可控放电避雷针原理.doc

可控放电避雷针 一、概述 可控放电避雷针是国网武汉高压研究院经长期防雷研究和大量的高压试验而取得的必威体育精装版研究成果。 该针以变化缓慢的小电流上行雷闪放电形式释放雷云电荷，避免强烈的下行雷闪放电危害为设计基础。通过数千次高压放电试验证实它引发的是上行雷，具有保护可靠性能高、范围大，且不受保护物高度影响等特点。经专家评议认为：原理正确，设计思想新颖，保护性能好，是一种有广泛应用前景的直击雷防护装置。 在选用和安装前请详细阅读本说明书。 二、富兰克林避雷针的局限性 自1749年美国人富兰克林发明避雷针（称传统避雷针）以来已有250多年的历史，截止目前最常用的避雷方法基本上还是采用避雷针（避雷线）。它的原理是：利用自身高度使雷云下的电场发生畸变将雷击放电引到避雷针上。这种方式尽管简单，但存在许多缺陷。 保护范围不肯定，有绕击发生 大量的研究及实践证明，一根垂直避雷针无法获得一个肯定的安全保护区。例如，1964年7月沈阳某微波站遭到雷击，雷击点在距避雷针顶部下面4m的地方；莫斯科537m高的电视塔，雷曾绕击塔下200m的塔身，甚至打到离塔水平距离150m的地面上。事实上，对于避雷针的保护范围并未得到科学界的公认，现行规程中的保护范围可以是用来决定避雷针高度与数目的工程方法，雷绕开避雷针而直接击在被保护物上的事件是屡见不鲜的，大量运行经验表明，避雷针的绕击率大约在1%左右，可见使用避雷针时被保护物遭受雷击的危险性还是很大的。 有反击发生 避雷针把雷引到自身的顶部后，其强大的雷电流在入地时，如果接地电阻或引下线的阻抗过高或是避雷针对保护物之间的距离小于安全距离时，会形成高电压，造成避雷针及引下线对保护物的反击。我国过电压规程规定，避雷针对被保护物的空间距离SK≥5m，避雷针对保护物的接地装置间的地中距离Sa≥3m。实际上绝大多数现场应用是难以做到这点的。各种电力线、电话线、广播线、天线对避雷针及引下线的距离过近易发生绝缘击穿而损坏；另一方面，有些装置避雷针的接地网腐蚀严重，其电阻高达几十欧（规程要求≤10Ω），这也会造成反击。 传统避雷针会引起感应过电压 在强大的雷电流（数十千安～上百千安）以极快的速度（微秒级）沿避雷针及引下线进入地中的过程中，会在被保护物上形成感应过电压而造成事故。 当避雷针附近有一开口的金属环（如房屋的钢筋没焊好或其它原因造成开口），在开口处会产生电磁感应过电压，使开口处产生火花放电，造成易燃品起火，特别是油库、液化气库、火药库等起火爆炸。此外，还会产生静电感应过电压。 感应过电压造成的事故是很多的，如南方某炼油厂1000m3的半地下式油罐，上面覆盖有0.5m厚的土层、设有独立避雷针保护。1975 年5月的一次雷击，造成整个油罐起火爆炸，1989年8月山东黄岛油 库的起火据分析也是由感应雷造成的。对架空输电线路，当50m以外落雷时，感应过电压一般可达250～500kV，甚至更高，这也会造成部分输电线路跳闸。 有接触电压及跨步电压 当雷击避雷针时，如果有人站在附近地面上而人接触针基或引下线时会受到很高的接触电压，危及人身安全。由于强大的雷电流在地中扩散时会在地面上沿半径点形成不同电位，所以附近的人（畜）两脚会受到很高的跨步电压，这对生命构成危险。例如：我国南宁郊区雷击楼柱，二楼紧靠柱子6人皆死，楼下人距柱子2m多被击昏。为了避免接触电压及跨步电压的危害，人畜应该离开避雷针尽可能远一点（5m以上）。 传统避雷针特别不适合保护弱电设备 随着微电子的发展和电子元器件的广泛使用，例如：计算机系统、无线及微波通讯系统、广播电视系统、电子导航系统供电控制系统、气象雷达系统、航空航天技术……由于雷暴造成这些系统的电子元器件损坏的矛盾日益突出，人们发现，往往在经过雷暴日后，大量的电子元器件不明不白地损坏了或造成控制设备的误动作，造成损失。 由于传统避雷针在防雷中有以上种种缺陷，所以传统避雷针特别不适宜用来保护易燃、易爆品及弱电设备，也不适宜安装在高土壤电阻率的地方。 可控放电避雷针正是为克服富兰克林避雷针的以上缺点而研制开发的新型直击雷防护装置。 放电避雷针的保护原理 雷云对地面物体放电不外乎以下两种方式：上行雷闪和下行雷闪。 一般来说，下行雷闪时，先导自上而下发展，主放电过程发生在地面（或地面物体）附近，所以电荷供应充分，放电过程来得迅速，造成雷电流幅值大（平均值为30—44kA），陡度高（24—40kA/μs）；上行雷闪，一般没有自上而下的主放电，它的放电电流由不断向上发展的先导过程产生，即使有主放电因雷云向主放电通道供应电荷困难，所以放电电流幅值小（平均小于7kA），且陡度低（小于5kA/μs）。 上行雷闪不仅雷击电流幅值小陡度低而且不绕击。这是因为上行雷闪先导是自下而上发展的，该先导或者直接进入雷云电荷中心，或者拦截自雷云