雷電過電壓

雷電過電壓也稱外部過電壓，是由于電力系統(tǒng)中的設備或建筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷電沖擊波的電壓幅值可高達1億伏，其電流幅值可高達幾十萬安，因此對系統(tǒng)危害極大，必須加以防護。

雷電過電壓又分為直擊雷過電壓、感應雷過電壓、侵入雷過電壓。

(1)直擊雷過電壓。

當雷電直接擊中電氣設備、線路或建筑物時，強大的雷電流通過其流入大地，在被擊物上產(chǎn)生較高的電位降，稱為直擊雷過電壓。

基本防護措施就是將雷電接閃并泄放到大地。

(2)感應雷過電壓。

1)靜電感應。當線路或設備附近發(fā)生雷云放電時，雖然雷電流沒有直接擊中線路或設備，但在導線上會感應出大量的和雷云極性相反的束縛電荷，當雷云對大地上其他目標放電后，雷云中所帶電荷迅速消失，導線上的感應電荷就會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)過電壓，稱為靜電感應過電壓。

2)電磁感應。由于雷電流有極大的峰值和陡度，在它周圍有強大的變化電磁場，處在此電磁場中的導體會感應出極大的電動勢，使有氣隙的導體之間放電，產(chǎn)生火花，引起火災。

基本防護措施是將金屬體連通并接地，等電位就可消除彼此的電動勢差。

(3)侵入雷過電壓。

是由于線路、金屬管道等遭受直接雷擊或感應雷而產(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。

基本防護措施是線纜入建筑物的外皮接地及適時設置浪涌保護器。

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物體，頂端形成局部電場強度集中的空間，可將雷電吸引過來擊于避雷針和避雷線，并通過自身接地裝置使雷電流泄人大地，起到保護作用。為了使雷電流安全泄人大地，要求避雷針和避雷線應有良好的接地裝置。

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

(2)避雷器

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

雷電過電壓來自于雷云放電。但對于雷云荷電的機理的研究還很不夠，有些假說和理論還缺乏可靠的確證。一般認為，雷云電荷是局限在大量分散的水性質(zhì)點（如水滴、冰粒、雪片等）上的，而不是獨立的自由活動的離子和電子。水性質(zhì)點最強烈的荷電過程與它們轉(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程有關(guān)。帶有異號電荷的水性質(zhì)點的分離，可能是由于它們在強烈氣流和地球引力場作用下具有不同的空氣動力學特性，由此，在雷云的不同部位積累了異號電荷，在這些部位之間產(chǎn)生了電場，水性質(zhì)點在該電場中的極化又可能促進了雷云的荷電過程，其綜合效果是造成相當強的產(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展到幾公里，并將雷云電荷在垂直方向分離成兩個大的電荷中心。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幾百庫侖。總電荷中只有一部分是通過閃電流入大地的，與此同時，也有云間和云內(nèi)放電。

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

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

①熱效應。雷電產(chǎn)生強大電流，瞬間通過物體時產(chǎn)生高溫，引起燃燒、熔化、汽化，燒毀設備，引起火災。

②電磁效應。放電時在導體上產(chǎn)生靜電感應和電磁感應，產(chǎn)生火花而引起火災或爆炸，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備（雷電波侵入）。

③機械效應，雷電通過導體時產(chǎn)生沖擊性電動力，導體常發(fā)生炸裂、劈開。

?雷云對電力架空線路的桿塔頂部放電，或者雷云對電力架空線路桿塔頂部的避雷線放電，這時雷電流經(jīng)桿塔入地。雷電流流經(jīng)桿塔入地時，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，這個高電位作用于線路的導線絕緣子上，如果電壓足夠高，有可能產(chǎn)生擊穿，對導線放電，這種情況稱為雷電反擊過電壓 。?

?因直接雷擊或感應雷擊在輸電線路導線中形成迅速流動的電荷稱它為雷電進行波。雷電進行波對其前進道路上的電氣設備構(gòu)成威脅，因此也稱為雷電侵入波。一般的變電所，如果有架空進出線，則必須考慮對雷電侵入波的預防。雷電侵入波對電氣設備的嚴重威脅還在于：當雷電侵入波前行時，例如遇到處于分閘狀態(tài)的線路開關(guān)，或者來到變壓器線圈尾端中性點處，則會產(chǎn)生進行波的全反射。這個反射與侵入波迭加，過電壓增高一倍，極容易造成擊穿事故 。

過電壓一般分成兩大類：雷電過電壓和內(nèi)部過電壓。

雷電過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電壓或外部過電壓。

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

在輸電線路附近有雷云，當雷云處于先導放電階段，先導通道中的電荷對輸電線路產(chǎn)生靜電感應，將與雷云異性的電荷由導線兩端拉到靠近先導放電的一段導線上成為束縛電荷。雷云在主放電階段先導通道中的電荷迅速中和，這時輸電線路導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)流動而造成的過電壓為感應過電壓。