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可控放電避雷針

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可控放電避雷針

  • 所屬分類:可控放電避雷針

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  • 發布日期:2018/07/18
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詳細介紹

可控放電避雷針


可控放電避雷針的保護原理


雷雲對地麵物體放電不外乎以下兩種方式:上行雷閃和下行雷閃。一般來說,下行雷閃時,先導自上而下發展,主放電過程發生在


地麵(或地麵物體)附近,所以電荷供應充分,放電過程來得迅速,造成雷電流幅值大(平均值為 30 — 44kA ),陡度高( 24— 40kA/μ s);上行雷閃,一般沒有自上而下的主放電,它的放電電流由不斷向上發展的先導過程產生,即使有主放電因雷雲向主放電通道供應電荷困難,所以放電電流幅值小(平均小於 7kA ),且陡度低(小於 5kA/μ s)。


上行雷閃不僅雷擊電流幅值小陡度低而且不繞擊。這是因為上行雷閃先導是自下而上發展的,該先導或者直接進入雷雲電荷中心,或者攔截自雷雲向下發展的先導,這樣中和雷雲電荷的反應在上空進行,自雷雲向下的先導就不會延伸到被保護對象上。上行雷閃還有另外一個特點是上行先導對地麵物體還具有屏蔽作用,可減輕放電時在地麵物體上的感應過電壓。可控放電避雷針正是利用了上行雷閃的這些特點,通過巧妙的結構設計,使其能可靠地引發上行雷閃放電,從而達到中和雷雲電荷,保護各類被保護對象的目的。

可控放電避雷針由針頭、接地引下線、接地裝置構成一套保護係統。它的針頭不再是單針,而是由主針、動態環、貯能裝置組成(圖 1 )


根據尾部帶金屬線的火箭 (火箭引雷試驗 ) 比高層建築更容易引發上行雷


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的經驗分析得出,要成功地引發上行雷,針頭需達到以下要求:


㈠在引發的上行雷發生之前,針頭附近的空間電荷應盡量少,以便於自主針針尖向上發展放電脈衝。


圖片6.png

圖1 可控放電避雷針結構示意圖


㈡當需要引發上行雷閃時,針尖處的電場強度應足夠高,以迅速


產生放電脈衝。


下麵通過對可控放電避雷針動作過程的研究說明它滿足了這兩條要求:


當可控放電避雷針安裝處附近的地麵電場強度較低時(如雷雲離可控放電避雷針及被保護對象距離較遠等情況),雷雲不會對地麵物體發生放電,此時可控放電避雷針針頭的貯能裝置處於貯存雷雲電場能量工況,由於動態環的作用,針頭上部部件(動態環和主針針尖)處於電位浮動狀態,與周圍大氣電位差小,因此幾乎不發生電暈放電,即保證了在引發發生前針頭附近的空間電荷很少的要求。


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圖片7.png

當雷雲電場上升到預示它可能發生對可控針及周圍被保護物發生雷閃時,貯能裝置立即轉入釋能工況,這一轉變使主針針尖的電場強度不再被動態環限製,針尖電場瞬間上升數百倍,使針尖附近空氣迅速放電,形成很強的放電脈衝,因沒有空間電荷的阻礙,該放電脈衝在雷雲電場作用下快速向上發展成上行先導,去攔截雷雲底部先導或進入雷雲電荷中心。如果第一次脈衝引發不成上行先導,貯能裝置即又進入貯能狀態,同時使第一次脈衝形成的空間電荷得以消散,準備第二次脈衝產生。如此循環總能成功地引發上行雷。




可控放電避雷針的保護特性


為了驗證可控放電避雷針是否達到了設計目的,AG亚游集团用正極性操作波和直流分別進行了一係列試驗。


圖 4 是在等同條件下用正極性操作波放電獲得的可控放電避雷針與富蘭克


林避雷針的保護曲線。試驗時模擬雷雲電極離地麵高度為8.5m。


(用正操作波進行試驗更切合雷閃機理: ① 操作波波頭上升緩慢,較接近


於雷電先導與針之間空氣間隙上的電壓變化情況。② 雷電放電是以分級先導的



8


方式向前推進的,用正極性操作波是為了在模擬電極與針之間的間隙中使放電有幾個先導分極)。


為了嚴格地考核可控放電避雷針的保護性能,操作波試驗時沒有附加直流電場(雷電放電發展過程是,地麵上方有很強的由雷雲產生


圖片8.png


的靜電場。該電場作用於可控放電避雷針的貯能裝置,可保證針頭能夠連續發出一係列脈衝,提高引發上行雷的成功率,以便使得到的結果更嚴格,對於應用更安全)。


由圖 3 可知,可控放電避雷針的保護特性明顯優於富蘭克林避雷針,就主要參數繞擊概率和保護範圍而言,是令人非常滿意的:


⑴可控放電避雷針有一個相當大的幾乎不遭受繞擊的保護區域。例


如當繞擊概率不大於 0.001%時(顯然在這樣的繞擊概率下,被保護對象遭繞擊的可能性是相當相當小的)保護角度高達 55° ,相比之下富蘭克林避雷針實際上幾乎沒有不受繞擊的區域。


⑵當被保護對象遭受繞擊概率允許達到 0.1%(目前規程規定的允許值)時,可控放電避雷針的保護角達到 66 .4° ,而富蘭克林避雷針的保護角遠遠低於此值(因此,在雷電活動強的地方應用富蘭克林避雷針保護是不經濟的,被保護物遭雷擊的可能性也還存在,如湖北有兩個電廠的升壓站就曾經遭受過繞擊)。


在可控放電避雷針和傳統避雷針的對比試驗中,在可控放電避雷針的針頭可以清楚地看到一段較長的直線部分,這說明在這裏有向上發展的先導,而在富蘭克林避雷針的針頭上的放電軌跡上則見不到這一明顯直線段,無數次的實驗表明,可控放電避雷針就是靠產生向上放電來減少繞擊和增大保護角的。



從其它試驗數據可進一步說明可控放電避雷針的保護性是由於創造了產生向上放電的條件和實際上發生了向上放電所得到的結果。


試驗結果表明 :


(1)可控放電避雷針的放電時間比富蘭克林避雷針平均提前 13.3μs。



(2)模擬電場比較低時,可控放電避雷針的電暈電流比富蘭克林避雷針低得多,


幾乎處於完全抑製狀態。


(3)在模擬電場增加到能夠啟動可控放電避雷針時,可控放電避雷針產生的是脈


衝式電暈放電電流,其電暈電流幅值比富蘭克林避雷針大好幾十倍,但電暈電流


的平均值比後者小,這有利於從電暈向先導電弧的轉化。





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需要指出的是可控放電避雷針特別適合高壓輸電線路的防雷,通過對比試驗發現:可控放電避雷針的引雷能力比傳統避雷針強得多,而且有較大的保護角,這樣就可以降低輸電線路的繞擊率,另一方麵由於可控放電避雷針的主放電電流幅值小、陡度低 ,根據輸電線路耐雷水平的設計要求(見表 1),35kv-500kv 的輸電線路是完全可以耐受此雷擊放電電流而不會跳閘,也不會造成大的感應過電壓。

不同電壓等級輸電線路的耐雷水平





表 1













額定電壓,單位 kv

35

60

110

154

220

330


500












線路耐雷水平 Io,單位 kA

20-30

30-60

40-85

90

80-120

140


150












可控放電避雷針主要電氣參數特性


(1)針高 h≤ 200m 時,保護角 65° ,相應地麵保護半徑為  2.14h,


離地麵高度 hx 處水平麵保護半徑為  2.14 ( h—hx )。


(2)主放電電流的平均幅值小於 7kA。


(3)主放電電流的陡度 ≤ 5kA/μ s


(4)基本上消除了雷閃時產生的感應過電壓。


(5)繞擊概率不大於十萬分之一時的保護角為 55° 。


(6)接地電阻 ≤ 10Ω (一般地區)、≤ 30Ω (在高阻區及無人區)。


(7)抗風能力不低於風速 50m/s。

      

(8)安裝方便,使用期內免維護。

 可控放電避雷針的型號及適用範圍            2

 

型 號

 

使用期(年)

 

適用範圍

底部安裝尺寸

D(mm)

FX-KK500

25

500KV及以上變電站、發電廠、微波站(塔)、證券、氣象、電視塔、軍火、油庫、炸藥庫、雷達等需要嚴格要求防雷的各種措施。

200

FX-KK220

20

110KV、220KV變電站、微波站(塔)、電視塔及高層民用建築。

200

FX-KK110

15

35KV、110KV變電站的防雷改造(取代傳統避雷針)及較低民用建築

100

 


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