山区架空线路雷击机理.docx

山区架空线路雷击机理研究 2.1 雷雨云的形成与发展 配电线路因绝缘水平低下，特别是山区配电线路，极易遭受直击雷和感应雷的影响造成线路跳闸。直击雷和感应雷都与带电的云层存在分不开，带电的云层称为雷雨云。由于大气的剧烈运动，引起静电摩擦和其他电离作用，使云团内部产生了大量的带正、负电荷的带电离子，在空间电场力的作用下，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部积累正电荷，下部积累负电荷（或者相反），云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷雨云。雷雨云的成因主要来自于大气的运动，当雷雨云在天空移动时，在其下方的地面上会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影[12]。如图2-1。 图2-1 雷雨云带电图 雷雨云中产生雷暴，雷暴是发展旺盛的强对流现象，是伴有强风骤雨、雷鸣闪电的积雨云系统的统称。雷暴是由水平尺度几公里到十几公里的称之雷暴单体（细胞）的积雨云所形成，在地面观测中，可以通过是否出现闪电（光～闪和声～雷） 来识别雷雨云，一旦出现有闪电，就认定是雷雨云，它是确定雷暴的唯一标准，否则就不是雷雨云。 雷暴出现带来强降水、大风、光、强电场和强电流、雷、声、电磁脉冲辐射、天电、无线电噪声等。一方面它可以造成洪涝灾害，另一方面也会形成强电流强电场造成配电线路断线和跳闸故障，影响供电可靠性，因此对雷害的研究和分析有重要意义。 2.2 雷电基本参数 雷击次数、雷击时间、雷击点的经纬度、雷电极性、雷电流幅值以及回击次数是雷电地位系统测量的基础数据。通过对以上基础数据的分析，还可以得到地区雷暴日、雷暴小时、以及地闪密度等参数[13-14]。 2.1.1雷击次数 雷击次数指的是地面落雷次数，雷电定位系统通常以年落雷次数作为统计对象。雷击次数一定程度上表征了区域遭受雷击程度的严重程度，其值大小与诸多因素有关，如地形地貌，环境因素以及气象条件等许多自然因素，因而表征雷电特性的各种参数就带有统计的性质。 2.1.2雷电极性 根据各国的实测数据，负极性雷占75%～90%。再加上负极性过电压波沿线路传播时衰减较少较慢，因而对设备绝缘的危害较大。故在防雷中一般将雷电按负极性考虑。 2.1.3雷电流幅值 雷电的强度可用雷电流幅值I来表示。由于雷电流的大小除了与雷云中电荷数量有关外，还与被击物体的波阻抗或接地电阻的量值有关，所以通常把雷电流定义为雷击于低接地电阻（≤30Ω）的物体时流过雷击点的电流。由于其表示了雷电强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，所以是最重要的雷电参数，也是人们研究最多的一个雷电参数。雷电流幅值与气象、自然条件等有关，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。根据我国长期进行的大量实验结果，在一般地区雷电流幅值可按式（2-1）计算： （2-1） 式中，是雷电流幅值，kA；是雷电流超过幅值的概率。例如，雷击时出现大于108kA的雷电流幅值的概率约为10%。 在我国西北、内蒙古等雷电活动较弱的地区，雷电流幅值概率公式修正为式（2-2）。 (2-2) 2.1.4回击次数 回击次数即后续放电次数。后续回击是指在雷击首次放电发生后一秒钟间隔里通过同一闪击通道出现在地面同一点或邻近点的云地放电。雷电定位系统定位计算模型对雷击后续回击定义：时间间隔1秒钟、范围10km内的云地放电集。雷电定位系统对每次后续回击进行测量，因此后续回击与首次雷击放电同样的测量数据，即每次回击发生时间、位置、雷电流幅值和极性。 2.1.5雷暴日及雷暴小时 评价一个地区雷电活动的多少通常以该地区多年统计所得到的平均出现雷暴的天数或小时数作为指标。雷暴日是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均几位一个雷暴日。雷暴小时是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即记为一个雷电小时。我国统计表明，一个雷暴日可大致折合为三个雷暴小时。 各个地区的雷暴日数或雷暴小时数可有很大的差别，它们不但与该地区所在纬度有关，而且也于当地的气候条件、地形地貌等因素有关。通常雷暴日数等于15以下的地区被认为是少雷区、超过40的地区为多雷区、超过90的地区及运行经验表明雷害特别严重的地区为特殊强雷区。在防雷设计中，应根据雷暴日数的多少因地制宜。 2.1.6地闪密度 雷暴日或雷暴小时仅仅表示某一地区雷电活动的频度，它并没有区分是雷云之间的放电、还是雷云对地面的放电。从防雷的观点出发，最重要的是后一种雷击的次数，即实际上防雷需要知道有多少雷落到地面上，这就需要引入地闪密度这一参数。地闪密度表示每平方公里地面在一个雷暴日中受到的平均雷击次数。我国标准对40雷暴日的地区选取落雷密度为0.07。运行经验同时得出两条计算落雷密度的公式，雷击密度与雷电日、雷电小时的相互关系为： (2-3)