通信系統(tǒng)過電壓產(chǎn)生的原因與防護

避雷針的保護范圍是根據(jù)模型實驗結(jié)果而確定的，所謂保護范圍是指被保護物在此空間范圍內(nèi)不會遭受雷擊。單支避雷針的保護范圍是以避雷針為軸的折線圓錐體，跟雨傘有些相似，如圖3所示。折線的確定方法是：A點為避雷針的頂點，避雷針高度為h；B－B′水平線距地面高度為h/2；C（C′）點是地平面上距避雷針（垂直線）1.5h的點；自A點作－45°及225°斜線與B－B′水平線的交點B（B′）。聯(lián)結(jié)ABC和AB′C′折線所包圍的空間即為單支避雷針的保護范圍，在地面上的保護半徑r=1.5h。

被保護物的高度系指建筑物最高點的高度，被保護物必須完全處于折線錐體的范圍之內(nèi)，這樣才不致于遭受雷擊。對單支避雷針保護不理想的情況，還可以采用兩支或多支避雷針保護，具體的計算方法與單支避雷針類似。

（2）避雷線

避雷線主要用來保護傳輸線路，它由懸掛在被保護物上方的鋼絞線、接地引下線和接地體3個主要部分組成。

單支避雷線的保護范圍如圖4所示。由避雷線向兩側(cè)作與垂直面成25°的斜面，即構(gòu)成保護范圍的上部空間；在h/2處轉(zhuǎn)折，與地面上離避雷線水平距離為h的直線相連的平面，構(gòu)成了保護范圍的下部空間，總體保護范圍如同一個屋脊形空間，被保護物必須處于該保護空間之內(nèi)。

比較圖3和圖4可知，同樣高度的避雷針和避雷線，避雷針的保護半徑（寬度）較大，在地面上保護半徑約為避雷線保護寬度的1.5倍，因為避雷針先導(dǎo)的能力大于避雷線。

（3）避雷網(wǎng)、帶

避雷網(wǎng)是在被保護建筑物屋頂上連結(jié)成的金屬網(wǎng)格，用引下線接至接地體。金屬網(wǎng)格可用直徑大于8mm的鋼筋或截面大于12mm×4mm的扁鋼焊接而成，其邊長不宜超過6m～10m。對于屋脊、屋角、屋檐、檐角等易受雷擊的部位，宜采用避雷網(wǎng)防護直擊雷。避雷網(wǎng)還有防護雷電感應(yīng)的作用。

避雷帶是在建筑物的邊緣及凸出部分裝設(shè)的金屬鋼帶，利用澆灌在建筑物上的支持鐵夾加以固定。支持鐵夾高出屋面約100mm～150mm，每兩支鐵夾間的距離為1m～1.5m；鋼帶一般采用直徑大于8mm的圓鋼或截面積大于12mm×4mm的扁鋼。避雷帶同樣需經(jīng)引下線接至接地體，還可以與建筑物的鋼筋焊接在一起，以減小接地電阻。

防雷設(shè)施用的接地體，其效果和作用的大小可用沖擊接地電阻Rsh來表達，Rsh愈小則說明該接地體的效果和作用愈好。所謂沖擊接地電阻，就是通過接地體引泄雷電流時的電阻。由于接地體引泄雷電流時電流密度很大，使接地體周圍土壤的電場強度增大，所以接地體周圍將產(chǎn)生局部火花放電。在火花放電范圍內(nèi)，土壤中的電壓降有所減小，相當(dāng)于增大了接地體的尺寸，因此沖擊接地電阻比工頻接地電阻要小些。即

圖5避雷針與被保護物間的距離

Rsh=ashRE

式中RE——工頻接地電阻（可測得）；

ash——沖擊系數(shù)，一般小于1。

獨立避雷針均應(yīng)有獨立的接地體，按規(guī)定沖擊接地電阻宜小于10Ω。放雷設(shè)施在雷雨季節(jié)必須處于良好的運行狀況，接閃器與引下線之間，引下線與接地體之間應(yīng)可靠連接；還應(yīng)特別注意避雷針（線）與被保護物之間的距離，防止雷電流產(chǎn)生的高電位對被保護物發(fā)生反擊現(xiàn)象。例如，在圖5中避雷針距被保護物的最近點A之電位為

uA=uR＋uL=iRsh＋Ldi/dt

式中uR——雷電流在接地體上產(chǎn)生電位的電阻分量；

uL——雷電流在h段引下線上產(chǎn)生的電感壓降（即電位的電感分量，忽略引下線電阻）；

圖6雷電沖擊波

Rsh——接地體電阻；

L——h段引下線的電感；

i——雷電流，設(shè)計時可取150kA。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，工程上可按下式確定安全空氣距離Ssaf

Ssaf≥0.3Rsh＋0.12h

式中Ssaf——安全空氣距離，m。

為保證安全可靠，避雷針（線）的安全空氣距離Ssaf不得小于5m。

為了防止避雷針（線）接地體在土壤中對被保護物接地體發(fā)生閃絡(luò)，兩接地體之間必須保持足夠的地中距離SE，通?？砂聪率酱_定

SE≥0.3Rsh

要求SE不小于3m。

3.2感應(yīng)過電壓的防護

（1）雷電沖擊波的特性

當(dāng)傳輸線路遭受雷擊后，在導(dǎo)線上產(chǎn)生雷電沖擊波并以電磁波速度向?qū)Ь€兩側(cè)流動，這種流動的沖擊波又叫行波。如果忽略導(dǎo)線的分布電阻和導(dǎo)線對地電導(dǎo)，僅考慮導(dǎo)線的分布電感L0和分布電容C0，當(dāng)行波經(jīng)過導(dǎo)線時，在L0中形成磁場，能量為L0i2/2；在C0中形成電場，能量為C0u2/2。隨著電流和電壓沖擊波對L0和C0的充放電變化，相當(dāng)于行波沿?zé)o損導(dǎo)線向前傳播。

設(shè)行波在某一瞬間的電位分布如圖6所示，若A、B兩點之間距離x=vt，B點對地電位為零，則A、B兩點間的電感為L0x=L0vt，于是A點電位為

uA=L0vtdi/dt=L0vta

式中v—行波速度；

a=di/dt—電流沖擊波的陡度。

同時，A點電位還與A點在dx段的對地電容C0dx充電電荷量有關(guān)。設(shè)單位長度導(dǎo)線上的電荷量為q，則導(dǎo)線在dx段上的電荷量為qdx。因此

uA=qdx/C0dx=q/C0

電流i可用電荷量的變化率來表示，即

i=qdx/dt=qd(vt)/dt=qv=at

故uA=at/vC0