各国测得的雷电流波形基本一致,波头长度大多在1~5μs,平均约为2~2.5μs。我国在防雷保护设计中建议采用2.6μs。波长在20~100μs,平均约为50μs,大于50μs的仅占18~30%。在防雷保护计算中,雷电流的波形可采用2.6/50μs。
波头时间越短,则陡度越大,对电感元件的危害越大;波尾持续的时间越长,雷电流的能量越大,破坏力越强。
1.1.2.3雷电流的陡度a:雷电流随时间上升的变化率。
雷电流陡度对过电压有直接影响。雷电流陡度的直接测量更为困难,通常是根据一定的幅值I和波头T1,再按一定的波形推算而得。
由于雷电流的波头长度变化范围不大,所以雷电流的陡度和幅值必然密切相关。我国采用2.6μs的固定波头长度,即认为雷电流的平均陡度
didiI和幅值线性相关:a = = dtdt2.6(kA/μs),即幅值较大的雷电流同时也具有较大的陡度。
1.1.2.4雷电流可能出现的三种形式
根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年修订版),闪电中可能出现的三种雷击见图1-5,为短时首次雷击、首次以后的雷击(后续雷击)和长时间雷击。
短时首次雷击 首次以后的雷击(后续雷击) 长时间雷击
图1-5 闪击中可能出现的三种雷击
雷击参数的定义见图1-6。
短时雷击波形 T—从波头起自峰值10%至波点降至峰值10%之间
Q1—长时间雷击的电荷量
图1-6 雷击参数定义
雷电流的电荷量Qs和单位能量的近似计算公式
13I3T2 (C) 0.7W112
=33I3T2 (J/Ω) R20.7Qs=
式中:I—雷电流幅值(A);
T2—半值时间(波长时间)(s)。
首次雷击的雷电流参量
雷电流参数 I幅值(kA) T1波头时间(μs) T2半值时间(μs) Qs电荷量(C) 防雷建筑物类别 一类 200 10 350 100 10 二类 150 10 350 75 5.6 三类 100 10 350 50 2.5 WR单位能量(MJ/Ω) 注:①因为全部电荷量Qs的本质部分包括在首次雷击中,故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的电荷量。 ②由于电位能量
WR的本质部分包括在首次雷击中,故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的电位能量。
首次以后雷击(后续雷击)的雷电流参量 雷电流参数 I幅值(kA) T1波头时间(μs) T2半值时间(μs) 防雷建筑物类别 一类 50 0.25 100 二类 37.5 0.25 100 三类 25 0.25 100 IT1平均陡度(kA/μs) 200 150 100 长时间雷击的雷电流参量 雷电流参数 Q1电荷量(C) T时间(s) 防雷建筑物类别 一类 200 0.5 二类 150 0.5 三类 100 0.5 平均电流I≈Q1T(A) 400 300 200
1.1.3雷电冲击电压的标准波形
雷电流为冲击波形,故由雷闪放电引起的雷电过电压也具有冲击波形。国家标准规定雷电冲击电压标准波形的参数为:波形由视在波前(波头)时间T1和视在半峰值(波长)时间T2来确定。T1=1.2μs,T2=50μs。标准雷电冲击电压波形:±1.2/50μs。
图1-7 标准雷电冲击电压波形
1.1.4雷电放电的重复冲击次数和总持续时间
一次雷电放电包含多次重复冲击放电。根据约6000个实测记录统计,55%的落雷包含两次以上的冲击,3~5次冲击占25%,10次冲击以上占4%;平均重复3次,最高记录可达42次。一次雷电放电的总持续时间(包含多次重复冲击放电时间),据统计,有50%小于0.2s,大于0.62s只占5%。
1.1.5雷暴日Td(雷电日、雷日)
雷暴日表征不同地区雷电活动的频繁程度,是指某地区一年中有雷电放电的天数,一天中只要听到一次以上的雷声就算一个雷暴日Td。根据雷电活动的频度和雷害的严重程度,我国把年平均雷暴日数Td≤15(20)的地区为少雷区,15(20)<Td<40的地区为中雷区,40≤Td<90(60)的地区为多雷区,Td≥90(60)的地区叫做强雷区。 1.1.6年平均落雷密度Ng(地面落雷密度γ)
年平均落雷密度Ng(地面落雷密度γ)是指每个雷暴日每平方公里地面上的平均落雷次数。
.3年平均落雷密度Ng(地面落雷密度γ)与雷暴日Td的关系:Ng=0.024T1d次/km2a
2
1.2名词解释 1.2.1接闪器
直接截受雷击的避雷针、避雷带以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。 1.2.2引下线
连接接闪器与接地装置的金属导体。 1.2.3接地体
埋入土壤中或混凝土基础中作散流作用的导体。 1.2.4雷电波侵入
由于雷电对架空线或金属管道的作用,雷电波可能沿着这些管线侵入屋内,危及人身安全或损坏设备。
1.2.5雷击电磁脉冲(LEMP)
雷电直击于建筑物防雷装置或附近的某处所引起的效应。绝大多数是通过连接导体的干扰,如雷电流或部分雷电流、被雷击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。 1.2.6等电位连接 将分开的装置、诸导电物用等电位连接导体或过电压保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。
1.2.7电涌保护器SPD(过电压保护器)
电涌保护器是限制瞬态过电压和分走电涌电流的器件,它至少含有一个非线性元件。也称为过电压保护器、防雷器、保安器、浪涌抑制器等。分为开关型、限压型和组合型三大类。 1.2.8过流保护
安装在SPD外部前端,作为电气装置的一部分的过电流装置(如断路器或熔断器)。 1.2.9退耦元件(退耦器或去耦器)
在被保护线路中并联接入多级SPD时,若开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度小于10m或限压型SPD之间的线路长度小于5m时,为实现多级SPD间的能量配合,应在SPD之间的线路上串联适当的电阻或电感,这些电阻或电感元件称为退耦元件。
注:电感多用于低压配电系统,电阻多用于信息线路中多级SPD之间的能量配合。 1.2.10SPD的脱离器
把SPD从电路中脱开所需要的装置(内部的和/或外部的)。 注:这种断开装置不需要具有隔离能力,它防止系统持续故障并可用来给出SPD故障指示。
除了具有脱离功能外,还可具有其它功能,例如过电流保护功能和热保护功能。这些功能可以组合在一个装置中或几个装置来完成。 1.2.11状态指示器
指示SPD工作状态的器件。
1.2.12标称放电电流In(或称额定通流容量、冲击通流容量)
电涌保护器SPD不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形(8/20μs)的最大限度的冲击电流峰值。
1.2.13最大放电电流Imax(或称最大通流容量、极限冲击通流容量)
电涌保护器SPD不发生实质性破坏而能通过电流波形为8/20μs的电流波1次冲击的电流极限值。Imax大于In。 1.2.14冲击电流Iimp
流过SPD的10/350μs电流波,其在10ms内通过的电荷量Q在数值上应等于幅值电流Ipeak的50%。
1.2.14最大持续运行电压Uc
可能持续加于电涌保护器SPD的最大方均根电压或直流电压,等于电涌保护器SPD的额定电压。
1.2.15限制电压Ur
施加规定波形和幅值的冲击波时,在电涌保护器SPD规定端子间测得的最大电压峰值。 1.2.16残压Ures
当放电电流通过SPD时,在SPD端子间呈现的电压峰值。残压Ures与冲击电流通过SPD时的波形和幅值有关。 1.2.17电压保护水平Up
在电涌保护器SPD动作时,SPD两端上的最高限制电压,体现了SPD特性的一个重要参数。Up值必须大于测得的限制电压最高值。(一个表征SPD限制接线端子间电压的性能参数,它可以从一系列的推荐选用值中选取,该值应大于或等于限制电压的最大值。) 1.2.18SPD的直流参考电压U1mA(导通电压/动作电压/起动电压) 当SPD上通过规定的直流参考电流时,从其两端测得的电压值。一般将通过1mA直流电流时的参考电压称为压敏电压。 1.2.19开关型SPD的放电电压
在开关型SPD的间隙电极之间,发生击穿瞬间的最大电压值。 1.2.20劣化
由于电涌、使用或不利环境的影响造成SPD原始性能参数的变化。 1.2.21泄漏电流Ile
除放电间隙外,SPD在并联接入线路后所通过的微安级电流。 1.2.22插入损耗Ae 给定频率时,在被测通道式保护器SPD接入前后在SPD插入点处测得的电压比。用分贝(dB)表示。
1.2.23传输速率bit/s