任何雷電防護(hù)理論都是在一定的物理條件下成立,科技的發(fā)展正在改變著我們身邊的物理條件,使防雷理論的發(fā)展可分為機(jī)械時代、電氣時代和電子信息時代三大時期。雷害問題從過去的以直擊雷的形式擊毀地上的人和物為主發(fā)展成為以通過金屬線傳輸?shù)睦纂姴橹鳎黄浞览追椒ㄓ珊唵蔚谋芾揍?、避雷帶防護(hù)轉(zhuǎn)變?yōu)椋粒模拢樱牵蟹椒ā?br />
雷電波侵入是指直擊雷或感應(yīng)雷從輸電線、通信電纜、無線電天線等金屬的引入線引入建筑物內(nèi),發(fā)生閃擊而造成的雷擊事故。這種事故的發(fā)生率很高,而且往往事故嚴(yán)重。
美國能源部系統(tǒng)在1990~1998年期間由于雷電引起事故高達(dá)461起,其中電源線路過電壓造成的物理性裝備損失約占80%左右,計算機(jī)安全部門在1998年內(nèi),雷電波侵入使10萬臺計算機(jī)受損,價值1.2億美元;1996年6月6日,重慶市農(nóng)業(yè)銀行大廈的
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因雷擊損失107萬元,其下屬的信托證券公司證券部通信網(wǎng)絡(luò)中斷數(shù)小時,引起股民恐慌;1999年8月20日,萬盛電信局遭雷擊,由于雷電波侵入造成該區(qū)電信設(shè)備損壞,95%以上電話(1.1萬余門)中斷信號,經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)250萬元;2000年8月11日,石坪橋衛(wèi)星發(fā)送臺遭雷擊,致使全市95%尋呼臺陷入癱瘓;2002年3月12日和5月23日,渝北區(qū)雙鳳加油站兩次遭雷擊,均是雷電波從電源線引入造成加油機(jī)被雷擊壞:因此,研究雷電波侵入及防護(hù)非常有必要。
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1.1雷電波侵入的方式
雷電波侵入的方式通常有三種:其一是直擊雷擊中金屬導(dǎo)線,讓高壓雷電波以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi);第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖,即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng),他們在各種電線中感應(yīng)出幾kV到幾十kV的高電位,以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的;第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地,因其通過地網(wǎng)入地時,在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位,這高電位通過電力線的零線、保安接地線和通信系統(tǒng)的地線,也是以波的形式傳入室內(nèi),并沿著導(dǎo)線傳播到別處,殃及更大范圍。其示意圖如圖1、圖2所示。
1.2雷電波侵入的危害
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所謂直擊雷,是指雷電直接擊中了架空電線或埋地電纜,雷電流以1/20~1/2的光速以波的形式向線路兩端移動,對電力設(shè)備及用電設(shè)施構(gòu)成危害。雷擊時電流高達(dá)幾十千安,最高達(dá)200~300kA,一般在20~40kA,其時間甚短,一般僅為10~100μs。
雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓:
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US:雷擊點過電壓最大值;
I:雷電流幅值。
實踐證明,在埋有電纜的地方,沿電纜埋設(shè)的線路落雷率要比其他地方落雷率高,在土壤電阻率高的地方尤其明顯,這是由于在土壤中埋下一條電纜就相當(dāng)于土壤中有一條土壤電阻率特別低的帶,即在土壤電阻率高的地方,如果中間存在一塊低土壤電阻率的地區(qū),該地區(qū)受雷擊率特別高,這便是雷電直擊電纜的原因。據(jù)有關(guān)資料報道,雷電直擊點的地面會出現(xiàn)大的孔洞,洞深可直達(dá)電纜。
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當(dāng)雷電擊中電纜附近大地時,落雷點的電位顯著升高,而電纜延伸至很遠(yuǎn),其遠(yuǎn)端電位可視為零,所以雷擊點附近的電纜電位也幾乎為零,這樣一來,落雷點與電纜之間便出現(xiàn)極大的電位差。如果這一電位差超過了雷擊點與電纜間的土壤耐壓強(qiáng)度所無法承受的程度時,便擊穿土壤,形成了從雷擊點到電纜的電弧通道,大量雷電流涌向電纜。這種雷擊,損害程度與雷電直擊電纜相當(dāng),同樣會造成電纜嚴(yán)重破壞。
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雷云在起電、移動和先導(dǎo)放電的過程中,對架空線會產(chǎn)生靜電感應(yīng),使之產(chǎn)生異號靜電位,一旦雷云對地放電導(dǎo)線中的束縛電荷成為自由電荷,以沖擊波的形式對稱地向線路兩端移動,電荷移動所形成的電流(I)乘以導(dǎo)線的波阻(Z),即為雷電感應(yīng)電壓。