避雷针及避雷器（上）

1概述 雷云对大地放电通常分为先导放电和主放电2个阶段（见图1）。云——地之间的放电在开始时往往由雷云向地面发展．以逐级推进方式向下发展,平均发展速度为数百千米／秒．这种放电称为先导放电;当先导接近地面时,地面上一些高耸的物体（如铁塔、山顶、房屋建筑等）因周围电场强度达到了能使空气电离的程度,会发出向上的迎面先导;     

建筑物及电气设备防雷技术(2) 避雷针及避雷器(上)

<正>1概述雷云对大地放电通常分为先导放电和主放电2个阶段(见图1)。云——地之间的放电在开始时往往由雷云向地面发展,以逐级推进方式向下发展,平均发展速度为数百千米/秒,这种放电称为先导放电;当先导接近地面时,地面上一些高耸的物体(如铁塔、山顶、房屋建筑等)因周     

雷云对地的闪络

一、雷击放电的形式 1.术语的定义通常在雷云的底层带负电荷,雷云的上层带正电荷。雷云中占优势的电荷决定了雷电流的极性。因此,正雷云对地放电称为正极性闪络,而负雷云对地放电称为负极性闪络。正极性闪络时雷云流向地中的是正电流,负极性闪络雷云流向地中的是负电流。由雷云对地发展的先导叫自上而下的先导。由地面对雷云发展的先导叫自下而上的先导。地面(或接地物)向上的先导与雷云向下的先导相遇而使雷云向地放电,这种形式的先导称为向上的连接先导。对雷云下电场极性的定义不完全一致。本书中把正雷云下的电场定为正极性。正电     

500kV避雷线异常发热缺陷原因分析及处理

<正>输电线路避雷线是送电线路的重要防雷措施,其能引雷于自身,保护线路不受雷击。当雷云放电接近地面时,避雷线使地面电场发生畸变,在其周围形成局部电场强度集中的空间,以影响雷电先导放电的发展方向,引导雷电向避雷线放电,再通过与避雷线相连的接地装置将雷电流引入大地,从而使导线受到保护。避雷线除用作防雷外,还有多方面的作用。如通信、降低不对称短路时工频过电压、减小潜供电流、作为屏蔽线以降低电力线对通信线     

避雷针防雷安全的技术分析

避雷针原理按照通常的解释,就是避雷针的作用像雨伞为人们遮雨一样,覆盖着它一定范围内的建筑设施,一旦有雷电进入到了这个伞状的范围,雷电就会被避雷针吸引过来,再通过本体泄入大地,从而使伞状以下的建筑不被雷击(如附图)。但究竟是否如此,避雷针防雷、避电作用怎样?避得效果如何?这里本人从基本原理上阐述一些看法。一般来说空中带电的雷云,在没有与其他异性带电物体放电时,只是带电的云团(雷云),它所带的电能也只是静电,只有在它与异性带电物体接触或击穿放电时,才形成了所见到的闪电、声响,即雷电现象。雷云放电的条件是:①雷云与被放电…     

问与答

卫星地面天线的防雷与接地——答读者问问1:雷电是怎样形成的?答:雷电放电是带电荷的雷云引起的放电现象。在某种大气和大地条件下     

导体消雷器的研制与应用

1 导体消雷器的特点 导体消雷器是70年代在美国出现的一种新型防雷害装置, 它通过本身的结构功能,可以改善雷云电场在消雷器附近空间的分布状况、当雷云电场接近时,消雷器的多根导体尖端上产生异性电荷,与雷云电场相互作用,将雷电先导首端电荷予以中和,从而消除发生在消雷器附近的下行雷电先导的发展,并抑制绝大部分上行雷电先导的形成,使其不致形成对地雷击.这就是导体消雷器的主要特点.它与传统的避雷针(线)是完全不同原理,导体消雷器是主动去消除雷电和驱雷,雷击可以避免,而传统的避雷针(线)是主动去迎雷、引雷,雷击不可避免.     

电晕空间电荷对特高压直流输电线路地线雷电屏蔽性能的影响

受雷云电场和直流工作电压的叠加作用,导地线因电晕放电产生大量正、负离子积聚在线路附近形成空间电荷层。为研究电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击性能的影响,建立了雷云电场作用下线路电晕空间电荷分布的数值计算模型,并耦合雷电先导发展模型,计算获得了典型±1100 kV特高压直流输电线路的地线雷电上行先导放电特性和雷电击距,定量分析了电晕空间电荷对特高压直流输电线路地线雷电上行先导起始时刻、放电电流和长度的影响。通过计算电晕空间电荷作用下地线的雷电击距和暴露弧,得出在平原地区仍可通过采用负保护角配置,有效降低线路的雷电绕击概率,未来需进一步研究山区地形下电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击性能的影响规律。     

负极性雷击下地面物体上行先导稳定起始的初始流注动态临界长度判据

厘清雷击作用下地面物体上行先导的起始物理机制,是防雷系统分析设计以及提升防护性能的重要基础。在现有先导发展模型基础上,该文纳入雷电下行先导发展速度对上行先导起始的影响作用,给出单位长度上行先导发展所需电荷量与先导发展速度的关系,并改进稳定先导的起始条件,建立负极性雷击下的上行先导发展模型。通过模拟风电机组不同位置的上行先导起始情况,指出稳定上行先导起始时,其初始流注长度存在某个临界值。由此提出判别稳定先导起始的初始流注动态临界长度判据,即地面物体附近空间背景电势曲线和流注区域电势曲线的交点横坐标(初始流注长度)超过临界值时,稳定上行先导起始。长间隙放电与实际雷电观测结果验证了该判据的有效性和正确性。该判据显著简化了上行先导起始的判断过程,拓展了现有平均背景电场判据和临界长度判据的概念,并指出动态临界长度受雷电下行先导发展速度和雷电流峰值的共同影响。通过与已有上行先导起始判据的交互比较发现,所提判据能更好地模拟地面高大物体(如风电机组)的上行先导起始过程,可为雷击防护系统优化设计提供理论和方法依据。     

正极性上行先导特性的模拟试验方法

开展负极性雷电地闪过程中地面物体正极性上行先导特性的模拟试验研究是完善雷电屏蔽分析模型的基础,选择正确的模拟试验方法十分必要。分析了采用棒–棒、棒–板及板–棒等典型放电间隙结构的模拟试验方法的电场特征,研究了各种方法获得的正极性先导特性,并通过与自然雷电下的电场特征及上行先导特性进行对比,评价了各模拟试验方法的等价性。结果表明:采用棒–棒间隙和棒–板间隙无法模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性;采用板–棒间隙可以模拟自然雷电下地面物体附近的电场空间分布特性,但传统的冲击电压发生器无法产生与自然雷电下行先导趋近地面过程中电场时变规律相同的冲击电压。因此,提出了研发一种基于电力电子技术、能够模拟自然雷电下电场时变规律的高压任意波形发生器,并结合板–棒间隙结构,形成正确有效的正极性上行先导特性模拟试验方法。     

浅析与传统雷击电流流向理论的分歧

雷击电流Ij是否经过建筑物流向所谓“大地电位零点”,TT接地型式无SPD安全运行几十年的实践作了鉴别:Ij不流经建筑物。江苏某油罐埋入地下未被雷击,移至地面上被雷击。这说明雷击对象是产生感应电荷能力强的物体,即导体且与周围物体相比又是比较高的:如金属罐之类顶面虽然面积不大,但很容易产生感应电荷来加强雷云先导通道与屋面之间的场强E。导体自身存在可以逃逸或接收自由电荷:只有这样才能形成加强雷云与建筑物屋面之间场强的正反馈。足球运动员被雷击说明足球场产生感应电荷能力强,人在空旷地成为避雷针。钢筋混凝土建筑物的屋面不…     

雷云下空间电荷对直流输电线路上行先导起始特性的影响

以往在分析直流输电线路上行先导的起始过程时,一般只考虑了雷云、下行先导以及直流运行电压对输电线路附近电场的影响,而未充分考虑输电线路周围早已存在的空间电荷对原来电场所带来的畸变。为此,对上行先导起始前的一系列放电过程进行了研究,包括雷云所导致的地表空间电荷层、直流运行电压所引起的离子流电荷层等,并比较了这些过程对上行先导起始特性的影响。分析发现,上行先导起始前线路周围空间电荷的分布主要决定于运行电压及雷云,2者在输电线路周围所产生的空间电荷密度可超过10 nC/m3;相对来说,因雷云所导致的空间电荷层的电荷密度只有约1 nC/m3,故雷云对上行先导起始的影响可以忽略不计;另外,因下行先导只有在发展至较低高度时,才能产生与运行电压、雷云相当的影响,故下行先导对空间电荷分布的作用甚微。基于上述分析,建立了考虑离子流影响后的上行先导起始模型,并对实际的上行先导起始过程进行了仿真。与传统模型比较发现,考虑离子流影响后,下行先导必须发展至更低的高度才能使导线周围电场强度满足上行先导起始条件,导致上行先导的起始时间延后,这说明了直流输电线路的离子流有碍上行先导的起始。     

25～100 MHz频段闪电脉冲辐射能量频谱特征

对闪电不同放电过程中辐射能量频谱特征的观测分析结果表明，经25MHz高通滤波器对闪电辐射能量的低频成分抑制后，所得到闪电不同放电过程期间的宽带辐射信号，其能量谱分布有较大的差异，在25－100Mhz频段内，地闪较低频段的辐射强于云闪、云闪、地闪预击穿过程 和K变化过程峰值辐射能量处于相对较高的频段，表明这些过程可能以较小尺度的放电为主要特征：梯级先导和直窜先导过程初始阶段辐射能量主要集中在较高频段，而接近地面时则集中在较低频段，表明先导在向地面发展过程中放电尺度逐渐增大。     

负极性雷云电场下棒电极电晕放电模拟实验

为研究雷云电场作用下地面目标物尖端电晕放电过程及其形成电场条件,设计了板棒分离式板-棒板放电电极结构,模拟雷暴电场作用下避雷针尖端附近电场的空间分布,与实验回路、观测系统共同构成了模拟雷暴过程避雷针尖端放电实验综合观测平台。实验获取了雷云背景电场下棒电极尖端电晕放电过程与不同类型电晕的放电特征。根据实验结果,得出了板-棒板间隙下不同电晕类型形成的电场判据,可为雷暴过程中避雷针的电晕空间电荷对防雷性能影响研究提供数据支撑。     

湿度对雷云电场作用下特高压地线表面电晕放电过程的影响

雷云电场下空气湿度对地线表面电晕放电过程的作用，会影响特高压交流输电线路的雷电屏蔽性能。为此，建立雷云电场下特高压输电线路双地线表面电晕放电模型并试验验证，模拟不同绝对湿度条件下地线表面正离子、气溶胶离子和中性粒子的漂移扩散过程，探究湿度对地线表面电晕放电过程的影响机制，分析湿度对地线接闪性能的影响规律。仿真结果表明：随着雷云电场的增大，空间正离子浓度不断增大并呈对称椭圆分布，地线表面电流增大，最大值为7.47μA·m-1；随着空气湿度增大，空间正离子浓度减小，浓度最大值仅相差4%，地线表面电晕电流减小，地线表面电晕放电起始时间延迟，且在雷云电场下参与定向排列水分子数量增多，地线周围电场强度增强，有利于地线表面上行先导起始，提高地线接闪性能。     

雷电先导放电的三维数值模拟与应用

雷电先导放电的数值模拟是反映雷电先导发展和雷击规律的一种重要手段。为提高雷电先导放电三维数值模拟的空间分辨率,将修正的介质击穿模型与计算区域的边界条件相结合,建立了一种具有双概率指数和双击穿发展阈值的雷电双向先导发展概率模式,实现了雷电先导放电在50m空间分辨率的三维数值模拟。通过比较自然界中雷电放电与模拟结果的分形维数和先导临近时地面电场峰值的增强情况,验证了该模拟方法的合理性。最后应用上述数值模拟技术,并结合数值内插方法建立了地面防雷装置防护性能的评估模型(空间分辨率为1m),分析了单根避雷针系统附近的雷击概率分布及其保护范围,其结果与折线法规定的保护范围基本一致。     

基于先导放电理论的雷击上行先导起始研究

作为输电线路雷电屏蔽分析模型中的关键物理过程,关于上行先导起始机制及其判据的研究尚待深入。基于先导放电物理机制,建立了导线表面稳定上行先导起始仿真模型,并利用模拟电荷法计算分析了导线周围电场分布特征。结果表明,稳定先导起始时,导线周围平均电场强度达到流注场强的区域几乎不受雷电参数和导线参数的影响,由此提出一种上行先导起始新判据,即当线路周围一定区域内的平均电场强度达到流注场强时,稳定连续的上行先导起始。长间隙放电观测结果及对国内外典型线路雷电屏蔽性能的计算结果与运行数据相符,验证了该判据的有效性。通过与以往上行先导起始判据的比较分析,指出已有的输电线路先导起始判据可能会夸大上行先导的引雷作用。     

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展EI北大核心CSCD

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

特高压电网的雷电过电压与保护

<正>1雷电过电压雷电放电的物理过程很复杂,但从防雷保护的工程角度,可以把它看成是沿着一条存在波阻抗的雷电通道向地物传播的电磁波过程。雷电过电压是雷云放电时在输电线路导线或电气设备上所形成的过电压