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第1章 雷电特性及参数1

1.1 雷电科学发展历史1

1.1.1 中国古代对雷电的认识1

1.1.2 欧美雷电科学的建立2

1.2 雷电放电现象2

1.2.1 雷电放电过程2

1.2.2 雷电分类9

1.2.3 多重雷电放电12

1.2.4 雷击选择性及雷击定位13

1.3 雷电放电模型14

1.3.1 雷电放电过程模型14

1.3.2 雷电放电的等值电路模型14

1.4 雷电参数17

1.4.1 雷电参数研究手段17

1.4.2 雷电日和雷电小时20

1.4.3 地面落雷密度22

1.4.4 雷电流的幅值、波头、波长和陡度25

1.4.5 雷电流的波形29

1.5 雷电主放电电流模型35

1.5.1 雷电主放电模型35

1.5.2 MTL模型36

1.5.3 MULS模型37

1.5.4 MTL模型与MULS模型的比较38

1.6 雷电放电产生的电磁场38

1.6.1 雷电放电的电磁场38

1.6.2 雷电电磁场计算39

1.7 雷电先导简化模型42

参考文献44

第2章 雷击架空配电线路的途径及分析方法48

2.1 雷电导致配电线路闪络的途径48

2.2 雷电直击配电线路51

2.2.1 杆塔高度对雷电直击线路的影响51

2.2.2 周围建筑物和树对直击雷的屏蔽51

2.2.3 直击雷作用下的耐雷水平53

2.3 雷电绕击配电线路的分析54

2.3.1 电气几何模型55

2.3.2 改进几何模型57

2.3.3 雷击配电线路的先导发展模型58

2.4 雷电感应过电压形成机理63

2.4.1 雷电感应过电压机理的发展过程63

2.4.2 雷电感应过电压的静电感应和电磁感应分量64

2.5 感应过电压的简化计算66

2.5.1 感应过电压的简化计算66

2.5.2 感应过电压的系数69

2.5.3 IEEE推荐的配电线路感应电压计算方法70

参考文献72

第3章 雷电感应过电压的数值计算75

3.1 感应过电压的计算模型75

3.1.1 雷电电磁场对传输线耦合的计算模型75

3.1.2 场线耦合的Taylor方法76

3.1.3 Agrawal方法81

3.1.4 Rachidi方法82

3.1.5 Rusck模型83

3.1.6 Chowdhuri-Gross模型84

3.2 理想导体平面上单根导体传输线85

3.3 有限导电地面上的传输线电磁耦合方程86

3.4 基于时域有限差分法的配电线路感应过电压的数值计算90

3.4.1 时域有限差分法基本原理90

3.4.2 平行多导线时域方程的FDTD算法92

3.4.3 含频变参数多导体传输线的FDTD算法93

3.5 有损土壤阻抗的时域处理97

3.5.1 复深度法的土壤运算阻抗97

3.5.2 Pade逼近98

3.5.3 土壤阻抗的时域表示99

3.5.4 考虑有损土壤时的FDTD迭代公式100

3.6 集中元件支路模型101

3.6.1 绝缘子支路的时域有限差分计算101

3.6.2 亚网格技术103

3.6.3 非线性元件支路的时域有限差分计算105

3.6.4 柱上变压器的FDTD解决方案105

3.7 模拟试验及计算结果的验证107

3.7.1 雷电感应过电压缩比模型实验108

3.7.2 雷电感应过电压真型实验109

3.7.3 计算结果的验证116

3.7.4 各种感应过电压模型计算结果的比较118

参考文献120

第4章 架空配电线路的雷电过电压特性125

4.1 导线表面电晕对感应过电压的影响125

4.2 大地电导率对感应过电压的影响129

4.2.1 大地电导率对单根无限长导线感应过电压的影响129

4.2.2 大地电导率对有限长导线感应过电压的影响130

4.2.3 大地电导率对沿线感应过电压分布的影响133

4.3 雷击点与配电线路的距离对感应过电压的影响135

4.3.1 雷电点与配电线路的距离对感应过电压的影响135

4.3.2 感应过电压波形特征137

4.3.3 不同雷击点产生的最大感应过电压幅值分布138

4.3.4 不同雷击点位置产生的最大感应过电压幅值及概率139

4.4 雷电流波形参数对感应过电压的影响142

4.4.1 雷电流回波速度的影响142

4.4.2 雷电流波前时间的影响142

4.4.3 雷电流幅值的影响145

4.5 杆塔结构参数对感应过电压的影响147

4.5.1 杆塔高度对感应过电压的影响147

4.5.2 单导线和多导线模型对感应过电压的影响148

4.5.3 配电线路长度对感应过电压的影响149

4.5.4 配电线路相对于雷击点的方位对感应过电压的影响151

4.6 10kV配电线路的雷击感应闪络率151

4.6.1 产生一定感应过电压的临界雷电流151

4.6.2 产生某一感应过电压的雷电流概率分布153

4.6.3 感应过电压出现的概率155

4.6.4 基于统计方法得到的感应过电压出现的概率158

4.6.5 雷电感应过电压导致的闪络概率160

4.6.6 基于统计方法得到的雷击闪络概率163

参考文献164

第5章 配电线路雷击故障与防护措施167

5.1 配电导线的绝缘化167

5.2 绝缘导线配电线路雷击断线事故及机理169

5.2.1 绝缘导线配电线路雷击断线事故169

5.2.2 配电线路雷击断线机理171

5.3 单相断线时的电弧电流176

5.4 配电线路雷击断线的防护179

5.4.1 配电线路雷击断线防护措施分类179

5.4.2 各种防护方案的性能比较180

参考文献182

第6章 改善配电线路的雷电耐受绝缘特性184

6.1 配电线路的绝缘特性184

6.1.1 影响配电线路绝缘特性的因素184

6.1.2 组合串联绝缘的临界冲击闪络电压184

6.1.3 配电线路部件对整体绝缘性能的影响187

6.1.4 木杆的冲击特性189

6.2 绝缘导线配电线路的绝缘特性190

6.2.1 绝缘层缺陷对污闪特性的影响190

6.2.2 绝缘导线配电线路的雷电过电压水平192

6.2.3 绝缘导线的电弧熔断特性195

6.2.4 树枝搭接对绝缘导线的影响195

6.3 改进配电线路的绝缘性能197

6.3.1 绝缘导线的改进197

6.3.2 局部加强绝缘199

6.3.3 提高线路绝缘强度201

6.4 改进绝缘子性能202

6.4.1 瓷绝缘子设计应考虑的因素202

6.4.2 不同瓷绝缘子的性能比较204

6.4.3 复合支柱绝缘子207

6.5 绝缘横担及绝缘杆塔209

6.5.1 复合横担绝缘子210

6.5.2 绝缘杆塔材料212

6.5.3 绝缘塔头及绝缘杆塔214

6.6 分级绝缘系统217

6.6.1 概述217

6.6.2 雷电防护效果219

6.7 高绝缘性能的绝缘支架221

6.7.1 三角形绝缘支架支撑的紧凑型布置配电线路221

6.7.2 复合绝缘支架的优点223

6.7.3 复合绝缘支架的相间距离及布置间距223

6.7.4 复合绝缘支架结构设计226

6.7.5 复合绝缘支架支撑的配电线路的防雷性能228

参考文献231

第7章 配电线路的导弧及熄弧装置235

7.1 导弧绝缘子235

7.1.1 导弧瓷绝缘子235

7.1.2 导弧复合绝缘子237

7.1.3 带穿刺结构的导弧绝缘子240

7.1.4 配电线路的引弧角240

7.2 防导线熔断装置及线夹242

7.2.1 防导线熔断装置242

7.2.2 防导线熔断线夹243

7.2.3 防导线熔断装置的耐电弧性能245

7.3 穿刺型导弧金具245

7.3.1 概述245

7.3.2 穿刺型导弧金具的技术性能250

7.4 导弧绝缘子及导弧金具的导弧能力251

7.4.1 导弧能力的分析251

7.4.2 导弧绝缘子的导弧能力253

7.4.3 穿刺型导弧金具的导弧能力258

7.5 长闪络路径熄弧装置260

7.5.1 熄弧装置的工作原理260

7.5.2 熄弧装置的试验结果261

7.5.3 关于建弧率的分析266

7.5.4 长闪络路径熄弧装置的应用268

7.5.5 具有半导体芯的长闪络路径熄弧装置269

7.5.6 多腔串联熄弧装置271

参考文献274

第8章 配电线路的架空地线及避雷器保护276

8.1 配电线路的架空地线保护276

8.1.1 架空地线的屏蔽作用277

8.1.2 保护角278

8.1.3 绝缘要求279

8.1.4 接地效应和绝缘水平279

8.1.5 架空地线和避雷器280

8.2 配电线路的避雷器保护281

8.2.1 概述281

8.2.2 配电避雷器主要结构282

8.2.3 日本配电线路避雷器技术的发展284

8.3 带串联放电间隙的避雷器287

8.3.1 带串联放电间隙避雷器的结构及动作原理287

8.3.2 限压元件的性能289

8.3.3 带环形放电间隙避雷器的特性300

8.3.4 带环形放电间隙避雷器的设计与性能303

8.3.5 中国开发的10kV带环形串联间隙的避雷器314

8.3.6 带穿刺型放电间隙的避雷器316

8.3.7 10kV带外间隙的内置避雷器的柱式绝缘子319

8.4 配电线路避雷器的应用效果分析321

8.4.1 感应过电压波形特性321

8.4.2 安装避雷器后的感应过电压概率和闪络特性325

8.5 避雷器安装中应考虑的问题328

8.5.1 避雷器引线长度328

8.5.2 配电避雷器的安装密度328

8.5.3 避雷器的安装间距330

8.5.4 顶相避雷器保护332

8.5.5 避雷器耐受雷电直击线路的能力333

8.6 配电线路避雷器的实际应用333

8.6.1 配电避雷器的作用333

8.6.2 避雷器的保护效果334

8.6.3 同时安装避雷器和架空地线的防雷效果335

8.6.4 架空地线对避雷器故障率的影响338

8.7 新型配电线路设计339

8.7.1 基本原理340

8.7.2 新线路概念的实用设计341

参考文献342

第9章 配电线路杆塔接地346

9.1 对配电线路杆塔接地装置的要求346

9.1.1 概述346

9.1.2 杆塔接地装置接地电阻的季节系数348

9.2 配电线路杆塔接地装置的结构349

9.3 钢筋混凝土自然接地的特性351

9.3.1 钢筋混凝土接地装置的作用351

9.3.2 混凝土的吸湿性能352

9.3.3 钢筋混凝土接地装置的通流能力354

9.3.4 钢筋混凝土中的腐蚀355

9.4 杆塔接地装置的接地电阻357

9.4.1 钢筋混凝土接地装置接地电阻的计算方法357

9.4.2 不同结构的输电线路杆塔接地装置接地电阻的计算方法358

9.4.3 利用系数359

9.5 配电线路附近的跨步电压和接触电压360

9.5.1 跨步电压和接触电压360

9.5.2 跨步电压和接触电压触电事故的概率362

9.6 输电线路杆塔接地装置的冲击特性364

9.6.1 土壤的击穿场强365

9.6.2 土壤的电击穿机理366

9.6.3 冲击接地电阻的定义369

9.6.4 接地装置的冲击特性计算370

9.6.5 各种因素对输电线路杆塔接地装置冲击接地电阻的影响376

9.7 低电阻率降阻材料及其应用379

9.7.1 低电阻率降阻材料降低接地电阻的原理380

9.7.2 低电阻率降阻材料的主要成分382

9.7.3 低电阻率降阻材料的工频降阻性能384

9.7.4 裹有低电阻率降阻材料的接地极的冲击降阻性能386

参考文献388

第10章 建筑物内220V电源线雷电过电压及防护393

10.1 220V侧雷电过电压峰值的统计特性393

10.1.1 计算模型及参数393

10.1.2 10kV侧避雷器对220V侧雷电过电压的影响394

10.1.3 220V侧过电压峰值的统计特性396

10.1.4 IEEE推荐的室内过电压分区398

10.2 220V侧SPD的保护效果400

10.2.1 负载特性的影响401

10.2.2 室内电缆长度的影响405

10.3 建筑物的屏蔽效应对220V感应过电压的影响407

10.4 电源保护SPD409

10.4.1 电源保护电路的要求409

10.4.2 电源线多级浪涌保护装置409

10.4.3 暂态浪涌保护器的分类412

10.4.4 SPD的电压保护水平412

10.5 多级SPD之间的协调配合413

10.5.1 多级浪涌保护器的协调配合414

10.5.2 两个电压限制型SPD的配合415

10.5.3 两级SPD的参数配合416

10.5.4 建筑物内电子设备防雷保护案例423

10.6 SPD的保护距离424

10.6.1 SPD保护距离的定义424

10.6.2 SPD与被保护设备之间距离对保护效果的影响427

10.6.3 不同负载下SPD保护电缆的有效长度438

10.6.4 SPD对家用电器的保护距离442

参考文献444

中英文对照与索引448