第18卷第12期 2005年12月
文章编号:10072290X(2005) 1220012203
广东电力
GUANGDONG ELECTRIC POWER Vol 118No 112
Dec 12005
再析避雷针(线) 防直击雷作用
许颖
(中国电力科学研究院, 北京100085)
摘要:从影响避雷针(线) 保护范围主要因素及其无法定量等方面说明了世界各国的避雷针(线) 保护范围计算
方法均是经验公式, 并就GB 50057) 1994选用外国经验公式提出质疑; 同时指出避雷针(线) 保护范围的绕击率除应经理论、实验室分析研究外还要靠实践运行统计分析得出, 并分析了实际工程中不宜设置较高的独立避雷针(线) , 非金属结构屋顶应用避雷网, 不宜用避雷针的原因。关键词:避雷针(线) ; 防直击雷; 雷电流; 绕击率中图分类号:TM862
文献标识码:A
Reanalysis on direct lightning strike protection of lightning rods
and overhead ground wires
X U Ying
(China Electr ic Power Re sear ch Inst. , Beijing 100085, C hina)
Abstr act:I t is str essed in this paper that all form ulas dea ling with the pr otection ra nge of lightning rods a nd over he ad gr ound wires at home and abroad ar e empirical f ormula s, f or some key inf lue ncing f actors ca n not be quantitated. The adoption of the for eign e mpir ica l f or mula in GB 50057) 1994is also quer ied. It is indic ated that the risk of shielding fa ilur e in the pr otection r ange of lightning rods and over head gr ound wir es should be acquir ed through the or etical ana lysis, labora tor y test and r ese arch as we ll as sta tist ical analysis ba sed on long 2ter m pra ctice. The rea son why re lat ive ly high independent lightning rods or over head gr ound wires are not appropriate f or actua l proje cts is analyzed, a nd the use of lightning protection net f or roofs of nonmeta llic str uct ur e is e xpounde d.
Key wor ds:lightning r od (overhe ad gr ound wire ) ; pr otection a gainst dir ect lightning strike; lightning curr ent; r isk of shie lding f ailure
关于避雷针(线) 防直击雷的作用, 笔者在文献[1-2]中作了阐述。尔后, 阅读到一些文章, 见到一些工程设计资料, 觉得还有些重要问题, 需要阐述澄清, 故撰写本文。
也即是对被保护物的保护作用(保护范围) , 与雷电极性、雷电通道电荷分布、空间电荷分布、先导头部电位、放电定位高度、避雷针(线) 数量及其高度、被保护物高度, 相互之间位置, 以及当时的大气条件和地理条件等因素有关。一般来说, 地理条件(包括地形地貌和地质结构) 影响先导阶段电场分布, 从而影响到主放电的发展; 大气条件的影响是, 空气湿度和温度愈高, 避雷针(线) 保护效果愈小; 雷电流幅值愈大(即雷电通道电荷和空间电荷愈大、或先导头部电位愈高、或放电定位高度愈高) , 避雷针(线) 引雷(拦截或叫做接闪) 范围愈大, 也即避雷针(线) 保护范围愈大。
b) 影响避雷针(线) 保护范围的因素多是不确
1 世界各国的避雷针(线) 保护范围计算方法均是经验公式
世界各国的避雷针(线) 保护范围计算方法, 包括IEC TC81制订的IEC 610241:1990推荐的保护角度、滚球法等, 均是经验公式。这是因为:
a) 避雷针(线) 的引雷(拦截或叫做接闪) 效应,
收稿日期:2005209206
第12期许颖:再析避雷针(线) 防直击雷作用13
定的、随机性的。有的目前人们还没有掌握它。例如, 放电定位高度, 也就是先导头部对避雷针(线) 或被保护物或地面的空气击穿距离, 也即是IEC 61024的保护角法击距(R ) 和滚球法半径(R ) , 据观测, 这击距(R ) 为数十米至数百米, 先导头部是一个向下伸展的电晕半径016~6m 的电荷囊。
c) 避雷针(线) 保护范围采用方法的正确性不可能严格证明。目前实验室都不能逼真模拟自然雷电放电。至今世界上最大实验室做的雷电冲击波空护范围的滚球半径0放大到/100m 0。根据何在? 保护范围绕击概率增加多少(也即保护范围内安全可靠性降低多少) ? 这难道不与GB 50057的第5. 2. 1条矛盾吗?
还有文献[5]指出的:
/滚球法用在建筑物上
滚, 必须在建筑物的周边上装有避雷带或者建筑物是金属结构的0。若是非导电材料, 如砖木瓦或沥清屋面是不能作为基准等电位面在其上滚的。
气间隙放电距离, 最长的也只有10m, 电压与距离关系是非线性。迄今谁都不知道几十米至几百米这样长的空气间隙击距(R ) 的放电电压。因此, 确定避雷针(线) 保护范围采用方法的正确性不可能严格证明。一般是通过理论分析、实验室模拟试验研究、长期多年的实践运行经验证明, 三者结合才能正式推荐使用。
笔者在文献[2]中介绍的电力行业标准DL/T 620) 1997推荐的避雷针保护范围计算方法经验公式, 是经电力行业大量变电所50多年运行经验证明的, 也是经1994年以前大量建筑物多年运行经验证明的, 是适合我国使用的。
GB 50057) 1994(含2000年版) 制订者, 不知作了哪些调查研究论证, 摒弃我国的经验公式不用, 而要选用外国经验公式。外国经验, 对我国建筑物适用性是过严还是过松? 经济上是否最佳选择? 刘继在文献[3-4]、马宏达在文献[5]中, 对滚球法(几何击距法) 的由来与我国经验公式(文献[2]) 作了深入对比分析, 指出滚球法存在诸多问题。这里仅强调两点:
a) 滚球法是按纯几何模型来推算保护范围, 不考虑避雷针、避雷线、砖木、尖端、地平面等物体在雷击时产生的迎面先导差异, /一视同仁0地, 只认谁的击距最短(滚球碰着谁) , 谁就被雷击。这样的论断不符合雷电冲击波的长空气间隙放电特性, 也不符合实践运行经验。
b) 滚球法完全没有考虑两针和多针之间互相屏蔽效应。所以GB 50057) 1994(含2000年版) 规定的两针和多针之间的保护范围是过小的。文献[5]批评/已经达到工程上无法合理运用的程度0, 使得有的避雷针林立。为了纠正滚球法得出的保护范围过小的问题, GB 50057的第3. 5. 5条竟将第一类防雷建筑物用的/独立避雷针和架空避雷线保
2 避雷针(线) 保护范围的绕击率具有统计分布特点
避雷针(线) 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。因此, 避雷针(线) 的引雷和安全泄流入地是至关重要的。
所谓避雷针(线) 保护范围是指被保护物在此空间内可遭受雷击概率(以下简称绕击率) 在可接受值之内。各种规范、文献规定的不同保护范围是允许绕击率不同所致。
在国际上, 防雷界的共识是:单支避雷针保护范围是靠近避雷针建立一栋/尖帐篷0。从定性上说, 保护范围与雷电流(I ) 幅值具有统计关系。雷电流(I ) 幅值具有统计性的概率分布, 所以保护范围也具有统计性的绕击率分布。正如前面所述, 保护范围与很多因素有关, 但人们并未具体了解。形成计算保护范围的击距(R 或h m ) 经验公式相差很大, 这是各研究者作了各种不同假设所致。文献[1-6]中列举公式并绘制了曲线对比评述, 下面仅列部分经验公式:
{R }m =1016{I }0kA
151
(1) {R }m =313{I }kA
0178
(2) {R }m =10{I }0kA
165(3) {R }m =6172{I }0kA
18(4)
{R }m =2{I }kA +30(1-e -{I }kA /618
) (5) {R }m =2138{I }0kA 163{h }0m
140(6) {R }m =018[({h }2/3
m +15) {I }k A ]
(7)
{R }m =011357{h }m 11909{h }0m 11+
2/3
{h }0m
17{I }kA (8)
式中:R ) ) ) 击距(滚球半径) , m;
I ) ) ) 雷电流幅值, kA;
h ) ) ) 被击物高度, m 。
这些经验公式若像文献[3]那样绘制在一张图上, 更一目了然, 目的有2个:a) 这些经验公式变化趋势相似。均说明不同击距(滚球半球) 建立的保护范围有不同绕击率, R 愈大绕击率愈大。b) 这些经验公式变化趋势虽相似, 但换算出的绕击率相差很大, 可差几倍、几十倍。这说明靠这些公式无法得出可定量的可接受的绕击率。绕击率只能靠长期大量的实践运行统计分析得出。
定, 110kV 及以上配电装置, 允许将避雷针装在配电装置的架构上。装在变电架构上的避雷针应与变电所接地网连接, 并应在其附近(半径范围不宜超过20m) 装设辅助集中接地装置, 接地电阻不宜大于108, 保障雷电流泄流。
4 非金属结构屋顶防雷保护用避雷网
电力行业标准, 从1956年的5导则6到DL/T 620) 1997均规定:将金属屋顶接地即可, 文献[2]介绍的电力行业标准DL/T 620) 1997推荐的避雷针(线) 保护范围, 除经理论分析研究和实验室大量模拟试验研究外, 还经过我国50余年大量变电所实践运行经验统计分析, 得出保护范围内绕击率不大于011%, 保护范围可靠率达01999。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。变电设备的雷电危险主要来自沿架空输电线路导线上的侵入雷电波。
3 实际工程中不宜设置较高的独立避雷针(线)
为了满足某些被保护的安全要求, 需要设置独立避雷针(线) 来防护直击雷。在实际工程中, 不希望用较高避雷针(线) , 通常选用不超过30m 。这是
因为:a) 避雷针(线) 高度不超过30m, 在国内外, 有长期运行经验证明, 保护有效性非常高。b) 如第1节所述, 避雷针(线) 是引雷的, 避雷针(线) 过高, 遭受的雷击频率必然增加, 这就加大了电子信息系统防护雷电电磁脉冲的难度。例如1997年9月18日至23日在安徽省合肥市举行的中国电机工程学会过电压及绝缘配合分专业委员会第五届过电压学术年会上, 有专家介绍到某工业企业, 投运12年从未落过雷。由于某种原因, 1990年装设了两座64m 高塔的独立非常规防雷保护接闪装置, 安装完仅10天, 就遭受一次雷击, 使电子信息系统一些器件损坏, 损失20万元人民币; 1994年又遭雷击, 电子信息系统器件损坏更严重, 损失45万元人民币。这证明, 在实际工程中不宜设置较高的独立避雷针(线) 。装设又多又高的避雷针(线) , 过去仅是多花装设费, 现在大量电子信息系统的应用, 导致雷击频率增加, 是花钱买事故。电力行业为避免使用较高的独立避雷针, 宁愿冒一定的反击风险, DL/T 620) 1997规
无须避雷针。若屋顶为钢筋混凝土结构, 则将其焊接成网接地; 若结构为非导电的屋顶时, 则采用避雷网8m @10m 防护, 每隔10~20m 设引下线接地。非金属架构建筑物不仅应注意装设避雷网, 还应注意接地引下线对靠近的金属部件反击。
油库防雷应按国标GB 50074) 20025石油库设计规范6执行, 第1412节的防雷主要有如下规定:a) 钢油罐必须做好防雷接地, 接地点不应少于2处。沿油罐周长的间距, 不宜大于30m, 接地电阻不宜大于108。
b) 装有阻火器的地上卧式油罐的顶板厚度等于或大于4mm 时, 不应装设避雷针(网) 。
c) 浮顶油罐或内浮顶油罐不应装设避雷针。d) 储存可燃油品的钢油罐, 不应装设避雷针(线) , 但必须做防雷接地。
e) 装于地上钢油罐上的信息系统的配线电缆应采用屏蔽电缆。电缆穿钢管配线时, 其钢管上下2处应与罐体做电气连接并接地。
f) 油罐上安装的信息系统装置, 其金属的外壳应与油罐体做电气连接。
总而言之, 不推荐在高建筑物上装设避雷针, 不仅如文献[7]中批评的一样是/画蛇足0之举, 是花钱招灾, 而且笔者在文献[2]中、虞昊教授等在文献[8-9]中也反复指出:若在建筑物上安装避雷针就会增加该建筑物的雷击频率。即便建筑物采用了正确配置的防雷保护系统, 但由于建筑物内部电子信息系统抗电磁脉冲能力差, 建筑物雷击频率增加, 就会加大对建筑物内部电子信息系统运行不利的影响或增加电子设备损坏率。
屋顶上安装的突出物, 如空调设备、加热设备、水箱等, 金属壁厚不小于4mm 者, 应将其与建筑物防雷接地系统连接; 若金属壁厚小于4mm, (下转第38页)
3 线路型MOA 的接地问题
线路型MOA 是通过导线经过放电计数器连接杆塔塔身及塔身的接地电阻接地的, 建议绝缘铜导线的横截面积不小于35mm , 一般不主张将线路型MOA 通过引线直接接地, 也不主张将放电计数器引至离地面较近的地方, 然后通过放电计数器接地, 总之MOA 至放电计数器的导线越短越好, 这是因为:
a) MOA 的接地线一定要可靠, 而单独的接地线远不如杆塔塔身可靠, 塔身不易受外力破坏;
b) 单独的接地引线截面积不如杆塔塔身的截面积大;
c) 单独的接地引线与塔身间须有可靠的固定, 且有一定的绝缘, 不然是多此一举;
d) WGMOA 单独的接地线一旦断开, 断开处就会有高电压, 影响人身安全; GMOA 的接地线一旦断开也就失去保护作用。
2
乙线金本支线8号塔分别安装了3支线路GMOA 。安装前上述杆塔均遭受多次雷击, 造成线路跳闸, 安装后均未发生雷击跳闸。2003年, 在取得一定运行经验的基础上, 增加投资力度, 在110kV 线路杆塔上装设了57支线路型MOA, 220kV 线路杆塔上装设了39支线路型MOA 。从运行效果来看, 装设线路型MOA 的线路杆塔在装设之前都有过被雷击的记录, 在装设避雷器以后, 迄今为止, 未发生因线路杆塔遭受雷击而引起线路跳闸的事故。2005年, 佛山三水供电局将进一步增加投资力度, 计划安装60支110kV 线路型MOA 、21支220kV 线路型MOA 。
综上所述, 装设线路型MOA 是目前输电线路防雷行之有效的办法。虽然线路型MOA 在技术上、经济上线路型MOA 还存在不足之处, 但是, 随着科技的发展, 技术的完善, 线路型MOA 在输电线路的防雷方面将发挥更重要的作用。
参考文献:
4 线路型避雷器安装情况及运行效果
[1]DL/T 620) 1997, 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合
佛山市三水区地处华南地区雷电活动频繁区域, 年平均雷暴日约60天。虽然雷暴日并不算太多, 但是由于三水区的地理位置和地质条件特殊, 且输电线路纵横延伸, 地处旷野, 易受雷击, 所以面临的防止线路雷击事故的形势还是比较严峻。
2000年4月, 在位于山岗上的110kV 三河甲线4号塔、110kV 三河乙线4号塔、110kV 三河
[S].
[2]DL/T 804) 2002, 交流电力系统金属氧化物避雷器使用导则
[S].
[3]中国南方电网有限责任公司. Q/CSG 10007) 2004电力设备
预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社, 2004.
作者简介:周荣斌(1971) ) , 男, 广东五华人, 电气工程师, 从事输电线路的设计、运行、管理工作。
(上接第14页)
应在其上安装接闪器。如为微波天线应采取防雷保护, 还应注意接闪器遭受雷击时电弧对电气脆弱元件的损坏。
参考文献:
[1]许颖. 避雷针(线) 保护范围不应/绝对化0[J].中国雷电与防
护, 2003(3) :14217.
[2]许颖. 浅析避雷针(线) 防直击雷作用[J].防雷世界, 2003
(12).
[3]刘继. 500kV 变电所的直击雷防护及计算法[J ].电力技术,
1980(3).
[4]刘继. 试论电子设备防雷的三大屏障[J].防雷世界, 2003(8).
作者简介:许颖(1930) ) , 男, 江西南昌人, 高级工程师(教授级) , 长期从事电力系统过电压防护科研工作。
[5]马宏达. 避雷针保护范围的理论与实验[J].雷电防护与标准
化, 2004(2).
[6]张小青. 用于防雷设计的雷电参量比较[J].防雷世界, 2004
(5).
[7]马宏达. 论法拉第笼(一) 现代建筑物防雷无须避雷针[J].防雷
世界, 2003(7).
[8]虞昊, 应洪正. 关于建筑物防雷保护问题的探讨[J ].雷电防护
与标准化, 2002(1).
[9]虞昊, 应洪正. 对5建筑物防雷设计规范6GB 50057) 94
(2000年版) 的修改建议[J ].防雷世界, 2004(4).
第18卷第12期 2005年12月
文章编号:10072290X(2005) 1220012203
广东电力
GUANGDONG ELECTRIC POWER Vol 118No 112
Dec 12005
再析避雷针(线) 防直击雷作用
许颖
(中国电力科学研究院, 北京100085)
摘要:从影响避雷针(线) 保护范围主要因素及其无法定量等方面说明了世界各国的避雷针(线) 保护范围计算
方法均是经验公式, 并就GB 50057) 1994选用外国经验公式提出质疑; 同时指出避雷针(线) 保护范围的绕击率除应经理论、实验室分析研究外还要靠实践运行统计分析得出, 并分析了实际工程中不宜设置较高的独立避雷针(线) , 非金属结构屋顶应用避雷网, 不宜用避雷针的原因。关键词:避雷针(线) ; 防直击雷; 雷电流; 绕击率中图分类号:TM862
文献标识码:A
Reanalysis on direct lightning strike protection of lightning rods
and overhead ground wires
X U Ying
(China Electr ic Power Re sear ch Inst. , Beijing 100085, C hina)
Abstr act:I t is str essed in this paper that all form ulas dea ling with the pr otection ra nge of lightning rods a nd over he ad gr ound wires at home and abroad ar e empirical f ormula s, f or some key inf lue ncing f actors ca n not be quantitated. The adoption of the for eign e mpir ica l f or mula in GB 50057) 1994is also quer ied. It is indic ated that the risk of shielding fa ilur e in the pr otection r ange of lightning rods and over head gr ound wir es should be acquir ed through the or etical ana lysis, labora tor y test and r ese arch as we ll as sta tist ical analysis ba sed on long 2ter m pra ctice. The rea son why re lat ive ly high independent lightning rods or over head gr ound wires are not appropriate f or actua l proje cts is analyzed, a nd the use of lightning protection net f or roofs of nonmeta llic str uct ur e is e xpounde d.
Key wor ds:lightning r od (overhe ad gr ound wire ) ; pr otection a gainst dir ect lightning strike; lightning curr ent; r isk of shie lding f ailure
关于避雷针(线) 防直击雷的作用, 笔者在文献[1-2]中作了阐述。尔后, 阅读到一些文章, 见到一些工程设计资料, 觉得还有些重要问题, 需要阐述澄清, 故撰写本文。
也即是对被保护物的保护作用(保护范围) , 与雷电极性、雷电通道电荷分布、空间电荷分布、先导头部电位、放电定位高度、避雷针(线) 数量及其高度、被保护物高度, 相互之间位置, 以及当时的大气条件和地理条件等因素有关。一般来说, 地理条件(包括地形地貌和地质结构) 影响先导阶段电场分布, 从而影响到主放电的发展; 大气条件的影响是, 空气湿度和温度愈高, 避雷针(线) 保护效果愈小; 雷电流幅值愈大(即雷电通道电荷和空间电荷愈大、或先导头部电位愈高、或放电定位高度愈高) , 避雷针(线) 引雷(拦截或叫做接闪) 范围愈大, 也即避雷针(线) 保护范围愈大。
b) 影响避雷针(线) 保护范围的因素多是不确
1 世界各国的避雷针(线) 保护范围计算方法均是经验公式
世界各国的避雷针(线) 保护范围计算方法, 包括IEC TC81制订的IEC 610241:1990推荐的保护角度、滚球法等, 均是经验公式。这是因为:
a) 避雷针(线) 的引雷(拦截或叫做接闪) 效应,
收稿日期:2005209206
第12期许颖:再析避雷针(线) 防直击雷作用13
定的、随机性的。有的目前人们还没有掌握它。例如, 放电定位高度, 也就是先导头部对避雷针(线) 或被保护物或地面的空气击穿距离, 也即是IEC 61024的保护角法击距(R ) 和滚球法半径(R ) , 据观测, 这击距(R ) 为数十米至数百米, 先导头部是一个向下伸展的电晕半径016~6m 的电荷囊。
c) 避雷针(线) 保护范围采用方法的正确性不可能严格证明。目前实验室都不能逼真模拟自然雷电放电。至今世界上最大实验室做的雷电冲击波空护范围的滚球半径0放大到/100m 0。根据何在? 保护范围绕击概率增加多少(也即保护范围内安全可靠性降低多少) ? 这难道不与GB 50057的第5. 2. 1条矛盾吗?
还有文献[5]指出的:
/滚球法用在建筑物上
滚, 必须在建筑物的周边上装有避雷带或者建筑物是金属结构的0。若是非导电材料, 如砖木瓦或沥清屋面是不能作为基准等电位面在其上滚的。
气间隙放电距离, 最长的也只有10m, 电压与距离关系是非线性。迄今谁都不知道几十米至几百米这样长的空气间隙击距(R ) 的放电电压。因此, 确定避雷针(线) 保护范围采用方法的正确性不可能严格证明。一般是通过理论分析、实验室模拟试验研究、长期多年的实践运行经验证明, 三者结合才能正式推荐使用。
笔者在文献[2]中介绍的电力行业标准DL/T 620) 1997推荐的避雷针保护范围计算方法经验公式, 是经电力行业大量变电所50多年运行经验证明的, 也是经1994年以前大量建筑物多年运行经验证明的, 是适合我国使用的。
GB 50057) 1994(含2000年版) 制订者, 不知作了哪些调查研究论证, 摒弃我国的经验公式不用, 而要选用外国经验公式。外国经验, 对我国建筑物适用性是过严还是过松? 经济上是否最佳选择? 刘继在文献[3-4]、马宏达在文献[5]中, 对滚球法(几何击距法) 的由来与我国经验公式(文献[2]) 作了深入对比分析, 指出滚球法存在诸多问题。这里仅强调两点:
a) 滚球法是按纯几何模型来推算保护范围, 不考虑避雷针、避雷线、砖木、尖端、地平面等物体在雷击时产生的迎面先导差异, /一视同仁0地, 只认谁的击距最短(滚球碰着谁) , 谁就被雷击。这样的论断不符合雷电冲击波的长空气间隙放电特性, 也不符合实践运行经验。
b) 滚球法完全没有考虑两针和多针之间互相屏蔽效应。所以GB 50057) 1994(含2000年版) 规定的两针和多针之间的保护范围是过小的。文献[5]批评/已经达到工程上无法合理运用的程度0, 使得有的避雷针林立。为了纠正滚球法得出的保护范围过小的问题, GB 50057的第3. 5. 5条竟将第一类防雷建筑物用的/独立避雷针和架空避雷线保
2 避雷针(线) 保护范围的绕击率具有统计分布特点
避雷针(线) 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。因此, 避雷针(线) 的引雷和安全泄流入地是至关重要的。
所谓避雷针(线) 保护范围是指被保护物在此空间内可遭受雷击概率(以下简称绕击率) 在可接受值之内。各种规范、文献规定的不同保护范围是允许绕击率不同所致。
在国际上, 防雷界的共识是:单支避雷针保护范围是靠近避雷针建立一栋/尖帐篷0。从定性上说, 保护范围与雷电流(I ) 幅值具有统计关系。雷电流(I ) 幅值具有统计性的概率分布, 所以保护范围也具有统计性的绕击率分布。正如前面所述, 保护范围与很多因素有关, 但人们并未具体了解。形成计算保护范围的击距(R 或h m ) 经验公式相差很大, 这是各研究者作了各种不同假设所致。文献[1-6]中列举公式并绘制了曲线对比评述, 下面仅列部分经验公式:
{R }m =1016{I }0kA
151
(1) {R }m =313{I }kA
0178
(2) {R }m =10{I }0kA
165(3) {R }m =6172{I }0kA
18(4)
{R }m =2{I }kA +30(1-e -{I }kA /618
) (5) {R }m =2138{I }0kA 163{h }0m
140(6) {R }m =018[({h }2/3
m +15) {I }k A ]
(7)
{R }m =011357{h }m 11909{h }0m 11+
2/3
{h }0m
17{I }kA (8)
式中:R ) ) ) 击距(滚球半径) , m;
I ) ) ) 雷电流幅值, kA;
h ) ) ) 被击物高度, m 。
这些经验公式若像文献[3]那样绘制在一张图上, 更一目了然, 目的有2个:a) 这些经验公式变化趋势相似。均说明不同击距(滚球半球) 建立的保护范围有不同绕击率, R 愈大绕击率愈大。b) 这些经验公式变化趋势虽相似, 但换算出的绕击率相差很大, 可差几倍、几十倍。这说明靠这些公式无法得出可定量的可接受的绕击率。绕击率只能靠长期大量的实践运行统计分析得出。
定, 110kV 及以上配电装置, 允许将避雷针装在配电装置的架构上。装在变电架构上的避雷针应与变电所接地网连接, 并应在其附近(半径范围不宜超过20m) 装设辅助集中接地装置, 接地电阻不宜大于108, 保障雷电流泄流。
4 非金属结构屋顶防雷保护用避雷网
电力行业标准, 从1956年的5导则6到DL/T 620) 1997均规定:将金属屋顶接地即可, 文献[2]介绍的电力行业标准DL/T 620) 1997推荐的避雷针(线) 保护范围, 除经理论分析研究和实验室大量模拟试验研究外, 还经过我国50余年大量变电所实践运行经验统计分析, 得出保护范围内绕击率不大于011%, 保护范围可靠率达01999。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。变电设备的雷电危险主要来自沿架空输电线路导线上的侵入雷电波。
3 实际工程中不宜设置较高的独立避雷针(线)
为了满足某些被保护的安全要求, 需要设置独立避雷针(线) 来防护直击雷。在实际工程中, 不希望用较高避雷针(线) , 通常选用不超过30m 。这是
因为:a) 避雷针(线) 高度不超过30m, 在国内外, 有长期运行经验证明, 保护有效性非常高。b) 如第1节所述, 避雷针(线) 是引雷的, 避雷针(线) 过高, 遭受的雷击频率必然增加, 这就加大了电子信息系统防护雷电电磁脉冲的难度。例如1997年9月18日至23日在安徽省合肥市举行的中国电机工程学会过电压及绝缘配合分专业委员会第五届过电压学术年会上, 有专家介绍到某工业企业, 投运12年从未落过雷。由于某种原因, 1990年装设了两座64m 高塔的独立非常规防雷保护接闪装置, 安装完仅10天, 就遭受一次雷击, 使电子信息系统一些器件损坏, 损失20万元人民币; 1994年又遭雷击, 电子信息系统器件损坏更严重, 损失45万元人民币。这证明, 在实际工程中不宜设置较高的独立避雷针(线) 。装设又多又高的避雷针(线) , 过去仅是多花装设费, 现在大量电子信息系统的应用, 导致雷击频率增加, 是花钱买事故。电力行业为避免使用较高的独立避雷针, 宁愿冒一定的反击风险, DL/T 620) 1997规
无须避雷针。若屋顶为钢筋混凝土结构, 则将其焊接成网接地; 若结构为非导电的屋顶时, 则采用避雷网8m @10m 防护, 每隔10~20m 设引下线接地。非金属架构建筑物不仅应注意装设避雷网, 还应注意接地引下线对靠近的金属部件反击。
油库防雷应按国标GB 50074) 20025石油库设计规范6执行, 第1412节的防雷主要有如下规定:a) 钢油罐必须做好防雷接地, 接地点不应少于2处。沿油罐周长的间距, 不宜大于30m, 接地电阻不宜大于108。
b) 装有阻火器的地上卧式油罐的顶板厚度等于或大于4mm 时, 不应装设避雷针(网) 。
c) 浮顶油罐或内浮顶油罐不应装设避雷针。d) 储存可燃油品的钢油罐, 不应装设避雷针(线) , 但必须做防雷接地。
e) 装于地上钢油罐上的信息系统的配线电缆应采用屏蔽电缆。电缆穿钢管配线时, 其钢管上下2处应与罐体做电气连接并接地。
f) 油罐上安装的信息系统装置, 其金属的外壳应与油罐体做电气连接。
总而言之, 不推荐在高建筑物上装设避雷针, 不仅如文献[7]中批评的一样是/画蛇足0之举, 是花钱招灾, 而且笔者在文献[2]中、虞昊教授等在文献[8-9]中也反复指出:若在建筑物上安装避雷针就会增加该建筑物的雷击频率。即便建筑物采用了正确配置的防雷保护系统, 但由于建筑物内部电子信息系统抗电磁脉冲能力差, 建筑物雷击频率增加, 就会加大对建筑物内部电子信息系统运行不利的影响或增加电子设备损坏率。
屋顶上安装的突出物, 如空调设备、加热设备、水箱等, 金属壁厚不小于4mm 者, 应将其与建筑物防雷接地系统连接; 若金属壁厚小于4mm, (下转第38页)
3 线路型MOA 的接地问题
线路型MOA 是通过导线经过放电计数器连接杆塔塔身及塔身的接地电阻接地的, 建议绝缘铜导线的横截面积不小于35mm , 一般不主张将线路型MOA 通过引线直接接地, 也不主张将放电计数器引至离地面较近的地方, 然后通过放电计数器接地, 总之MOA 至放电计数器的导线越短越好, 这是因为:
a) MOA 的接地线一定要可靠, 而单独的接地线远不如杆塔塔身可靠, 塔身不易受外力破坏;
b) 单独的接地引线截面积不如杆塔塔身的截面积大;
c) 单独的接地引线与塔身间须有可靠的固定, 且有一定的绝缘, 不然是多此一举;
d) WGMOA 单独的接地线一旦断开, 断开处就会有高电压, 影响人身安全; GMOA 的接地线一旦断开也就失去保护作用。
2
乙线金本支线8号塔分别安装了3支线路GMOA 。安装前上述杆塔均遭受多次雷击, 造成线路跳闸, 安装后均未发生雷击跳闸。2003年, 在取得一定运行经验的基础上, 增加投资力度, 在110kV 线路杆塔上装设了57支线路型MOA, 220kV 线路杆塔上装设了39支线路型MOA 。从运行效果来看, 装设线路型MOA 的线路杆塔在装设之前都有过被雷击的记录, 在装设避雷器以后, 迄今为止, 未发生因线路杆塔遭受雷击而引起线路跳闸的事故。2005年, 佛山三水供电局将进一步增加投资力度, 计划安装60支110kV 线路型MOA 、21支220kV 线路型MOA 。
综上所述, 装设线路型MOA 是目前输电线路防雷行之有效的办法。虽然线路型MOA 在技术上、经济上线路型MOA 还存在不足之处, 但是, 随着科技的发展, 技术的完善, 线路型MOA 在输电线路的防雷方面将发挥更重要的作用。
参考文献:
4 线路型避雷器安装情况及运行效果
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佛山市三水区地处华南地区雷电活动频繁区域, 年平均雷暴日约60天。虽然雷暴日并不算太多, 但是由于三水区的地理位置和地质条件特殊, 且输电线路纵横延伸, 地处旷野, 易受雷击, 所以面临的防止线路雷击事故的形势还是比较严峻。
2000年4月, 在位于山岗上的110kV 三河甲线4号塔、110kV 三河乙线4号塔、110kV 三河
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作者简介:周荣斌(1971) ) , 男, 广东五华人, 电气工程师, 从事输电线路的设计、运行、管理工作。
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应在其上安装接闪器。如为微波天线应采取防雷保护, 还应注意接闪器遭受雷击时电弧对电气脆弱元件的损坏。
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作者简介:许颖(1930) ) , 男, 江西南昌人, 高级工程师(教授级) , 长期从事电力系统过电压防护科研工作。
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