雷電過(guò)電壓防護(hù)裝置

防雷裝置主要包括避雷針、避雷線和避雷器。

(1)避雷針和避雷線

直擊雷的防護(hù)措施通常采用接地良好的避雷針或避雷線。避雷針和避雷線在空間位置上高于被保護(hù)物體，頂端形成局部電場(chǎng)強(qiáng)度集中的空間，可將雷電吸引過(guò)來(lái)?yè)粲诒芾揍樅捅芾拙€，并通過(guò)自身接地裝置使雷電流泄人大地，起到保護(hù)作用。為了使雷電流安全泄人大地，要求避雷針和避雷線應(yīng)有良好的接地裝置。

另外，當(dāng)強(qiáng)大的雷電流泄人大地時(shí)，必然在避雷針、線或接地裝置上產(chǎn)生幅值很高的過(guò)電壓，有可能使它們與被保護(hù)物之間的間隙擊穿(稱為反擊)。為了防止反擊，避雷針、避雷線與被保護(hù)物之間應(yīng)保持一定的距離。

(2)避雷器

避雷針和避雷線能避免被保護(hù)設(shè)備遭受雷電直擊，但是不能限制因雷擊引起的過(guò)電壓。避雷器能把電氣設(shè)備上的過(guò)電壓限制在一定范圍內(nèi)，從而防止過(guò)電壓損壞設(shè)備。避雷器使用時(shí)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)避雷器的動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器將先于被保護(hù)設(shè)備放電，強(qiáng)大的沖擊電流泄人大地，從而限制了過(guò)電壓。避雷器放電后，又立即能恢復(fù)其正常的絕緣狀態(tài)，使系統(tǒng)正常工作。

當(dāng)雷電放電時(shí)，強(qiáng)大的雷電流將通過(guò)地面E的被擊物，其熱破環(huán)作用和機(jī)械力破壞作用都非常大，同時(shí)還能在鄰近的線路上感應(yīng)出數(shù)值很高的過(guò)電壓，這些過(guò)高電壓會(huì)流竄到供電系統(tǒng)中造成更大的危害，其主要表現(xiàn)如下：

①熱效應(yīng)。雷電產(chǎn)生強(qiáng)大電流，瞬間通過(guò)物體時(shí)產(chǎn)生高溫，引起燃燒、熔化、汽化，燒毀設(shè)備，引起火災(zāi)。

②電磁效應(yīng)。放電時(shí)在導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，產(chǎn)生火花而引起火災(zāi)或爆炸，或雷電流泄入大地造成“跨步電壓”引起人畜傷亡；雷電沿著架牽線路或金屬管道侵入室內(nèi)，危及人身安全和損壞設(shè)備（雷電波侵入）。

③機(jī)械效應(yīng)，雷電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生沖擊性電動(dòng)力，導(dǎo)體常發(fā)生炸裂、劈開(kāi)。

雷電過(guò)電壓也稱外部過(guò)電壓，是由于電力系統(tǒng)中的設(shè)備或建筑物遭受來(lái)自大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓。雷電沖擊波的電壓幅值可高達(dá)1億伏，其電流幅值可高達(dá)幾十萬(wàn)安，因此對(duì)系統(tǒng)危害極大，必須加以防護(hù)。

雷電過(guò)電壓又分為直擊雷過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓、侵入雷過(guò)電壓。

(1)直擊雷過(guò)電壓。

當(dāng)雷電直接擊中電氣設(shè)備、線路或建筑物時(shí)，強(qiáng)大的雷電流通過(guò)其流入大地，在被擊物上產(chǎn)生較高的電位降，稱為直擊雷過(guò)電壓。

基本防護(hù)措施就是將雷電接閃并泄放到大地。

(2)感應(yīng)雷過(guò)電壓。

1)靜電感應(yīng)。當(dāng)線路或設(shè)備附近發(fā)生雷云放電時(shí)，雖然雷電流沒(méi)有直接擊中線路或設(shè)備，但在導(dǎo)線上會(huì)感應(yīng)出大量的和雷云極性相反的束縛電荷，當(dāng)雷云對(duì)大地上其他目標(biāo)放電后，雷云中所帶電荷迅速消失，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷就會(huì)失去雷云電荷的束縛而成為自由電荷，并以光速向?qū)Ь€兩端急速涌去，從而出現(xiàn)過(guò)電壓，稱為靜電感應(yīng)過(guò)電壓。

2)電磁感應(yīng)。由于雷電流有極大的峰值和陡度，在它周?chē)袕?qiáng)大的變化電磁場(chǎng)，處在此電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出極大的電動(dòng)勢(shì)，使有氣隙的導(dǎo)體之間放電，產(chǎn)生火花，引起火災(zāi)。

基本防護(hù)措施是將金屬體連通并接地，等電位就可消除彼此的電動(dòng)勢(shì)差。

(3)侵入雷過(guò)電壓。

是由于線路、金屬管道等遭受直接雷擊或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的雷電波，沿線路、金屬管道等侵入變配電所或建筑物而造成。

基本防護(hù)措施是線纜入建筑物的外皮接地及適時(shí)設(shè)置浪涌保護(hù)器。

雷電過(guò)電壓來(lái)自于雷云放電。但對(duì)于雷云荷電的機(jī)理的研究還很不夠，有些假說(shuō)和理論還缺乏可靠的確證。一般認(rèn)為，雷云電荷是局限在大量分散的水性質(zhì)點(diǎn)（如水滴、冰粒、雪片等）上的，而不是獨(dú)立的自由活動(dòng)的離子和電子。水性質(zhì)點(diǎn)最強(qiáng)烈的荷電過(guò)程與它們轉(zhuǎn)換到不同的存在狀態(tài)有關(guān)，也與它們吸收離子、相互撞擊、被破碎分裂或被融合等過(guò)程有關(guān)。帶有異號(hào)電荷的水性質(zhì)點(diǎn)的分離，可能是由于它們?cè)趶?qiáng)烈氣流和地球引力場(chǎng)作用下具有不同的空氣動(dòng)力學(xué)特性，由此，在雷云的不同部位積累了異號(hào)電荷，在這些部位之間產(chǎn)生了電場(chǎng)，水性質(zhì)點(diǎn)在該電場(chǎng)中的極化又可能促進(jìn)了雷云的荷電過(guò)程，其綜合效果是造成相當(dāng)強(qiáng)的產(chǎn)生和分離電荷的能力，使得雷云主要荷電部分的橫向范圍擴(kuò)展到幾公里，并將雷云電荷在垂直方向分離成兩個(gè)大的電荷中心。不同極性雷云主要部分的電荷量接近相等；不同雷云中的電荷量可能相差很大，一般雷云中的電荷量達(dá)幾百庫(kù)侖。總電荷中只有一部分是通過(guò)閃電流入大地的，與此同時(shí)，也有云間和云內(nèi)放電。

雷電過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱為雷電沖擊波。其特點(diǎn)是：幅值大，頻率高。

?雷云對(duì)電力架空線路的桿塔頂部放電，或者雷云對(duì)電力架空線路桿塔頂部的避雷線放電，這時(shí)雷電流經(jīng)桿塔入地。雷電流流經(jīng)桿塔入地時(shí)，在桿塔阻抗和接地裝置阻抗上存在電壓降。因此，桿塔頂部出現(xiàn)高電位，這個(gè)高電位作用于線路的導(dǎo)線絕緣子上，如果電壓足夠高，有可能產(chǎn)生擊穿，對(duì)導(dǎo)線放電，這種情況稱為雷電反擊過(guò)電壓 。?

?因直接雷擊或感應(yīng)雷擊在輸電線路導(dǎo)線中形成迅速流動(dòng)的電荷稱它為雷電進(jìn)行波。雷電進(jìn)行波對(duì)其前進(jìn)道路上的電氣設(shè)備構(gòu)成威脅，因此也稱為雷電侵入波。一般的變電所，如果有架空進(jìn)出線，則必須考慮對(duì)雷電侵入波的預(yù)防。雷電侵入波對(duì)電氣設(shè)備的嚴(yán)重威脅還在于：當(dāng)雷電侵入波前行時(shí)，例如遇到處于分閘狀態(tài)的線路開(kāi)關(guān)，或者來(lái)到變壓器線圈尾端中性點(diǎn)處，則會(huì)產(chǎn)生進(jìn)行波的全反射。這個(gè)反射與侵入波迭加，過(guò)電壓增高一倍，極容易造成擊穿事故 。

過(guò)電壓一般分成兩大類(lèi)：雷電過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓。

雷電過(guò)電壓與氣象條件有關(guān)，是外部原因造成的，因此又稱之為大氣過(guò)電壓或外部過(guò)電壓。

雷電過(guò)電壓一般分成：直接雷擊過(guò)電壓、雷電反擊過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓和雷電侵入波過(guò)電壓。

在輸電線路附近有雷云，當(dāng)雷云處于先導(dǎo)放電階段，先導(dǎo)通道中的電荷對(duì)輸電線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)，將與雷云異性的電荷由導(dǎo)線兩端拉到靠近先導(dǎo)放電的一段導(dǎo)線上成為束縛電荷。雷云在主放電階段先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，這時(shí)輸電線路導(dǎo)線上原有束縛電荷立即轉(zhuǎn)為自由電荷，自由電荷向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)而造成的過(guò)電壓為感應(yīng)過(guò)電壓。