李建基
第26屆國際防雷會議(ICLP:International Conference On Lightging Protection)于2002年9月2日至6日在波蘭的Krakau 市舉行。來自33個國家的約200名專家出席了會議。會議是在Carlo Mazzetti博士(意大利)和Zdobyslaw Flisowski 博士(波蘭)的主持下召開的。會議分了10個專業組,收到有關雷電研究和防雷的論文160篇。
雷放電
第1組為“雷放電組”。會議由主席Owen Farish 教授(英國)和解說員Vladimir A.Rakov教授(美國)主持。這個組照例雷放電的特點及模型化。在總計16篇論文中,有5篇重點研究雷電數據監測和處理,有7篇研究雷放電的模型化,還有千篇介紹在高壓實驗室的試驗研究。
13年以來,巴西在“Morro Cachimbo”山上的一個60m高塔上測量 了雷電流。山高1430m,位于Belo Horizote 附近。在此期間,記錄了31次負性初雷和59次負極性續雷的雷電流。測量基本上證實了Jarl Berger 教授在瑞士Monte Salvatore地方長年測量的是今已知雷電參數。與Berger 測量相比,此次測量的電流最大平均值高些,其中負極性初雷的平均值約為40Ka,負極性結續雷的平均值約為16kA (K. Berger:30kA和12kA)。但最大平均電流陡度卻小些,對于負極性初雷為19kA/us,對負極性續雷為 30Ka/us。電流陡度小此,可能是由于選取的掃描速度50ns不足以記錄電流很短上升的情況。
當目標高度更高時(約高100m以上),主要誘發上行雷。上行雷的特點是是一個由“先導”放電提供的長時電流。如在Gaiberg山(奧地利薩爾茨堡州府東5km)約100m高通信塔所作的研究那種,“先導放電通道的亮度近似與長時電流成比例。
在負極性上行雷中,長時電流典型值為幾百安,而在正極性上行雷中,該值達10Ka以上。日本一篇論文珠解說,造成這種差別是由于正極性和負極性“先導”放電的發展不同的緣故。在日本Fukui附近的一個200m高的煙囪上,曾用高速攝影機測量了“先導“放電。測量表明,正極性“先導”放電以約10的5次方 m/sma典型速度持續向上發展。而負極性“先導“放電以跳支式向前發展,共平均速度高得多,約達6.10的6次方m/s。
雷電空位和雷電頻次
第二組為“雷電空位和雷電頻次”組。收到論文12篇。會議由主席Vernon Cooray 教授(瑞典)和解說員Gerhard Diendorfer 工學博士(奧地利)主持。該組主要研究現代雷電空位系統。此間,幾乎所有工業國家都使用了現代雷電空位系統。在這些系統中,雷電的空位,或通過磁場或通過電場的行電時間或通過這兩個方法的組合。
多數論文分析了現有的系統,并提出改善其功能的措施。在這里,軟件解決方案引起普遍重視。提出了改進工作的數學模型和計算方法以及有效監測和處理大量數據的措施,從而提高了空位精確度,改進了云——地和云——云之間的選擇性。引外,可精確預報雷暴的波頭和雷電頻次。
為了能夠觀察歐洲范圍的雷電活動,需要將雷電的空位擴展到各個系統有限區域以外。為此,于1999年建立了一個歐洲網絡(歐洲雷電檢測中心網絡(CELDN,〔2〕。這個網絡的核心由德國BLIDS和奧地利ALDIS系統〔3—4〕構成。該網絡此**還包括匈牙利、波蘭、斯洛伐克及捷克等東歐國家。
LEMP和干擾稿合
第三階段組為LEMP(雷電場)和干擾稿合組。會議由主席Tatsuo Jiawamura教授(日本)和解說員Canlo-Alberto教授主持。會議收到17篇論文。這個組的主題是早氣設備和電子設備中的雷電場的產生上,有13篇論文重點放在干擾稿合上。
雷電場是由雷電通道中的電流流動產生的。雷電模型描述了這種過程。在這里通常以雷擊入平地為基礎。相兵荒馬亂地,如果雷南擊建筑物,流過建筑物結構上方的電流亦是產生雷電場的主要部分。特別是當建筑物很高時,流經建筑物上方的電流引起的雷電場**主要地位。但當建筑物不高時,建筑物的精確模擬比雷電通道的模擬更為主要。
收入“干擾稿合”題目的論文指出,雷電對高壓線路的干擾引起的興趣不大。這可能是由于輸電具有高的質量和供電可靠性。雷電是引起過電壓、電網中斷和事故的主要原因。這方面收錄的論文現在主要還是建立在理論模型上;還需要對推測的結果進行實驗驗證。
雷擊機理
第4組為“雷擊機理”組。收到論文13篇。會議由主席Tibor Horvath 教授(匈牙利)主持,并由BOMUALD Wlodek(波蘭)教授解說。有10篇論文的重點議長在“先導”放電發展上。其余3篇論文主要對保護區作觀察。
對于高度約在60m以下的低層建筑物,主要遭受落雷。這種類型的雷電由下行“先導”放電引起。“先導“放電使云因帶電荷,當接近“先導”頭部時,地面的電場增高。當超過臨界場強時,從曝露部位處形成上行“先導”放電。這種上行先導放電將地面上雷擊目標與上行“先導”放電。這種上行先導放電交地面上雷擊目標與上行“先導“放電尖端之間的臨界距離(幾10~100m)橋接。此時,它抓住雷擊點,并形成自己的主放電,使強大的雷電流流向地面。
上行“先導”放電經歷如下發展階段:
1) 首先引發一個“流注”放電過程。“流注”放電包括典型電流小于1A的“冷”放電。
2) 在負極性雷電最為頻繁的情況下,正極性“流注“放電需要一個至少400KV/m的基本場。只有超過這個值時,方可產生正極性“流注”放電。
3) “流注”放電必須發展到最短長度在米級范圍內。只有在這種情況下,它才能變成“先導”放電。與“流注”放電相反,“先導”放電為“熱”放電,電流明顯大于1A。
4) “先導”放電需要的基本會議場至少為200KV/m,從而它才可能發展。
如上幾屆防雷會議,在這次會議,也主就人工能發一個上行“先導”放電將雷電流引向一個確定的雷擊部位的可能性,進行了熱烈的議論。在一個工廠中,雷電流然后才能從這個雷擊部位經過簡易的避雷器引入地下。
如果有這種可能,即必須及早能發“先導”放電。作為ESEL(初期流注放電)的方法,就基于這個想法。在這種**量中,由吭壓電極產生一個電場,而這個電場只在附近區域產生,一個供“流注”放電發展,必需的基本場(各種工)。因之,只產生一個較小的“流注”放電,它不會轉變為“先導”放電(條件3)。這種裝置的效力,尚未得到證實。
人工產生類似于“先導“放電的等離工體基于類公的老法。這種等離式體用強大的激光產生。因為在這里不準備為“先導”放電的發展的必須的基本場(條件4),故用這個辦法不會得到附加防護空間的效益。
由許多雷擊特點中得出,大約在25%的雷電中,出現多個雷電通道。在一次雷擊中,少有8個人(6死2重傷)遭遇不同的雷電通道。這可能是主通道分叉形成不同分歧。另一方面,發現支雷電往往不跟隨前面支雷電的路徑。這可能是出現多個雷擊部位的原因。
避雷與接地
第5組為“避雷—接地“組。該組收到19篇論文。會議由主席Christian Bouguegneau教授(比利時)和解說員Walgang Hadrian教授(奧地利)主持。
為了減少電磁干擾量,在防雷區主方案中,需要在防雷區過渡處加屏蔽。作為造價適中的解決方案,采用現有的建筑結構(如鎧裝鋼筋水泥)。對于屏蔽結構的效力,在實驗室經一個帶屏蔽柵的立方形籠中進行了試難研究。測得內場強的分布,關與計算加以比較。結果表明,防雷區LPZO和LPZI之間分界處的外屏蔽的效力一般高于區域LPZ1T 和lpz2之間過渡處的內屏蔽。基效力既與屏蔽結構也與電位平衡和接地各種有關。
這個組的重點是接地和擴展接地系統中,不同點之間的電位差。為了分析防雷接地系統,引用了瞬態計算機。電氣要簡易度(對50/60HZ的準穩態分析)的要點接地,不能同時作為足夠的防雷接地。
在承受雷電流時,不可忽略接地電極與土壤的非線性特性。特別是接地導體內的土壤電離化,大大降你了土壤的電阻率。
電力系統的防雷
該組在Joslein Huse 博士(挪威)和解說員Marek Szczerbinski 博士(波蘭)主持下開了會議。
用攝影法求得了雷擊高壓架空電網的頻次,并用計算法分析了造成的后果。通行的措施是架空線走廊的接地線和避雷器。高壓電網中的避雷器,不僅裝在變電站中用來保護使用的設備(特別是變壓器),而且分布在架空線上,與絕緣子并聯,以避免絕緣子閃路。通過使用這種"線咱避雷器“,可大大改善哪些接地情況不佳地區的供電安全性。
架空線直接遭雷擊或附近遭雷擊,不僅威脅高壓和中網電網中的設備,而且雷擊經過配電變壓器將過電壓和過電流超臨界稿合入低壓電網,造成電氣設備和電子終端裝道的故障或損壞。會議提出了不同容量(5KVA~1250KVA)變壓器一次和二次測之間瞬態稿合的計算方法,并分析了對低壓側的干擾量。
電子設備的防雷
第7組為“電子設備的防雷”組。會議由Eric Montandon(瑞士)主持。Fridolin Heidler博士作解說員。
低壓設備的過電壓保護裝置(SPD)主要用避雷器。會上提出了新的避雷器技術。在承受劇形沖擊波(5/50ns)時,對避雷器的特性所作的研究表明,在這個極短的沖擊中,雷電保護裝置(SPD)的寄生電容可起到“濾波”的作用,這種就吸收了入侵沖擊波的部分能量。
多次雷放電會使避雷器在1S內多次動作,并引起式頻續流。用新型沖擊電流發生器,模擬了10KA,8/20us沖擊電流多次放電。在避雷器上,隔20ms 5次觸發式頻續流。此時在敞開式和封閉式避雷器結構中,均未出現問題。
從出現的過成壓次數和避雷器的制造工藝上,確定了火花間隙為基礎的避雷器的壽命。只有在施加工頻電壓一定相位處,過電壓觸發工頻續流。對于所研究的避雷器,其壽命可望33年。
國際雷電研究和試驗中心(ICLRT)(美國佛羅里達州)用火箭觸發雷電,研究了雷電流沿中壓架空線的分布。830m長的試驗線路裝在18基桿塔上,并裝有6只氧化鋅避雷器。雷電引發在外導線上。高頻電流分量(在花初幾微秒內)主要流經兩個距雷擊點最近的避雷和桿塔。而所有避雷器參與對地總電荷的轉移,此時電流分布取決于桿塔的接地電阻。
為了構成電磁屏蔽,使用了現有的導電的結構件,水泥的鋼鎧裝對此特別適用。對于這種網格式的屏蔽,DINV VDE V 0185—4(VDE V0185第4部分)2002—11〔6〕建筑物直接受雷擊時估算磁場、磁場變化和感應電壓的公式。這此公式基于數字模擬,適用于具有空網目的單層屏蔽。但是鋼筋水泥結構通常由多個(到少而2個)鎧裝層組成。因之在慕尼黑聯邦防御大各的高壓工程試驗室和雷電研究中,對單層、工層和由鎧裝網柵構成的立體屏蔽結構進行了比較試驗。其中的是通過第二層鎧裝網柵構成的立體屏蔽結構進行了比較試驗。其目的是通過二層鎧裝定量附加屏蔽效果。相比單層格柵,二層格柵獲得發下附加屏蔽率效果。
·3dB~7 dB ,對磁場變化(Dh/dt)
·9dB~12dB ,對于縱問電壓
u1 撫蓋和地之間
雷擊的損害作用
第8組為“雷擊的損害作用”組。收到11篇論文,會議由主席Z.Flisowski(波蘭)和解說員Farhad Rachidi博士主持。其中5篇論文論述了需電事故及對人身傷害。6篇論文論述對設備和電力系統的風險評估和損壞。
人直接受雷擊的雷電事故會造成死亡,或至少造成嚴重損傷。附近的人員邊會受到很大傷害。這一般是由于跨步電壓的緣故,由于電流在地面上流動,與人形成電位差。但日本的研究得出的結論卻認為大高估了跨步電壓的損壞風險。這項研究基于這樣的雷擊事故,即雷電擊入至少由5人緊緊提成 一體的幾個小組。
研究了各人員組及13次受雷擊的情況,在這里,有24人有受雷擊的特征。顯然,一些雷擊具有多個雷擊通道。有關人員或死亡(15人)或受到嚴重損傷(9人)。直接接觸這些人的人員也部分受到弘大傷害,這可能是由于雷電支電流跳越的緣故。而僅受到跨步電壓威脅的單獨站立人員,未受到或未受到嚴重損傷。至少相距7m 的人員根本沒有受到影響。
實際和特殊的防雷問題
第9組為“實際和特殊的防雷問題”組。收到論文19篇,會議在主席Istvan Berta教授(美國)主持下,介紹了風力發電設備和高層建筑物的防雷問題。
以給希臘海中島嶼的正地自主供電為例,從風險分析出發,介紹了一種普遍的防雷方案。由于各個供電裝置空間上的隔離(風力透平機和光伏發電設備)和差的接地件對防雷提出了特殊的要求。所進行的工程表明,根據風險分析,在資金可承受的情況下,對于自給自足的設備,也可能進行有效的防雷。
特殊的問題出現在高100m以上的風力發電設備的防雷保護上。由于高度高,這種設備的雷擊概率及損害風險大大增加。特別是自誘發上行雷電數量增加。目前轉子葉片大多由玻璃或碳素纖維—復合材料制作,這就特別危險。作為電氣和電子設備的保護基礎,除了風力發電設備外,整個風力場應納入保護方案。
對于高的桿塔上的設備,也需要有專門的防雷方案,以便帶開線的移動式無線電站得到有效的保護。在安裝高壓架空線的桿塔時,值得注意的是雷擊會引起移動式無線電站低壓事故,造成供電的中斷。
防雷和防雷標準
第10組為“防雷和防雷標準”組。收到11篇論文。會議由Carlo Mazzetti博士(意大利)主持,討論由Alain Rousseau(法國)主持。
IEC TC 81〔8〕負責雷擊“風險”分析的相關組介紹了未來IEC 62305-2標準的內容。按IEC 61024-1-1;1993-09〔9〕標準作簡化的程式將不再采用。新的IEC62305-2(對現有草案正在咨詢之中)取代按IEC/TR2 61662;1995-04〔10〕標準還有PC軟件,以使實際應用。
關于以所謂ESE技術(初期流注放電)為基礎的防雷裝置的效力問題,又引起了爭論。隨著新模型的提出,如CVM和FIM法,ESF防雷裝置應強制性進入國內外標準中。但與之相反,不同的論文明確地提出,這些模型假設的前提條件不符合對雷電現象的測量和觀察。這點可通過一系列理論研究和實際例子和經驗得到論證。對于ESE防雷裝置的效力,迄今尚沒有一個科學的有份量的證據。
ICLP 2004年在法國
第27刷國際防雷會議(ICLP)將于2004年9月12日至17日在法國阿維尼翁(Avignon)的“國際會議中心”舉止行。
參考文獻
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