雷电种类及城轨避雷保护城市轨道交通高电压设备测试

《城市轨道交通高电压设备测试》5.1雷电种类及城轨避雷保护

主讲人：何发武（副教授）1、大自然中的雷电活动

在全球范围内，雷电发生频率是很高的，任何时刻大约有2000个地点遇上雷暴，每秒钟就有上百次雷电，每天约有800多万次雷电，一年中平均发生30多亿次雷电，每次闪电在微秒级的瞬间释放出约55kW.h的能量。森林火灾有50％以上因雷电引发；人们居住生活的建筑物屡遭雷击破坏；电力、石化等工业设施常因雷击而发生灾难性事故。视频：雷暴

太空中看地球上的雷电活动雷电的产生1、大自然中的雷电活动1、大自然中的雷电活动雷电对牵引供电系统的危害某线2009年雷击跳闸占全年跳闸率的54%，多年来雷击共损坏接触网支柱109根、绝缘子97处、接触网承力索脱落3次；某城际客运专线一个变电所2009年其中雷击跳闸25次，其中6次自动重合闸失败，8次绝缘子遭受雷击破坏，其中7次为正馈线绝缘子破坏，1次为接触网腕臂绝缘子破坏；某线由于雷击后低值、零值绝缘子爆炸，造成运输中断将近4小时。AF线悬式绝缘子雷击损坏

雷击导致接触网支柱开裂雷击损坏电缆护套雷电的本质雷电的本质：超长间隙放电雷电的形式雷电的放电过程

有55％的对地雷击包含两次以上的重复冲击；3～5次冲击者有25%；10次以上者有4%。平均重复冲击次数取3次。一次雷电总延续时间，有50%大于0.2s。雷电的主要参数雷电流和雷电过电压的特征图典型雷电流波形

雷电波好比潮水，冲到的地方才可能被冲垮。

波头时间及波长雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的波头时间【T1】是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间；波长时间【T2】是指从零上升到峰值，然后下降到峰值的一半的时间，又称为半峰值时间。由于在雷电流波的起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1和视在波长时间T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度，一般记为T1/T2，如下图所示：雷电流波形

雷电的波形-40-20002004006008001000μskA100300500700900两次雷击时间相差几百微秒首次雷击后续雷击i10/350μs正极性雷电流波形负极性雷电流波形标准波形

[英]R.H.Golde《雷电》一书的记载和近年来大量的观测表明：雷电流具有单极性的脉冲波形，大约有80-90%的雷电流是负极性的，常见的负电流波形前沿呈拱形。国外在圣萨尔瓦托山、纽约州府大厦、意大利和其它高建筑物等观测点观测获得的电流波记录都显示出有相似的拱形前沿，到达峰值雷电流的中值时间有的是5.5μs，有的是7μs。在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700us以及1.2/50us（电压波）等。标称放电电流In雷电流的分布概率IEC61024-105101520250-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-8080-9090-100100-110110-120120-130130-140140-150150-160160-170170-180180-190190-200雷击幅度[kA],正闪击和负闪击雷击概率,%雷电流和雷电过电压的特征

雷电流瞬时幅值很大，直接击中接触网几乎一定导致绝缘子闪络。3kA雷电流足以使绝缘发生闪络。雷電流測定装置

波前陡度的最大极限值一般可取50kA/us左右。雷电流和雷电过电压的特征

雷电流的波前时间T1处于1～4us的范围内，平均为2.6us。波长T2

处于20～100us的范围内，多数为40us左右。

我国防雷设计采用2.6/40us的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50us

雷电流波前的平均陡度(kA/us)

只要能设法制止上述发展过程中任一环节的实现，就可避免雷击引起长时间停电事故。

线路雷害事故发展过程及防护措施高空防雷区防雷体系的划分低

空

防

雷

区地下防雷区供电系统雷击入侵形式一、直击雷——直接击中设备供电系统雷击入侵形式一、直击雷——地电位抬高形成反击一、直击雷——地电位抬高形成反击供电系统雷击入侵形式一、直击雷——地电位抬高反击电子设备直击雷雷击建筑物雷击建筑物地电位反击感应雷雷击架空电力线雷击架空电力线感应雷电磁感应与耦合雷电电磁感应操作过电压操作过电压定义：避雷针是人为设立的最突出的良导体。在雷云的感应下，针的顶端形成的电场强度最大，所以最容易把雷电流吸引过来，完成避雷针的接闪作用。结构避雷针一般用镀锌圆钢或焊接钢管制成，圆钢截面不得小于100mm2，钢管厚度不得小于3mm。问题：避雷针越高，保护范围越大？

避雷针直击雷的防护避雷器与架空地线共接地极的示意图放电间隙结构及工程应用实例图电位均衡装置工程应用实例图避雷带

通过试验发现，不论屋顶坡度多大，都是屋角和檐角的雷击率最高。屋顶坡度愈大。则屋脊的雷击率也大。通过对不同屋顶坡度建筑物的雷击分布情况调查发现，对于那些屋顶平整，又没有突出结构（如烟囱等）的建筑物，雷击部位是有一定规律性的。避雷带就是对建筑物雷击率高的部位，进行重点保护的一种接闪装置。避雷针（线）的原理引雷：定向作用当雷云的先导向下发展到离地面一定高度(定向高度)时，避雷针(线)顶端有可能产生局部游离而形成向上的迎面先导，影响下行先导的发展方向，使其仅对避雷针(线)放电，从而使得避雷针(线)附近的物体受到保护，免遭雷击。泄放：将雷电流导入大地为了使雷电流顺利地泄入大地，避雷针(线)应有良好的接地装置。避雷针(线)上或接地装置上产生幅值很高的过电压。要防止避雷针(线)与被保护物之间的间隙击穿（也称为反击）。避雷针的结构

接闪器（避雷针、避雷带、避雷线）是防直击雷的主要方法，传统建筑屋防雷采用滚球法确定接闪器的防护范围，防护等级不同，采用的滚球半径不同。供电系统雷击入侵形式二、感应雷雷击绝缘子爆炸原因分析不通电线路雷击绝缘子是否会爆炸？雷击断线原因分析不通电线路雷击接触