如何预防雷电造成的损失？

1.过电压及其分类

供配电系统在正常运行时，电气设备的绝缘都处于电网的额定电压作用之下，但是由于某些原因，供配电系统中某些部分的电压可能升高，甚至会大大超过正常状态下的数值，这种在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求的电压称为过电压。

过电压按其发生的原因可分为两大类，即内部过电压和雷电过电压。

（1）内部过电压。内部过电压是电网内部能量的转化或网络参数变化引起的电压升高。

内部过电压又分为操作过电压和弧光接地过电压，例如断路器的切与合、负荷剧变、单相接地的短路故障都可能引起内部过电压。由于过电压的能量来自电网本身，所以过电压的幅值和电网工频电压幅值成正比，但一般不会超过系统正常运行时额定电压的3～3.5倍。

（2）雷电过电压（由于引起这种过电压的能量来自外界，故又称为外部过电压）。雷电过电压是指电力系统内的设备或构筑物遭受雷击或雷电感应而产生的过电压。雷电过电压的根本原因是雷云对地放电。

2.雷电的形成及有关概念

（1）雷电的形成。在雷雨季节，地面湿气受热上升，与高空中的冷空气相遇，凝结成水滴，形成积云。形成积云的水滴受空气中强烈气流的吹袭，分裂为大小不同的水滴，这些水滴在气流的强烈摩擦和碰撞下形成带正、负不同电荷的雷云。当带电的雷云块临近地面时，由于静电感应，大地感应出与雷云极性相反的电荷，两者组成了一个巨大的电容器。

电荷在雷云中分布是不均匀的，当雷云中电荷密集处的电场强度达到25～30kV/cm时就会击穿周围的空气，使周围的空气电离形成导电通道。电荷就沿着这个通道由电荷密集中心向地面发展，称为先导放电。当先导放电进展到离地面100～300m时，大地上与雷云异极性的电荷与雷云中的电荷产生强烈中和而产生极大的电流（这一电流称为雷电流），并伴随着雷鸣与闪电，这就是主放电阶段（有时空中带有异性电荷的两块雷云也会发生类似现象）。主放电存在时间极短，为50～100μs，但雷电流可达数千安或数百千安。当主放电结束后，云中的剩余电荷沿着主放电通道继续流向大地，这一阶段称为余辉放电，余辉放电的电流不大，持续时间为0.03～0.15s。

（2）雷电流的特征。雷电流的特征是用雷电流波形表示的，如图9－1所示。雷电流的幅值变化范围很大，一般为数十或数百千安。雷电流的幅值大都在第一次闪击时出现，达到最大值的时间为1～4μs。

图9－1　雷电流波形

雷电流的幅值可用磁钢记录器测量。

波头指雷电流在幅值以前的一段波形。

波尾指从幅值起衰减到Im/2的一段波形。

雷电流的陡度用波头部分增长的速度来表示，即陡度可用电花仪组成的陡度仪测量。从雷电流波形中可以看出，雷电流是一个幅值很大、陡度很大的冲击波电流。对电气设备绝缘来说，陡度越大，产生的雷电过电压越大，对绝缘破坏越严重。目前我国在防雷设计中计算陡度时一般取2.6μs。

年平均雷暴日数Td、雷电的大小与多少和气象条件有关。为了统计雷电的活动频度，一般采用雷暴日为单位。在一天内只要听见雷声或看见闪电就算一个雷暴日。年平均雷暴日数Td是指当地气象台站统计的多年雷暴日的年平均值。Td≤15的地区为少雷区，Td≥40的地区为多雷区。Td值越大的地区，防雷设计的标准相应越高，防雷措施越应加强。根据人们现在的认识，雷电活动的分布如下：

①热而潮的地区比冷而干燥的地区雷电多。(www.xing528.com)

②雷电的频率是山区高于平原，平原高于沙漠，陆地高于湖海。

③雷电高峰月大都在7、8月，活动时间又都在14—22点。各地区极大值、极小值多数出现在相同年份。

（3）雷电过电压的基本形式。雷电过电压的基本形式有3种。

①直击雷过电压。雷云直接击中电气设备、线路或构筑物，强大的雷电流通过被击物体的阻抗泄入大地，在该物体上产生较高的电压降，称为直击雷过电压。雷电流通过被击物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。

②感应过电压。线路附近发生对地雷击时，在架空线的三相导线上出现的很高过电压称为感应过电压。

下面以雷云向线路附近地面放电为例，阐述感应过电压的产生。图9－2所示为架空线路上的感应过电压。当雷云出现在架空线路上方时，线路上由于感应面积聚了大量的束缚电荷，束缚电荷被释放，如图9－2（a）所示。在雷云的电荷线路附近地面放电后，线路上的束缚电荷被释放形成的自由电荷向线路两端行进，形成很高的过电压波，如图9－2（b）所示。高压线路上的感应过电压可高达几十万伏，低压线路上的感应过电压也可达几万伏，这对供电系统的危害是很大的。

③雷电波侵入。直击雷或感应雷产生的高电位雷电波沿架空线路或金属管道侵入变电所或用户的过电压波，称为雷电波侵入或高电位侵入。据统计，供电系统中由雷电波侵入造成的雷害事故，在整个雷电事故中占50％以上。

图9－2　架空线路上的感应过电压

（a）雷云在线路上方时，线路上感应产生束缚电荷；（b）雷云消失后，自由电荷在线路上形成过电压波

3.雷电的危害

雷电的破坏作用主要是雷电流引起的。它对电气设备的危害主要表现在以下几个方面：

（1）雷电的热效应。雷电流通过导体时产生大量的热能，此热能会使金属熔化，从而烧断导线和电气设备并引起火灾或爆炸。

（2）雷电的机械效应。雷电流产生的点动力可摧毁电气设备、杆塔和建筑物，伤害人和牲畜。

（3）雷电的闪络放电。它可烧坏绝缘子，使断路器跳闸，使线路停电或引起火灾。

（4）雷电的电磁效应。它可产生过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡。