./畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)雷電的形成及其危害姓名：xxx學(xué)號(hào)：1111111系別：建筑專業(yè)：年級(jí)：指導(dǎo)教師：2015年07月28日雷云結(jié)構(gòu)雷電是自然界中雷云之間或是雷云與大地之間的一種放電現(xiàn)象。其特點(diǎn)是電壓很高、電流很大、能量釋放時(shí)間短,具有很大的危害性。雷電會(huì)造成電力系統(tǒng)大面積停電、森林大面積燒毀、建筑物毀壞、油庫(kù)爆炸起火、通訊系統(tǒng)癱瘓以及家電設(shè)備損壞等等。一、雷電理論1.雷云結(jié)構(gòu)和雷電的放電機(jī)理。雷云的典型結(jié)構(gòu)是中部有強(qiáng)烈的上升氣流,在這種氣流的作用下,帶正電的冰晶與帶負(fù)電的水滴開(kāi)始分離,形成一部分帶正電荷,一部分帶負(fù)電荷的雷云。由于異性電荷的不斷積累,不同極性的云塊之間電場(chǎng)強(qiáng)度不斷增大,當(dāng)某處的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣可能承受的擊穿強(qiáng)度時(shí),就形成了云間放電。不同極性的電荷通過(guò)一定的電離通道互相中和,產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱,所發(fā)出的強(qiáng)光,稱之為"閃",所發(fā)出的熱,使附近的空氣突然膨脹,發(fā)出霹靂的轟鳴,稱之為"雷"。由于雷云負(fù)電荷的感應(yīng),使附近地面積聚正電荷,從而使地面與雷云之間形成強(qiáng)大的電場(chǎng)。當(dāng)某處積聚的電荷密度很大,造成電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到雷云與地面之間空氣游離的臨界值時(shí),就為雷云對(duì)地放電的發(fā)展創(chuàng)造了條件。雷云對(duì)地放電打到地面上的閃電即為"落雷"。如果落雷擊中人員、建筑物、機(jī)電設(shè)備和森林樹木而造成的危害,這種現(xiàn)象稱為"雷擊事故"。2.雷電的放電特性。雷電的破壞作用主要是雷電流引起的。用快速電子示波器測(cè)得的雷電流示波圖,如圖1所示。圖1雷電流示波圖圖1中雷電流由零增長(zhǎng)到最大幅值這一部分稱為"波頭",所需時(shí)間通常只有幾微秒；電流下降的那部分稱?quot;波尾",時(shí)間長(zhǎng)約數(shù)十微秒。可見(jiàn)雷電流是一種幅值極大,作用時(shí)間極短的瞬變過(guò)程。防雷設(shè)施的耐雷水平是按雷電流的大小確定的,因此,大致掌握雷電流的大小是十分必要的。雷電流幅值大小的變化范圍很大,根據(jù)我國(guó)各地測(cè)得的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),繪制出的雷電流幅值曲線,如圖2所示。圖2雷電流幅值概率曲線圖中縱座標(biāo)I是雷電流幅值的大小<kA>,橫座標(biāo)是超過(guò)縱座標(biāo)所示幅值的雷電流出現(xiàn)的概率<以百分?jǐn)?shù)表示>,雷電流幅值超過(guò)I的概率,可按下式求得：IP=-I/108式中P--雷電流幅值概率,%I--雷電流幅值,kA另一重要參數(shù)是雷電流的上升速度,通常稱為"雷電流陡度",它與雷電感應(yīng)的變化有著直接的關(guān)系,按每微秒千安計(jì)算。雷電流陡度與雷電流的關(guān)系如圖3所示。它的數(shù)值是由雷電流i對(duì)時(shí)間t的微分求得：雷電流陡度a＝di/dt。圖3雷電流與雷電流陡度的關(guān)系開(kāi)始雷電流陡度的數(shù)值很快地增加,以后逐漸變小,當(dāng)雷電流達(dá)到最大幅值時(shí),雷電流陡度變?yōu)榱恪?.雷電活動(dòng)強(qiáng)度。雷電活動(dòng)的強(qiáng)度是因地區(qū)而異的,有的地區(qū)強(qiáng),有的地區(qū)弱,某一地區(qū)的雷電活動(dòng)強(qiáng)度通常用"年平均雷電日"這一數(shù)字表示。我國(guó)年平均雷電日分布大致可劃分4個(gè)區(qū)域。年平均雷電日這一數(shù)字只能給人們提供某一地區(qū)雷電活動(dòng)的大概情況,雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱程度與落雷概率是兩個(gè)不同的概念。事實(shí)上,即使是在同一地區(qū),雷電活動(dòng)也是有所不同的,有些地方受局部氣象條件的影響,雷電活動(dòng)可能比鄰近地區(qū)強(qiáng)得多。4.雷擊的選擇性。雷害事故的統(tǒng)計(jì)資料說(shuō)明,雷擊的地點(diǎn)和建筑物遭受雷擊的部位是有一定規(guī)律的,這個(gè)規(guī)律稱為"雷擊的選擇性"。地面上建筑物的性質(zhì)和形狀對(duì)雷電的發(fā)展是有影響的,當(dāng)?shù)孛嫔想妶?chǎng)不斷增強(qiáng)時(shí),在高大建筑物的尖頂和邊緣上電場(chǎng)強(qiáng)度最大,構(gòu)成雷電發(fā)展的良好條件。在曠野中,即使建筑物并不很高,但是由于它比較孤立、突出,因而較容易遭受雷擊。金屬結(jié)構(gòu)的建筑物或內(nèi)部有大型或大量金屬物體的廠房,由于具有良好的導(dǎo)電性能,也較易遭受雷擊。二、雷電的危害性根據(jù)雷電的產(chǎn)生和造成危害的不同特點(diǎn),一般將雷電分為直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷和雷電侵入波等幾種。其中雷電感應(yīng)和雷電侵入波是造成雷電危害的主要原因。一般人們對(duì)部分設(shè)施直擊的防范針對(duì)性較強(qiáng),而對(duì)感應(yīng)雷和雷電侵入波的防范卻考慮得不夠全面,措施上不盡完善,特別是目前大量的通訊系統(tǒng)、家用電器、電腦網(wǎng)絡(luò)和其它控制設(shè)備等采用集成電路和高靈敏度的電子元器件,難以承受雷電造成突發(fā)的強(qiáng)磁場(chǎng)或雷電波的侵害,致使遭受雷擊危害較為普遍。這里就以雷電感應(yīng)和雷電侵入波為例,分析其危害原理。1.雷電感應(yīng)。雷電感應(yīng)是由于雷電流的強(qiáng)大電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)造成的。〔1靜電感應(yīng)。當(dāng)建筑物頂部或其他導(dǎo)體處于雷云與大地間所形成的電場(chǎng)中,建筑物頂部或?qū)w上就會(huì)積聚與雷云下部電荷極性相反的大量電荷。雷云放電后,云與大地間的電場(chǎng)突然消失,建筑物頂部或?qū)w上的電荷來(lái)不及立即流散,因而產(chǎn)生很高的對(duì)地電位,這個(gè)對(duì)地電位差稱為"靜電感應(yīng)電壓"。當(dāng)雷云與放電體間的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)兩者之間空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí),雷云對(duì)放電體產(chǎn)生放電,正負(fù)電荷在電路中猛烈地中和,而樓頂?shù)母袘?yīng)電荷卻不能以相應(yīng)的速度流散,于是將會(huì)產(chǎn)生高達(dá)幾十kV的感應(yīng)電壓。如果樓頂不采取良好的接地,室內(nèi)的設(shè)備即有可能因感應(yīng)電壓而受損。雷擊時(shí),除建筑物產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓外,在輸電線路、通訊線路上同樣會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。由于感應(yīng)電壓,與雷云極性相反的電荷聚積到一段線路上,成為束縛電荷。當(dāng)雷云對(duì)放電體放電時(shí),雷電通道中的電荷猛烈中和,線路上的束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾?向?qū)Ь€兩邊流動(dòng),形成感應(yīng)過(guò)電壓波。據(jù)有關(guān)資料介紹,高壓輸電線路上的感應(yīng)過(guò)電壓可達(dá)300～400kV；一般配電線路和通訊線路,雖然懸掛高度較低,漏電較大,但感應(yīng)過(guò)電壓仍可達(dá)幾十kV。〔2電磁感應(yīng)。由于雷電流具有極大的幅值和陡度,在放電通道周圍的空間里,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的變化電磁場(chǎng)。處在這一電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)。如果回路中有些地方接觸不良,就會(huì)產(chǎn)生局部發(fā)熱或放電。電磁感應(yīng)現(xiàn)象還可以使構(gòu)成閉合回路的金屬物體產(chǎn)生感應(yīng)電流,對(duì)設(shè)備或建筑物等造成損害。2.雷電侵入波。由于雷電對(duì)架空線路或金屬管道的作用,所產(chǎn)生的雷電波可能沿著這些線路或管線侵入室內(nèi),危及人身和設(shè)備的安全。據(jù)有關(guān)資料介紹,雷電侵入波造成的事故在雷電事故總數(shù)中占有較大的比重。三、預(yù)防雷電災(zāi)害的措施人們從開(kāi)始認(rèn)識(shí)雷電起,就一直在積極地采取措施防止它的危害。雖然目前還沒(méi)有找到完全控制雷電災(zāi)害的方法,但是通過(guò)安裝一些避雷裝置與設(shè)施,可以大大減少雷擊的損失。1.防雷電感應(yīng)措施。為防止靜電感應(yīng)采取的措施有：①建筑物內(nèi)的金屬物<如設(shè)備、管道、構(gòu)架、電纜外皮、鋼屋架、鋼門窗等較大構(gòu)件>和突出屋面的金屬物均應(yīng)接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上；②屋面周邊金屬物每隔約20m應(yīng)采用引下線接地；③現(xiàn)場(chǎng)澆制或預(yù)制件組成的鋼筋混凝土屋面,其鋼筋宜綁扎或焊接成電氣閉合回路,并應(yīng)每隔約20m采用引下線接地。防雷電感應(yīng)的接地裝置,其接地阻值不應(yīng)大于10Ω,并與電氣設(shè)備接地裝置共用,但此接地裝置與獨(dú)立避雷針或避雷線的接地裝置之間的距離應(yīng)符合要求。2.防雷電波侵入措施。低壓線路采用電纜埋地敷設(shè),入戶處應(yīng)將電纜金屬外皮接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔(dān)的架空線路,應(yīng)使用一段長(zhǎng)度不少于50m的金屬鎧裝電纜直接埋地引入,并將電纜金屬外皮和絕緣子鐵腳一起接地,接地電阻不大于10Ω。用于通訊和有線電視系統(tǒng)的架空電纜,每隔一定距離,選適當(dāng)位置將托掛電纜的鋼鉸線做接地處理。3.防雷設(shè)施的定期檢查。為了保證防雷設(shè)施具有良好的保護(hù)性能,每年應(yīng)在雷雨季節(jié)之前按期做好檢查、測(cè)試,及時(shí)掌握各類防雷設(shè)施是否處于正常狀況,裝置運(yùn)行是否良好。對(duì)檢查出來(lái)的不合格項(xiàng)目,應(yīng)及時(shí)整改,杜絕隱患,從而減少雷擊事故給國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成的損失,保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人員的安全。第二節(jié)農(nóng)村電網(wǎng)遭受雷擊的原因以及雷電對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)的危害農(nóng)村供電線路大部分是通過(guò)叢山峻嶺,地形高差較大,有的線路還處于雷電活動(dòng)日平均值較大的多雷區(qū)。由于遭受雷電強(qiáng)烈活動(dòng)的影響,常造成線路斷路器的頻繁跳閘,給農(nóng)網(wǎng)安全運(yùn)行造成不良影響,導(dǎo)致供電可靠性下降。

一、農(nóng)網(wǎng)遭受雷擊閃絡(luò)的原因

1.農(nóng)村線路的大跨越檔距易受雷擊的侵害。農(nóng)村線路大跨越檔距兩側(cè)的桿塔是線路耐雷的薄弱環(huán)節(jié),其原因是大跨越桿塔一般均位于山頭,地勢(shì)較高容易遭受雷擊；其次是大跨越桿塔的線間距離較大,避雷線對(duì)導(dǎo)線屏蔽作用效果較差容易引起雷擊閃絡(luò)。

2.大檔距轉(zhuǎn)角桿跳線串易受雷擊。轉(zhuǎn)角桿由于要保護(hù)塔頭間隙滿足絕緣配合的要求,往往將橫擔(dān)往轉(zhuǎn)角的外側(cè)伸長(zhǎng),致使其受屏蔽保護(hù)的性能變差,容易遭受雷擊。

3.山區(qū)線路存在"易擊段"。農(nóng)村線路通過(guò)的山區(qū),受地形、地貌、地質(zhì)、氣流等多種因素的影響,因而在某些地段雷云容易形成,而且云層較低,往往會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性雷擊閃絡(luò)。

為此,在線路運(yùn)行管理中應(yīng)認(rèn)真總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),對(duì)"易擊段"采取重點(diǎn)防雷保護(hù)措施。

4.耦合地線終端容易造成閃絡(luò)。線路的耦合地線既有分流作用,又增加了耦合系數(shù)。在耦合地線的終端處,桿塔另一側(cè)的耦合作用已失去。因此在同樣的雷電流下,絕緣子承受電壓高于兩側(cè)均有耦合地線的桿塔,所以容易造成閃絡(luò)。

5.桿塔接地電阻對(duì)雷擊閃絡(luò)的影響。據(jù)某線路運(yùn)行資料分析,桿塔接地電阻在30Ω以上的,發(fā)生雷擊閃絡(luò)約占50%以上,而接地電阻在30Ω以下的,發(fā)生雷擊閃絡(luò)約占25%。

6.山區(qū)線路雷擊的跳閘率大于平原。據(jù)農(nóng)網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料表明,山區(qū)線路的雷擊跳閘率的比例,大大超過(guò)平原地區(qū)線路的雷擊跳閘率,這是山區(qū)地形所造成的。

二、減少雷擊閃絡(luò)的防護(hù)措施

農(nóng)網(wǎng)遭受雷擊閃絡(luò)而跳閘的相關(guān)因素較多,為此必須因地制宜采取綜合措施來(lái)減少雷擊閃絡(luò)的跳閘,為農(nóng)網(wǎng)的安全運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。

1.農(nóng)村線路的設(shè)計(jì)應(yīng)注重防雷。農(nóng)村輸電線路的防雷應(yīng)從設(shè)計(jì)抓起,在設(shè)計(jì)線路時(shí)要考慮山區(qū)多雷區(qū)運(yùn)行的特點(diǎn),有針對(duì)性采取相關(guān)的設(shè)計(jì)對(duì)策。在桿塔選型時(shí),不能單純套用一般通用設(shè)計(jì),而應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)囟嗬椎奶攸c(diǎn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),可采用雙避雷線保護(hù)。注重大跨越桿塔的保護(hù)角和轉(zhuǎn)角桿跳線的屏蔽。山區(qū)大高差大跨越檔距是線路耐雷的薄弱環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能避免形成大跨越檔距。如實(shí)在無(wú)法避免,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)防雷措施,以提高運(yùn)行的可靠性。

如線路桿塔遇有高電阻率土壤,其接地電阻難以滿足規(guī)程要求時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取接地延伸。

2.投運(yùn)線路的防雷措施：

〔1架設(shè)屏蔽。輸電線路避雷線的主要作用是減少雷電直擊導(dǎo)線,從已投運(yùn)線路的桿型看,大部分是套用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),對(duì)多雷區(qū)其保護(hù)角一般偏大,屏蔽性能較差。為此,對(duì)已投運(yùn)的線路,宜采取加強(qiáng)塔頭屏蔽措施,可架設(shè)塔頂屏蔽針保護(hù)；對(duì)轉(zhuǎn)角桿塔,轉(zhuǎn)角外側(cè)跳線也可加設(shè)橫向屏蔽針進(jìn)行保護(hù)。架設(shè)屏蔽針的桿塔,應(yīng)注意降低桿塔的接地電阻<R＜10Ω>。

〔2增加分流。雷擊桿塔后,入地電流將在塔身與接地電阻上產(chǎn)生高電壓,為此,增加分流可減少桿塔的反擊電位。一是加裝耦合地線,其作用是增加分流和增大地線與導(dǎo)線的耦合系數(shù)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：耦合地線作為防雷措施是成功的,但對(duì)耦合地線的終端桿塔,必須通過(guò)降低接地電阻或?qū)⒔拥伢w延伸等措施來(lái)加強(qiáng)防護(hù)。二是鋪設(shè)延伸接地。延伸接地可增加地中散流,而且對(duì)導(dǎo)線也有耦合作用,因而可減少雷電的反擊幾率。三是降低桿塔接地電阻,桿塔接地電阻與塔頂電位直接相關(guān),按規(guī)程要求,一般地區(qū)其接地電阻不大于10Ω,在土壤電阻率較高的山地也不宜大于25～30Ω。

〔3保護(hù)線路應(yīng)有的絕緣水平。各電壓等級(jí)的線路,保持其應(yīng)有的絕緣水平是線路安全運(yùn)行的基礎(chǔ),為此必須保護(hù)各條線路絕緣性能的良好。一是加強(qiáng)絕緣子質(zhì)量的全過(guò)程管理,以保證掛網(wǎng)運(yùn)行絕緣子質(zhì)量的良好。二是加強(qiáng)運(yùn)行絕緣子的零值檢測(cè)。三是及時(shí)更換掛