浅论避雷线的保护范围

浅论避雷线的保护范围

摘要:当今由于避雷针允许被保护物遭受雷击的概率不同,所以避雷针保护范围也不同,现在有种说法是,在避雷针保护范围空间内被保护物不会遭受雷击,而超越保护范围界限则不同,把避雷针保护范围绝对化,这是对避雷针防雷保护作用的不了解所致。

关键词:避雷针防雷范围

一、避雷针的防雷保护原理

避雷针的防雷作用在于避雷针比被保护物高,能把雷电从被保护物上方引向自身并安全泄入大地。因此,避雷针的引雷作用基本上是在雷电先导阶段,他的顶部聚积电荷,在发展先导和避雷针顶端之间的通道中建立了很大的电场强度并加强这通道中的电场强度,由于靠近避雷针的被保护物比避雷针低,使被保护物遭受雷击的概率很小。虽然这种方法不是主动的,但避雷针可实现直击雷保护。物体在完全金属壳体内的被保护物才能提供完全保护,例如人在金属壳体内能安全免遭雷击伤害。因此避雷针确切名称应是“引雷针”,之前我国学者称之为“导闪针”。因避雷针这一名词己被广泛地使用,所以其名词一时难以变动。

避雷针除要在保护范围内有引雷作用外,还要求泄流通道的阻抗很小,这也是避雷针必要条件。因为在雷电直击避雷针时可能产生很高的电压,引起避雷针在空气中对被保护物反击。避雷针在受雷击向大地泄放电流时产生的高电压对混凝土结构一般不会造成破坏,所以像烟囱等装置架构的避雷针及其引流线均可固定在本体上。但上述这种高电压对于易燃设备可能因出现火花而造成起火爆炸或其他事故,因此,我们降低接地电阻或设置独立避雷针等措施来消除这种危险。

二、避雷针的保护范围

所谓保护范围是指被保护物在此空间内可遭受雷击的概率很小,我们通常所说的保护范围不同是指允许遭受雷击的概率不同。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定,避雷针保护范围内可遭受雷击概率不高。国内一些文章或标准所推荐的滚球法,未指明保护范围空间内雷电绕击率或保护可靠率是多少。避雷针的引雷效率即对被保护物的保护作用与雷电极性、电荷分布、放电定位高度、被保护物高度以及当时的大气条件万方数据和地理条件等因素有关。一般地理条件影响先导阶段的电场分布,从而影响到主放电的发展;大气中空气湿度和温度愈高,避雷针保护效果愈小;相反雷电流幅值愈大,避雷针引雷范围即保护范围愈大。影响避雷针保护范围的因素是随机性的,一般不能证明确定保护范围所采用的方法的正确性。防雷保护技术是由科学试验技术经验总结起来的,推广任何防雷保护技术一定要结合本国的实际情况。有人企图在很不够的己知条件下开发出定量计算避雷针不同保护范围绕击率的方法,如电气几何击距法、修正的先导传播模型法、抛球法等,这样做是有益的,但用这些方法计算出的避雷针保护范围的绕击率是定性的,也是不可信的。避雷针保护范围受很多因素影响,部分因

素至今无法定量。这些方法中应用的一个关键参数——击距,从定性上说,击距随雷电流增大而增大,击距愈大,保护范围就愈大,保护可靠性愈低;但至今人们还不知道击距为时的空气间隙击穿电压值,不明白空气间隙放电是否逼真自然雷击放电,至今世界上最大实验室做的雷电冲击波空气间隙放电距离中应用了很多在同一雷电流下计算击距的公式。

实际上,至今为止击距的计算公式仍属经验公式,而是五花八门。电气几何击距法和抛球法的共同点是谁距离短就击谁,但是放电有分散性和曲折多分支路,并不一定击中距离短的物体。鉴于上述理由,关于避雷针保护范围仍用过去的方法,同时我们的经验表明,绕击率低于预计的是没有必要改变的。变电所现行直击雷防护可靠性比沿架空输电线路导线上侵入雷电波防护高很多。同时需要说明的是,不采用电气几何击距法和抛球法并不是反对使用这些方法,只是对于绕击率的计算方法是经长期实践证实而统计出来的,世界上难以认同。

避雷针的保护范围是在广泛的实验室研究基础上确定的,经中国等国家多年的运行经验证实,它的可靠率高。直到将高度对保护范围的影响作了修正时,避雷针有效性降低,因雷侧击点低于避万方数据雷针的顶点。单支避雷针保护范围是靠近避雷针建立一栋“尖帐篷”,表面自由旋转,单支和多支避雷针保护范围的计算已有一整套经验公式,随着运行经验的积累,不断地修正某些系数。所以大面积的被保护物不宜用很高的少针来保护。例如露天大型及以上配电装置,是以安装在变电架构上的多避雷针作为防雷保护系统,要确定避雷针高度超过时的保护范围。高度超过就可能伸入云层,这些高耸建筑物顶端上避雷针常遭雷击,安装的寻呼机天线亦被击中。这些高建筑物多半为金属钢结构,防雷保护难题不在保护范围的计算,而是建筑物内部电子信息系统的计算。避雷针防雷保护系统随被保护对象的不同而配置不同,有的安装在被保护物本体上或靠近被保护物安装。对高建筑物还要每隔敷设等电位水平圈环,来消除引流线之间的电位差。若不这样做,在雷击时,每根引流线波在引流线之间会呈现电位差。特别高的结构应作水平均压,水平接闪器垂直距离应与水平环圈连接,并与水平环圈连接。

三、结论

避雷针的防雷保护作用在于它比被保护物高,能把雷电从被保护物上方引向自身并安全泄入大地。也是对被保护物的保护,与雷电极性以及当时的大气条件和地理条件等因素有关。这些因素多是随机性的,部分关键因素至今无法定量,所以确定保护范围所采用的计算方法的正确性不可能严格证明。由理论分析、长期实际运行经验证明结合的方法,才能正式推荐使用。

参考文献:

1.三慧.大学物理学电磁学[M].北京:清华大学社,2008

2.义成.电磁学及其计算机辅助教学[M].北京:科学出版社,2004

3.李武.雷电磁干扰及其防护研究[D].武汉大学,2004.

4.孟星.电磁干扰研究[D].湖北大学,2008.