感应雷入侵（精选三篇）
感应雷入侵 篇1
1 雷电的概述
雷电是一种具有极大破坏力的自然天气现象。
2 雷电的危害
当发生雷击时、瞬间电压可高达数百万伏、瞬间电流可高达数十万安培。雷击后在雷击中心1.5~2km半径范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。
3 计算机房系统的雷电防护
3.1 雷电入侵途径
(1) 直击雷:所谓直击雷, 是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上, 因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。
(2) 感应雷:感应雷, 是指雷云放电时在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。
感应雷虽然没有直击雷猛烈, 但其发生的几率比直击雷高得多。直击雷只在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害, 而感应雷则不论雷云对地闪击或者雷云对雷云之间闪击, 都可能发生并造成灾害。此外直击雷一次只能袭击一个小范围的目标, 而一次雷闪击则可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷过电压, 并且这种感应高压可以通过电力线、电话线等传输到很远, 致使雷害范围扩大。装有避雷针的建筑物, 可以避免雷击损坏建筑物, 但是在雷电从建筑物顶端泄放入大地或者附近发生雷击的时候, 雷电电磁脉冲可以通过避雷针的引下线和接地系统地线产生很强的电场, 建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压, 这些感应电压的高低随着金属形状、距地线的距离和雷击大小而变 (根据IEC 6131 2标准, 当雷击击中建筑物时, 即使装有避雷针, 直击雷电流的50%通过引下线和接地系统入地, 仍然会有大约50%的雷击能量仍会分配到各线路系统) 一旦电源输入线、电话线、网络线或其它电子设备的金属引出、引入线感应到瞬间高压, 避雷针就无能为力了。
3.2 雷击防护的基本原理
雷击防护:就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地, 是疏导, 而不是堵雷或消雷。一个完整的防雷系统包括两个方面:直接雷击的防护和感应雷击的防护。缺少任何一面都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。外部避雷。由避雷针 (或避雷带、避雷网) 、引下线和接地系统构成外部防雷系统, 主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故;内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏, 这是外部防雷系统无法保证的, 为了实现内部避雷, 需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。
(1) 多级保护原则:即根据电气、微电子设备的不同功能、受保护的程序和所属保护区域确定防护要点作分类保护;根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道, 对电源线和数据、通信线路都应做多级层保护。
(2) 外部无源保护:在LP Z0级保护区即外部作无源保护, 主要依靠避雷针 (网、线、带) 和接地装置。保护原理:当雷云放电接近地面时, 它使地面电场发生畸变。在避雷针 (线) 顶部, 形成局部电场强度畸变, 以影响雷电先导放电的发展方向, 引导雷电向避雷针 (线) 放电, 再通过接地引下线, 接地装置将雷电流引入大地, 从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。建筑物的所有外露金属构件 (管道) , 都应与防雷网 (带, 线) 可靠焊接。
(3) 电源部分防护:雷电侵害主要是通过线路侵入。对高压部分电力局有专用高压避雷装置, 电力传输线把对地的电力限制到小于6000V (IEC62.41) , 而线对线则无法控制。用分流 (限幅) 技术即采用高吸收能量的分流设备 (电涌保护器) 将雷电过电压 (脉冲) 的能量分流泄入大地, 达到保护目的, 所以, 分流、等电位技术中采用防护器的品质、性能的好坏是直接关系网络防护的关键, 因此, 选择合格优良的电涌保护器至关重要。
4 防雷设计依据
(1) 《建筑物防雷设计规范》GB50057—2010。
(2) 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343。
(3) 《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》GB50169—92。
(4) 《建筑物防雷》IEC61024。
(5) 《雷电电磁脉冲的防护》IEC61312。
5 防雷设计方案
5.1 电源系统雷电防护
(1) 在计算机主机房大楼总配电房总开关处安装一类分类试验产品防雷器REP-X EL 3 85 M 25 0, (标称工作电压) U n=3 8 0 V, (电压保护水平) U p≤1.5 k V, (冲击电流) Iimp=25k A, (响应时间) △t≤10 0ns;产品特点:内置失效脱扣装置, 当保护器因过热、击穿失效时, 能自动将其从电网脱离, 具有失效指示功能;作为电源线路的第一级雷电防护; (2) 在各楼层总配电柜处安装二类分类试验产品防雷器REP-XEL385M40, (最持续运行电压电压) U c=38 5V, (电压保护水平) U p≤2.0k V, (标称放电电流) In=4 0 k A, 作为电源线路的第二级雷电防护; (3) 在计算机主机房及各办公室电脑电源开关处安装一套单相电源防雷器, 型号:RE P-X E L 3 8 5 M 2 0/2, (最大持续运行电压电压) Uc=385V, (电压保护水平) U p≤1.2 k V, (标称放电电流) I n=2 0 k A, (响应时间) △t≤25ns;作为电源线路的第三级雷电防护。
5.2 网络系统雷电防护
(1) 在机房的网络交换机处安装24口机架式网络防雷器, 型号:R E P-X 0 6-24 RJ4 5E 100 (标称工作电压) U n=5 V, (电压保护水平) U p≤13 V, (标称放电电流) In=5k A, (响应时间) △t≤1n s;作为控制机房网络交换机网络线路的雷电防护。
6 等电位连接
等电位连接是现代防雷技术重要的防护措施之一。
(1) 在配电房、控制机房内所有等电位连接线、静电接地及SPD接地线先汇集到等电位连接板再与汇入地网。
(2) 将分开的外导电装置用等电位连接导体连接后接地, 以减少系统设备所在的建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差。
7 防雷接地及要求
感应雷工程施工安全措施有哪些？ 篇2
感应雷的施工往往涉及到甲方的工作环境，并且在施工中涉及到甲方单位的电源停电、信息系统的信号断开，并且要借用甲方的场地堆放施工材料和用借用甲方的电源进行施工，因此，施工前一定要和甲方商量稳妥，遵守甲方的相关规定，与甲方协调好，在停电和断开信号前要征得甲方的同意后方可实施，以免停电和信号的断开给甲方造成不必要的损失，
为保证施工安全，特制定以下措施：
1.施工人员统一穿着工作服，操作过程中，施工人员要首先保证自身的人身安全。
2.根据安装工程的特点，以防止触电漏电为重点，杜绝各种事故发生。涉及电工操作时，安装人员必须穿绝缘鞋，禁止带电作业。和甲方协商，经甲方同意后方可断电作业。
3.加强用电设备管理，各种电动工具和设备在使用前应进行检查，如发现破损，应修复后才能使用，
电动设备应有可靠的接地，使用前应检查是否是漏电现象，手执式电动工具应安装漏电保护器。
4.现场采用标准配电箱，配备漏电保护器和空气开关，采用绝缘性能好的橡胶护套线作为施工临时用电电源线，禁止使用普通的塑料电线作为移动电源线。
5.施工现场临时用电工程必须采用TN-S系统，设置专用保护零线。配电系统采用三级配电两级保护。
6.断电后进行避雷器安装时，要先用电笔或万用表测量电源的输入极和输出极，再次确认断电，以免发生别的意外。
7.安装时，旁边应有一人值守，以确保安全。发生意外时能及时地对事故做出反应。
8.确实无法断电作业时，接线规则应严格遵守电工操作规程，接线时，先接零线，后接相线;拆线时，先拆相线，后拆零线。
9.未经同意，不得随意改变甲方原有的各种线路走向，涉及到信号线路时，要保证信号线路不被压断、折损等。
10.做等电位连接或利用自然接地体做接地时，如需打孔或剔钢筋筋，需征得甲方的同意后方可进行，完工后，需清理现场。
配电线路感应雷过电压计算 篇3
国外学者很早就对感应过电压的概率分布以及线路闪络次数进行了比较深入的研究。文献[2]提出了一种假设雷电流为直角波计算感应过电压的分布参数电路模型, 但是忽略了电场和磁场的耦合;文献[3]提出了电场和磁场相互耦合的传输线模型, 但忽略了水平矢量磁位产生的电场;文献[4]在此基础上提出了多导体传输线模型, 但该模型基于准TEM波假设, 以散射电压对该传输线模型进行激励。对此, 为了准确地了解感应雷过电压特性, 本文综合考虑以上各模型的优缺点, 应用电磁暂态计算程序ATP/EMTP建立一个模拟雷电通道产生的电磁场激励线路过程的模型。该模型可以定义输入与输出量, 应用MODELS语言对感应过电压的数值进行求解。
1 模型及计算方法
电磁暂态计算程序ATP-EMTP最初用于对电力传输系统等的暂态仿真, 现在广泛应用于雷电暂态过程的分析[5]。MODELS语言提供一种描述模型结构和元件基本功能的格式, 允许系统的描述与系统的功能结构相符合, 能实现用户自定义的ATP和TACS中现有元件不能实现的功能[6]。
当雷电击中大地时, 会在线路附近产生强大的雷电电磁脉冲, 电磁脉冲对低压配电线路施以激励进而产生感应过电压。感应过电压的计算首先要建立一个描述云层与大地之间的雷电通道, 根据主放电通道的雷电流模型计算出不同空间位置的电磁场分布;再根据线路与电磁场之间的场线耦合模型计算出电磁场在多导体传输线上的感应过电压。
由于雷电放电过程具有很强的随机性和复杂性, 创建计算感应过电压的模型基于以下假设:
1) 架空输电线路等效为无损传输线, 只影响雷电通道产生的水平电场。
2) 雷电通道的电荷均匀分布, 且垂直于大地。
3) 雷电回击速度与光速成一定比例关系且恒定, 通道近似于一条理想传输线 (TL传输线模型) 。
1.1 电磁场计算
根据偶极子理论对Maxwell方程组进行求解, 将雷电通道垂直于地面的点作为坐标原点, 地面作为x、y平面, 主放电通道的中心线作为z轴, 如图1所示。
空间任意一点P (r, φ, z) 在无损大地上的电磁场表达式为[7]
Cooray-Rubinsten公式考虑了大地电导率对水平电场的影响, 且适应于近区域和远区域的电磁场计算, 该计算表达式的时域卷积形式为[8]
地面损耗g0 (t) 在频域中的表达式为
式中:c为光速;ε0为空气介电常数;εrg为土壤介电常数;σg为大地电导率。
1.2 空间电磁场与传输线的耦合模型
空间电磁场与架空线路的耦合模型可以通过Taylor模型、Agrawal模型和Rashidi模型获得。Agrawal模型的时域表达式为
式中:us (x, t) 、i (x, t) 为传输线上散射电压、感应电流;Exσ (x, h, t) 为水平电场在高度h处沿传输线方向的分量;L'、C'为传输线单位长度的电感与电容。
雷击点与输电线路的相对位置如图2所示。
在图2中, 观测点A为线路的终端, 因此xA>xB, 线路高度z=h, 此处的感应雷过电压在频域中可表示为
线路的无损部分U0 (xA, w) 为
线路的有损部分UΔ (xA, w) 为
1.3 输电线路等效模型
为了能够应用MODELS语言对感应过电压进行计算, 应用经典的Bergeron模型对线路进行建模, 如图3所示。
其中线路A的终端电压Ur A (t) 由感应过电压Uσind0 (xA, t) 和由线路B端反射的电压叠加而成, 延迟传播时间为τ。
上述雷电通道周围电磁场以及感应过电压的计算都是假设雷电流为直角波形, 但实际情况雷电流的波形极其复杂, 为了简化计算, 可以将雷电流波形等效为斜角波, 以便对电力系统进行防雷保护设计。雷电流等值斜角波的波形形状g1 (t) 为
式中:Im为雷电流幅值;tc为到达雷电流波头的时间;b为雷电流波尾响应;H (t) 为单位阶跃响应。其中
式中tf为雷电流的波长。
雷电通道对有损大地线路的感应过电压可表示为
其中
1.4 感应过电压仿真模型
应用ATPDraw搭建如图4所示电路, 采用MODELS语言对子模块进行编程计算线路感应过电压, 其中输电线路应用EMTP中Type51和Type52进行模拟, 阻抗值等于线路的特性阻抗, 应用Type60电源等效电压Ur A和Ur B。
如果线路终端A和B不在同一水平线上 (三相情况) , 已知A和B的坐标分别为 (x'A, y'A) 和 (x'B, y'B) , 雷击点位置坐标为 (x'0, y'0) , 则式 (1) 可表示为
其中
线路坐标点x需要满足xA>xB, 此时线路长度为L=xA-xB。
1.5 模型验证
为了验证模型计算的准确性, 对图5的线路结构进行仿真计算分析。计算条件如下:线路高度为5.68 m;计算中的线路长度为684 m;雷击点距离架空输电线路的水平距离为145 m;雷电回击速度为1.5×108m/s。本文计算的结果与其他方法计算的结果对比如表1所示。
由表1可知, 本文的仿真计算结果与其他方法计算出来的数据比较接近, 在误差允许范围内, 因此该模型可以应用到配电线路感应过电压的计算中。
2 感应雷事故仿真计算
架空输电线路附近落雷时, 产生的强大电磁脉冲对多导体传输线施以激励, 线路产生瞬态感应过电压。图6给出了雷电通道距离架空输电线路的垂直距离分别为20、50、100、150 m时, 感应过电压的波形情况。感应过电压的仿真计算条件为:雷电流幅值为100 k A;雷电流波形为2.6/50μs;雷电回击速度为1.5×108m/s;线路高度为12 m;大地电导率为0.001 s/m;土壤的介电常数为10;线路长度为1000 m;设雷击点位于线路中部。
由图6可以看出, 雷击点与线路的距离越小, 雷电产生的感应过电压数值越大。
雷电通道距离架空输电线路的垂直距离为20 m时, 不同雷电流产生的感应过电压波形如图7所示。感应过电压的仿真计算条件为:雷电流幅值为100 k A;雷电流波形为2.6/50μs;雷电回击速度为1.5×108m/s;线路高度为12 m;大地电导率为0.001 s/m;土壤的介电常数为10;线路长度为1000 m;设雷击点位于线路中部。
由图7可以看出, 感应过电压的数值与雷电流幅值有关, 雷电流幅值越大, 线路产生的感应过电压数值越大。
雷电通道距离架空输电线路的垂直距离为50 m时, 不同雷电回击速度产生的感应过电压波形如图8所示。感应过电压的仿真计算条件为:雷电流幅值为100 k A;雷电流波形为2.6/50μs;线路高度为12 m;大地电导率为0.001 s/m;土壤的介电常数为10;线路长度为1000 m;设雷击点位于线路中部。
由图8可以看出, 感应过电压的数值与雷电回击速度有关, 雷电回击速度越大, 线路产生的感应过电压数值越大。
3 结论
基于MODELS语言建立的ATP-EMTP模型用于架空线路感应过电压的计算方法, 经仿真计算验证, 该方法计算结果与其它方法计算的结果在误差允许范围之内, 满足了设计要求。同时使用该方法计算感应过电压方便、快捷、可行。
摘要：为研究雷电感应过电压特性, 提出了一种基于MODELS语言并应用ATP-EMTP软件计算多导体传输线感应过电压的新方法。计算时考虑了大地损耗对垂直电场的影响, 并且在计算过程中将线路本身等效为无损传输线。将实际计算的结果与火箭引雷实测数值以及其他模型计算结果进行了对比, 验证了该方法的有效性。
关键词：感应过电压,MODELS,ATP-EMTP,大地损耗
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