直接经济损失有时并不太大,而由此产生的间接经济损失和影响就难以估计。例如一九九九年八月二十七日凌晨2点,某寻呼台遭受雷击,导致该台中断寻呼数小时,其直接损失是有限的,但间接损失将大大超过直接损失。
(4)产生上述特点的根本原因,也就是关键性的特点是雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电的本身并没有变,而是科学技术的发展,使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域,微电子器件极端灵敏,这一特点很容易受到无孔不入的LEMP的作用,造成微电子设备的失控或者损坏。
为此,当今时代的防雷工作的重要性、迫切性、复杂性大大增加了,雷电的防御已从直击雷防护到系统防护,我们必须站到历史时代的新高度来认识和研究现代防雷技术。
2 主要的雷击方式
随着我国现代化建设的不断提高,各类先进的电子设备广泛地运用到了各电压等级的变电站内。但是一方面由于电子设备内部结构高度集成化,从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降,对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降,另一方面由于信号来源路径增多,系统较以前更容易遭受雷电波侵入。
2.1雷的直击和绕击
雷云单体浮在大地上空,其所带电荷拖着地表相反电荷犹如一个影子随风移动。如果途经变电站的避雷针或地表其他突出物,地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中。闪电开展之前先是雷云底部的始发先导按间歇分级跃进方式向地表发展,当距地面50~100m时,由避雷针等地表电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。两者相接,进入直击或绕击的主放电阶段。
通常当地面上突出物的高度为h,雷云正下方的平均电场强度大于和等于580h-0.7 kVm时,则该突出物将容易受到直击雷。原因是高为h的避雷针可影响雷云单体向下的始发先导发展方向的半径,用公式表述为:R=16.3h0.61m。该式还表明,地表安装独立避雷针后,将会在其附近出现大量的散击,甚至对避雷针进行直击,对受避雷针保护范围内的物体进行绕击。
一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培,释放的能量相当大,瞬间所产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效
应给人们的生产生活带来多种危害,如引起火灾和大爆炸,金属导体连接部分断裂破损,建筑物倒塌,电气设备损坏等等。
2.2雷击反击
直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10Ω,一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。如果受雷击变电站输电线路来自另一个不同地网的变电站,那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差,导致与输电线路相连的电气设备的损坏。
不仅仅是输电线路、动力电缆,凡是引进变电站的金属管线都会引起雷电反击。
另一种雷电反击,对变电站的电子设备危害也不容忽视。雷电流沿变电站的接地网散流,支线上的雷电流和各点电位差异很大。连接在不同等电位地网上的电子设备,如果其间有电信号联系,那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。
2.3感应雷
直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射,导致设备过电压放电,则为感应雷。感应雷虽然没有直接雷猛烈,但其发生的几率比直击雷高得多。感应雷的破坏也称为二次破坏。雷电流变化梯度很大,会产生强大的交变磁场,使得周围的金属构件产生感应电流,这种电流可能向周围物体放电,如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸,而感应到正在联机的导线上就会对设备具有强烈的破坏性。显然,感应雷危害是大面积的,是电子设备的克星。
有资料计算表明,当雷电电流为30 kA斜角波,雷云高度为3 km,导线高度为10m,击中距末端匹配的500m长架空线路中点100m处地面时,线路上感应电压为150 kV幅值的振荡波。此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。
事实上,在生产实践中,雷击的静电感应破坏力数倍于电磁感应。静电感应还可用雷电的二次效应理论来解释。带电雷云飘浮在地表上空,地表带上与雷云相反的等量电荷。当雷击过后,雷击点地表变为电荷的相对空穴,周围高电荷区域内与地电位相对绝缘的导体上的电荷,将像受突然击发的水波一样冲向雷击点,导致设备打火,绝缘受损和电子设备失效。特别注意的是电子设备的高阻抗输入回路,信号回路等引线较长,且直接连接的金属体积较大处,虽然已作电磁屏蔽(采用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地)仍会遭受厄运。
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