雷電過電壓

雷電過電壓是指由於雷雲放電而產生的過電壓。雷電過電壓與氣象條件有關，由電力系統外部原因造成的，因此又稱之為大氣過電壓或外部過電壓。

基本介紹

• 中文名：雷電過電壓
• 外文名：lightning surge
• 特點：幅值大，頻率高
• 形成原因：雷雲放電
• 分類：感應雷過電壓、雷電反擊過電壓等
• 學科：電力學

簡述

雷電過電壓來自於雷雲放電。但對於雷雲荷電的機理的研究還很不夠，有些假說和理論還缺乏可靠的確證。一般認為，雷雲電荷是局限在大量分散的水性質點（如水滴、冰粒、雪片等）上的，而不是獨立的自由活動的離子和電子。水性質點最強烈的荷電過程與它們轉換到不同的存在狀態有關，也與它們吸收離子、相互撞擊、被破碎分裂或被融合等過程有關。帶有異號電荷的水性質點的分離，可能是由於它們在強烈氣流和地球引力場作用下具有不同的空氣動力學特性，由此，在雷雲的不同部位積累了異號電荷，在這些部位之間產生了電場，水性質點在該電場中的極化又可能促進了雷雲的荷電過程，其綜合效果是造成相當強的產生和分離電荷的能力，使得雷雲主要荷電部分的橫向範圍擴展到幾公里，並將雷雲電荷在垂直方向分離成兩個大的電荷中心。不同極性雷雲主要部分的電荷量接近相等；不同雷雲中的電荷量可能相差很大，一般雷雲中的電荷量達幾百庫侖。總電荷中只有一部分是通過閃電流入大地的，與此同時，也有雲間和雲內放電。

雷電過電壓的持續時間約為幾十微秒，具有脈衝的特性，故常稱為雷電衝擊波。其特點是：幅值大，頻率高。

類型

雷電過電壓也稱外部過電壓，是由於電力系統中的設備或建築物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷電衝擊波的電壓幅值可高達1億伏，其電流幅值可高達幾十萬安，因此對系統危害極大，必須加以防護。

雷電過電壓又分為直擊雷過電壓、感應雷過電壓、侵入雷過電壓。

(1)直擊雷過電壓。

當雷電直接擊中電氣設備、線路或建築物時，強大的雷電流通過其流入大地，在被擊物上產生較高的電位降，稱為直擊雷過電壓。

基本防護措施就是將雷電接閃並泄放到大地。

(2)感應雷過電壓。

1)靜電感應。當線路或設備附近發生雷雲放電時，雖然雷電流沒有直接擊中線路或設備，但在導線上會感應出大量的和雷雲極性相反的束縛電荷，當雷雲對大地上其他目標放電後，雷雲中所帶電荷迅速消失，導線上的感應電荷就會失去雷雲電荷的束縛而成為自由電荷，並以光速嚮導線兩端急速涌去，從而出現過電壓，稱為靜電感應過電壓。

2)電磁感應。由於雷電流有極大的峰值和陡度，在它周圍有強大的變化電磁場，處在此電磁場中的導體會感應出極大的電動勢，使有氣隙的導體之間放電，產生火花，引起火災。

基本防護措施是將金屬體連通並接地，等電位就可消除彼此的電動勢差。

(3)侵入雷過電壓。

是由於線路、金屬管道等遭受直接雷擊或感應雷而產生的雷電波，沿線路、金屬管道等侵入變配電所或建築物而造成。

基本防護措施是線纜入建築物的外皮接地及適時設定浪涌保護器。

危害

當雷電放電時，強大的雷電流將通過地面E的被擊物，其熱破環作用和機械力破壞作用都非常大，同時還能在鄰近的線路上感應出數值很高的過電壓，這些過高電壓會流竄到供電系統中造成更大的危害，其主要表現如下：

①熱效應。雷電產生強大電流，瞬間通過物體時產生高溫，引起燃燒、熔化、汽化，燒毀設備，引起火災。

②電磁效應。放電時在導體上產生靜電感應和電磁感應，產生火花而引起火災或爆炸，或雷電流泄入大地造成“跨步電壓”引起人畜傷亡；雷電沿著架牽線路或金屬管道侵入室內，危及人身安全和損壞設備（雷電波侵入）。

③機械效應，雷電通過導體時產生衝擊性電動力，導體常發生炸裂、劈開。

防護裝置

防雷裝置主要包括避雷針、避雷線和避雷器。

(1)避雷針和避雷線

直擊雷的防護措施通常採用接地良好的避雷針或避雷線。避雷針和避雷線在空間位置上高於被保護物體，頂端形成局部電場強度集中的空間，可將雷電吸引過來擊於避雷針和避雷線，並通過自身接地裝置使雷電流泄人大地，起到保護作用。為了使雷電流安全泄人大地，要求避雷針和避雷線應有良好的接地裝置。

另外，當強大的雷電流泄人大地時，必然在避雷針、線或接地裝置上產生幅值很高的過電壓，有可能使它們與被保護物之間的間隙擊穿(稱為反擊)。為了防止反擊，避雷針、避雷線與被保護物之間應保持一定的距離。

(2)避雷器

避雷針和避雷線能避免被保護設備遭受雷電直擊，但是不能限制因雷擊引起的過電壓。避雷器能把電氣設備上的過電壓限制在一定範圍內，從而防止過電壓損壞設備。避雷器使用時與被保護設備並聯，當雷電入侵波或操作波超過避雷器的動作電壓時，避雷器將先於被保護設備放電，強大的衝擊電流泄人大地，從而限制了過電壓。避雷器放電後，又立即能恢復其正常的絕緣狀態，使系統正常工作。