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線，讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內(nèi);第二種是來自感應雷的高電壓脈沖，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和電磁感應.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，在地網(wǎng)上會發(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)，并沿著導線傳播到遠處，殃及更大的范圍。
    高電壓雷電脈沖的電壓到底有多高?這是讀者關心的問題。由直擊雷直接擊中電力線，電話線等金屬導線時，雖然直接被擊中點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。但是當雷電流沿著導線向兩邊傳播的時候，高電壓每經(jīng)過一根電線桿，電桿上的瓷瓶就會對地發(fā)生閃絡.這樣就把雷電的高電位降落成瓷瓶的閃絡電壓，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有3桿以上(即I000m以上)，其終端入地電流峰值不會大于20OA，但是，如果雷擊點很近.在三根電桿之內(nèi)，入地峰值電流可能達到10 kA以上。由感應雷引起的高壓源。理論上也可以達到100 kV，但是它的實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所形成的高壓源。這時，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)資料報道.按50%概率統(tǒng)計.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，則接地網(wǎng)接引線端與大地間的電壓為30 kA×4=120 kV，即達到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)。這樣高的電壓對于低壓電器和一般通信設備都是無法承受的。  
    由于高壓雷電脈沖是雷害中年損害設備多的，所以對高壓雷電引人的設備必須予以足夠，在工程上往往要根據(jù)設備的重要性和其對高電壓的耐受能力采用一級或多級設防。其中級設防，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。并且進房屋前后一根電桿的零線(或接地的地線)重復接地，接地電限不應大于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，進戶線應盡量采用有金屬屏蔽層的電纜直接埋地或穿金屬管進線。在雷電高發(fā)區(qū)，房尾前為開闊地，或房子內(nèi)有精密電子設備和電子計算機的情況更應該是這樣.并且埋地的電纜其長度不應小于15m。并要求從架空線轉(zhuǎn)電纜的進線端，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的接地裝置上。按供電部門要求.供電零線進人鋼筋水泥大樓后，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做接地極，把零線重復接地。

圖1 接零在架空線路上零線重復接地做法圖
    當雷電波到達電纜首端(輸人端)時，避雷器被擊穿，電纜外皮導體與電纜芯接通。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豐富.產(chǎn)生集膚效應，流經(jīng)電纜芯的電流被排擠到外皮導體去。同時，流經(jīng)外皮導體的電流在芯中產(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保護電容器對感應雷有良好的保護效果，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。裝設保護電容器能對感應雷高電壓引入起到良好保護作用的原因是;
    當天空出現(xiàn)雷云的時候，地面即感應出與它相反的電荷.顯然架空電線上也感應到與地面大致密度相同的電荷.設其電量為Q。當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使它上面的電荷，這就使架空線與大地之間形成感應高電壓，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-導線與大地間存儲的電荷。
    如果在架空線引入房尾端與大地之間接入一個電容器，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，感應電壓將可以降到更低。
    在架空電線裝電容器防止感應雷的優(yōu)點是時間響應為零，因為電容的瞬變電流是超前于電壓的;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，但將電容器與保護間隙合并使用會更好的效果。因為放電間隙電流通流容量很大，從幾千安到幾十千安。但它有時間滯后，它們并聯(lián)使用互補其短.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。它的時間響應小于50ns。當采用電容器與其他器件并聯(lián)避雷時，電容器的耐受電壓應高于所并聯(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.當強大的雷電波輸入變壓器時，由于雷電波電壓比變壓器正常的電壓高很多倍，使得激勵的磁感應強度遠遠大于鐵芯允許通過的大磁感應強度，因而變壓器鐵芯飽和，變壓器的磁-電變換暫時失效，雷電高電壓不能傳輸?shù)阶儔浩鞯母边?從而保護了用電設備。