐姆。假設(shè)線路的波阻抗為500歐姆，那么它在終端入地的電流為40000/500=80A，所以只要距離雷擊點(diǎn)有3桿以上(即I000m以上)，其終端入地電流峰值不會(huì)大于20OA，但是，如果雷擊點(diǎn)很近.在三根電桿之內(nèi)，入地峰值電流可能達(dá)到10 kA以上。由感應(yīng)雷引起的高壓源。理論上也可以達(dá)到100 kV，但是它的實(shí)際電壓和電流值不可能大于上面所講的直擊雷高壓源的數(shù)值。
    第三種高壓源是指直擊雷直接擊中大樓或附近時(shí)所形成的高壓源。這時(shí)，高壓源的電壓由沖擊電流峰值和地網(wǎng)的沖擊接地電阻決定。根據(jù)資料報(bào)道.按50%概率統(tǒng)計(jì).直擊雷的峰值電流為30 kA，如果接地網(wǎng)接地電阻以4歐姆計(jì)，則接地網(wǎng)接引線端與大地間的電壓為30 kA×4=120 kV，即達(dá)到120000V。也就是說，零線與相線間的電壓有120000V(以上都是以低壓電網(wǎng)和通信架空電線計(jì))。這樣高的電壓對于低壓電器和一般通信設(shè)備都是無法承受的。  
    由于高壓雷電脈沖是雷害中年損害設(shè)備多的，所以對高壓雷電引人的設(shè)備必須予以足夠，在工程上往往要根據(jù)設(shè)備的重要性和其對高電壓的耐受能力采用一級或多級設(shè)防。其中級設(shè)防，往往是把高電壓雷電脈沖的幅值，其辦法有下列三種。

1. 輸電網(wǎng)金具接地法
    如果電源輸入是明線輸入，應(yīng)把入室前三根電桿的線碼鐵腳用金屬線引下接地，以便閃擊電壓。并且進(jìn)房屋前后一根電桿的零線(或接地的地線)重復(fù)接地，接地電限不應(yīng)大于10歐姆(見圖1)。并在相線與地之間留有2 mm的空氣間隙，把從相線引來的過電壓降下來，可能的悄況下，進(jìn)戶線應(yīng)盡量采用有金屬屏蔽層的電纜直接埋地或穿金屬管進(jìn)線。在雷電高發(fā)區(qū)，房尾前為開闊地，或房子內(nèi)有精密電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)的情況更應(yīng)該是這樣.并且埋地的電纜其長度不應(yīng)小于15m。并要求從架空線轉(zhuǎn)電纜的進(jìn)線端，和電纜入屋的輸出端，都接避雷器。避雷器的接地端、電纜的金屬屏蔽層、鋼管都必須接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。按供電部門要求.供電零線進(jìn)人鋼筋水泥大樓后，仍必須與從大樓、梁、柱內(nèi)引出的一條主鋼筋作電氣連接，無鋼筋連接的建筑物應(yīng)做接地極，把零線重復(fù)接地。

圖1 接零在架空線路上零線重復(fù)接地做法圖
    當(dāng)雷電波到達(dá)電纜首端(輸人端)時(shí)，避雷器被擊穿，電纜外皮導(dǎo)體與電纜芯接通。一部分雷電流經(jīng)電纜首端接地電阻入地;另一部分雷電流流經(jīng)電纜芯。由于雷電流高頻諧波相當(dāng)豐富.產(chǎn)生集膚效應(yīng)，流經(jīng)電纜芯的電流被排擠到外皮導(dǎo)體去。同時(shí)，流經(jīng)外皮導(dǎo)體的電流在芯中產(chǎn)生感生反電勢.使流經(jīng)電纜芯的雷電流就被到很小。

2. 相線與地線間并聯(lián)電容器法
    架空電線引入的地方裝設(shè)保護(hù)電容器對感應(yīng)雷有良好的保護(hù)效果，但對直擊雷則無能為力，原因是直擊雷能量太大.電容器承受不了。裝設(shè)保護(hù)電容器能對感應(yīng)雷高電壓引入起到良好保護(hù)作用的原因是;
    當(dāng)天空出現(xiàn)雷云的時(shí)候，地面即感應(yīng)出與它相反的電荷.顯然架空電線上也感應(yīng)到與地面大致密度相同的電荷.設(shè)其電量為Q。當(dāng)閃擊使雷云與大地之間的電荷迅速中和而使雷云與大地之間的電場，由于架空線與大地之間有較大的電阻而不能及時(shí)使它上面的電荷，這就使架空線與大地之間形成感應(yīng)高電壓，該電壓為                 V感=Q/C
式中:
    C-架空線對大地之間的電容，該電容很小，通常只有百分之幾微法;
    Q-導(dǎo)線與大地間存儲(chǔ)的電荷。
    如果在架空線引入房尾端與大地之間接入一個(gè)電容器，即使只有很小.也可以使架空線路的引入高電壓到原來的幾十分之一。
    如果接人電容的容量再大些，感應(yīng)電壓將可以降到更低。
    在架空電線裝電容器防止感應(yīng)雷的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間響應(yīng)為零，因?yàn)殡娙莸乃沧冸娏魇浅坝陔妷旱?其次是使雷電壓波形變鈍.鈍波形比尖波形危害要小.并聯(lián)電容器對直擊雷無能為力，但將電容器與保護(hù)間隙合并使用會(huì)更好的效果。因?yàn)榉烹婇g隙電流通流容量很大，從幾千安到幾十千安。但它有時(shí)間滯后，它們并聯(lián)使用互補(bǔ)其短.對防止高電壓引人能起到很好的作用。架空電線引入和電纜輸入、輸出端接口也可以用氧化鋅避雷器來防止高電壓引入。它的時(shí)間響應(yīng)小于50ns。當(dāng)采用電容器與其他器件并聯(lián)避雷時(shí)，電容器的耐受電壓應(yīng)高于所并聯(lián)器件的殘壓。

3.變壓器隔離法
    在電源線和傳輸線上裝變壓器可以對雷電高電壓引入起很有效的作用.當(dāng)強(qiáng)大的雷電波輸入變壓器時(shí)，由于雷電波電壓比變壓器正常的電壓高很多倍，使得激勵(lì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵芯允許通過的大磁感應(yīng)強(qiáng)度，因而變壓器鐵芯飽和，變壓器的磁-電變換暫時(shí)失效，雷電高電壓不能傳輸?shù)阶儔浩鞯母边?從而保護(hù)了用電設(shè)備。