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当过电压的产生及危害

发布时间:2021-09-09 21:17:36 阅读: 来源:换热器厂家

过电压的产生及危害

过电压的概念:由电源系统外部(主要是雷电)和系统内部工作造成的工作电压超过正常供电值,即称为过电压。暂态过电压存在的时间非常短,只有几十微秒的时间。

1 雷电(外部过电压Lightning)的产生及危害

雷云形成的假说很多,至今没有一种被公认为无懈可击的完整学说,主要有威尔逊假说。广州的唐山樵先生的说法:雷电的出现除与气流、风速密切相关,而且与地球磁场也有一定联系。雷雨云内部的不停运动和相互摩擦,使雷雨云产生大量的正、负电荷的小微粒,即所谓的摩擦生电。这样庞大的雷雨云相当于一块带有大量正、负电荷的云块,这些正、负电荷不断地产生和复合,当这些云块在水平方向向东或向西移动时(最大风速可达40m/对应地在-曲线上出现水平部份s),它与地球磁场磁力线产生切割,就好像导体切割磁力线产生电流一样,云中的正、负电荷将产生定向移动,其移动的方向按右手定则判断。若云层由西向东移动,因地磁场磁力线是由地球南极指向北极,所以,大量的正电荷向上移动,负电荷向下移动,当正、负电荷积聚的足够多时,场强达到(25~30kV/cm)时,将引起雷云间、雷云中或雷云对地的放电。没有大气运动就不会有雷电,这说明为什么雷电总是伴随着狂风暴雨出现。

大地被雷击时,多数是负电荷从雷云向大地放电,少数是雷云中的正电荷向大地放电;在一块雷云发生的多次雷击中,最后一次雷击往往是雷云上的正电荷向大地放电。观测证明,负电荷放电的能量平均为30kA;发生正电荷向大地放电的雷击显得特别猛烈,一般为100 kA,高的达200~300kA。

前几年山东黄岛油库特大火灾事故,也是由于雷击所致,火灾造成100多人伤亡,毁掉原油数万m3,损失直接经济7000多万元,造成附近生态环境严重破坏。此次事故皆因领导不重视所至。

雷电破坏性很强的原因:

a. 在短短几十?s,把雷云蕴藏的能量放出来。但据质保期:有关资料计算,每次闪击发出的能量只相当于几千克石油所放出的能量。

b. 大多数雷电流峰值为几十kA,也有少数的上百kA和几百 kA。

c. 在电源或输电线上的感应电压,低则几万伏,高的达几十上百万伏。

雷击的三种主要形式:

直击雷:带电的云层与大地上某一点之间发生猛烈的放电现象,称直击雷。避雷针并不能百分之百的拦截上空来的雷电,有的雷电并不是经最短的路径泄放电流,有时绕过避雷针,对建筑物产生侧击或绕击。据外国有关资料介绍,一个直击雷不仅仅影响到被击中的对象,而且对周围半径1.5km范围内都有影响。

感应雷:强大的脉冲电流对周围的导线或金属物体产生电磁感应发生高电压,以致发生闪击的现象,也叫二次雷。当感应到导线时传输的距离更远。一小女孩雨淋后,跑回家,欲打开金属大门,结果被击倒,抢救无效死亡。

球形雷:在雷电频繁的雷雨地区,偶尔会发现紫色、殷红色、灰红色、蓝色的 火球 。

这些火球有时从天空降落,然后又在空中或沿地面水平方向移动,有时平移,有时滚动。这些火球一般直径10几cm,大的超过1m,存在的时间从几s到几min,一般为几s的居多。

1975年9月25日,海南省临高县一座知青宿舍,有一个发绿光的球形雷从开着的窗口窜入屋内,一位女青年因害怕而夺门而逃,球雷随风尾追,碰到他身上爆炸,女青年死亡。

1983年8月15日,北京市东郊炼焦化工厂,因球形雷烧毁体积10m3的酒精罐两个。

球形雷形成的原因推测:一是等粒子体;二小范围的急促气旋造成,三核反应。到目前试验室未完满重复这一现象。

近年来,由于建筑物的防雷设计逐渐完善,直击雷造成的建筑物损坏和火灾事故已有所减少,但是,随着电子技术的飞速发展,敏感电子设备的工作电压不断降低。如第一代的计算机元件主要是电子管,过去没有什么防雷保护措施,也很少发生雷击事故。而今,新型超级计算机、人工智能计算机都使用集成电路模块,其耐压、过流的能力脆弱,国际电工委员会已将雷电灾害称为 电子化时代的一大公害 。从大量的计算机雷击事例中分析可以认为:由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲(LEMP)是计算机和电子设备损坏的主要原因

具体有以下规律:

a. 从被损坏部件在电路中的位置看,均在与外线连接的主机、终端机或MODOM接口中的驱动器和接收机,或击穿MODEM后再击穿主机或终端的接口,越过接口的部件很少被击穿,可见雷电感应过电压波侵入途径是室外通讯线和电源线。

b. 从接口与线路看,损坏的多是接口,线路绝缘很少损坏,保护重点应是接口。

c. 发生雷击外线路的长度,有长到二十多公里,也有短到几十米的,可见雷电波的侵入在引出机房之外的线路就可发生。

d. 导线屏蔽程度对雷击事故发生差别非常大,不加屏蔽或简单屏蔽多次遭雷击,屏蔽效果很好的导线,雷击发生率极低。

e. 架空线路的的雷电感应过电压。无屏蔽架空线路雷电感应过电压幅值按下式计算:

Vg: 感应过电压,kV

I :雷电流幅值,kA

Ha:导线离地面高度,m

S: 雷击点与导线的垂直距离,m据上式估算,在一公里远处有50kA的雷击电流,在4m高的导线上可产生5kV的感应过电压,显然,这对计算机和电子设将立式实验变成卧式实验备都会造成巨大的灾难。

f. 地下电缆的雷电感应过电压。5 kA雷电流Venture-Bit为2者分别提供了1个优化了的不同机器版本流入地,在其附近(5~10m)的无屏蔽电缆上将感应出5~7.5 kV的高压。但电缆有金属护套并两端接地,则感应过电压将降为(5%~10%)。

另外,光纤通讯发展很快,光纤本身是非金属材料不怕雷击,但是为了防止外界的腐蚀作用和增强架空拉设的强度,电缆内部加有抗拉的钢芯,外加上金属护套,也与雷电联系在一起。

2 内部过电压(Inter Overvoltage)的产生及危害

在电力系统内部,由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等系统内部的状态变化,而使系统参数发生变化,从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程,将在系统中出现过电压,这种过电压称为内部过电压。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为:

a. 电力大负荷的投入和切除(电梯、大功率空调机、冷冻机、等);

b. 感性负荷的投入和切除(电机、继电器的线圈、带负荷垫板变压器);

c. 功率因素补偿电容器的投入和切除;

d. 短路故障等。

内部过电压虽然没有外部过电压的危害大,但是,由于它长年作用于计算机系统,容易造成元器件的老化,减少设备的使用寿命和正常使用。

3 核致电磁脉冲(NEMP)

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