可控放电避雷针

图1可控放电避雷针结构示意图（二）当需要引发上行雷闪时，针尖处的电场强度应足够高，以迅速产生放电脉冲。

330909481下面通过对可控放电避雷针动作过程的研究说明它满足了这两条要求：当可控放电避雷针安装处附近的地面电场强度较低时（如雷云离可控放电避雷针及被保护对象距离较远等情况），雷云不会对地面物体发生放电，此时可控放电避雷针针头的贮能装置处于贮存雷云电场能量工况，由于动态环的作用，针头上部部件（动态环和主针针尖）处于电位浮动状态，与周围大气电位差小，因此几乎不发生电晕放电，即保证了在引发发生前针头附近的空间电荷很少的要求。

当 雷 云 电 场 上 升 到 预 示 它 可 能 发 生 对 可 控 针 及 周 围 被 保 护 物 发 生雷 闪 时 ， 贮 能 装 置 立 即 转 入 释 能 工 况 ， 这 一 转 变 使 主 针 针 尖 的 电 场 强 度 不 再 被 动 态 环 限 制 ， 针 尖 电 场 瞬 间 上 升 数 百 倍 ， 使 针 尖 附 近 空 气 迅 速 放 电 ， 形 成 很 强 的 放 电 脉 冲 ， 因 没 有 空 间 电 荷 的 阻 碍 ， 该 放 电 脉 冲 在 雷 云 电 场 作 用 下 快 速 向 上 发 展 成 上 行 先 导 ， 去 拦 截 雷 云 底 部 先 导 或 进 入 雷 云 电 荷 中 心 。

如 果 第 一 次 脉 冲 引 发 不 成 上 行 先 导 ， 贮 能 装 置 即 又 进 入 贮 能 状 态 ， 同 时 使 第 一 次 脉 冲 形 成 的 空 间 电 荷 得 以 消 散 ， 准 备 第二 次 脉 冲 产 生 。

如 此 循 环 总 能 成 功 地 引 发 上 行 雷 。

四、 可控放电避雷针的保护特性为了 验 证 可 控 放 电 避 雷 针 是 否 达 到 了 设 计 目 的 ，我们 用 正 极 性 操 作 波和 直 流 分 别 进 行 了 一 系 列 试 验 。

图 4 是在 等 同 条 件 下 用 正 极 性 操 作 波 放 电 获 得 的 可 控 放 电 避 雷 针 与 富兰 克 林 避 雷 针 的 保 护 曲 线 。

试 验 时 模 拟 雷 云 电 极 离 地 面 高 度 为 8.5 m（ 用 正 操 作 波 进 行 试 验 更 切 合 雷 闪 机 理 ： ① 操 作 波 波 头 上 升 缓 慢 ， 较 接 近 于 雷 电 先 导 与 针 之 间 空 气 间 隙 上 的 电 压 变 化 情 况 。

② 雷 电 放 电 是保 被保护物遭绕击概率1/2h针高h以 分 级 先 导 的 发 展 方 式 向 前 推 进 的 ， 用 正 极 性 操 作 波 是 为 了 在 模 拟 电极与 针 之 间 的 间 隙 中 使 放 电 有 几 个 先 导 分 极 ）。

为 了 严 格 地 考 核 可 控 放 电 避 雷 针 的 保 护 性 能 ， 操 作 波 试 验 时 没 有 附加 直 流 电 场 （ 雷 电 放 电 发 展 过 程 是 ， 地 面 上 方 有 很 强 的 由 雷 云 产 生213地 面 保 护 半 径 1/2h 平 面上的保护半径1 = 6 5°2 = 4 5 ° 3= 27.4°保护角图3 可控放电避雷针与传统避雷针保护曲线比较%护角图4 可控放电避雷针与富兰克林避雷针的保护角特性的静 电 场 。

该 电 场 作 用 于 可 控 放 电 避 雷 针 的 贮 能 装 置 ，可 保 证 针 头 能够连续 发 出 一 系 列 脉 冲 ，提 高 引 发 上 行 雷 的 成 功 率 ，以 便 使 得 到 的 结 果更 严格 ， 对 于 应 用 更 安 全 ）。

由图3 可知，可控放电避雷针的保护特性明显优于富兰克林避雷针，就主要参数绕击概率和保护范围而言，是令人非常满意的：⑴可控放电避雷针有一个相当大的几乎不遭受绕击的保护区域。

例如当绕击概率不大于 0.001%时（显然在这样的绕击概率下，被保护对象遭绕击的可能性是相当相当小的）保护角度高达55°，相比之下富兰克林避雷针实际上几乎没有不受绕击的区域。

⑵当被保护对象遭受绕击概率允许达到 0.1%（目前规程规定的允许值）时，可控放电避雷针的保护角达到 66 .4°，而富兰克林避雷针的保护角远远低于此值（因此，在雷电活动强的地方应用富兰克林避雷针保护是不经济的，被保护物遭雷击的可能性也还存在，如湖北有两个电厂的升压站就曾经遭受过绕击）。

在可控放电避雷针和传统避雷针的对比试验中，在可控放电避雷针的针头可以清楚地看到一段较长的直线部分，这说明在这里有向上发展的先导，而在富兰克林避雷针的针头上的放电轨迹上则见不到这一明显直线段，无数次的实验表明，可控放电避雷针就是靠产生向上放电来减少绕击和增大保护角的。

从其它试验数据可进一步说明可控放电避雷针的保护性是由于创造了产生向上放电的条件和实际上发生了向上放电所得到的结果。

试验结果表明:⑴可控放电避雷针的放电时间比富兰克林避雷针平均提前 13.3μs。

⑵在模拟电场比较低时，可控放电避雷针的电晕电流比富兰克林避雷针低得多，几乎处于完全抑制状态。

⑶在模拟电场增加到能够启动可控放电避雷针时，可控放电避雷针产生的是脉冲式电晕放电电流，其电晕电流幅值比富兰克林避雷针大好几十倍，但电晕电流的平均值比后者小，这有利于从电晕向先导电弧的转化。

需要指出的是可控放电避雷针特别适合高压输电线路的防雷，通过对比试验发现：可控放电避雷针的引雷能力比传统避雷针强得多，而且有较大的保护角，这样就可以降低输电线路的绕击率，另一方面由于可控放电避雷针所引发的上行雷主放电电流幅值较小、陡度较低,根据输电线路耐雷水平的设计要求（见表1），35kV-500kV 的输电线路是完全可以耐受此雷击放电电流而不会发生跳闸，也不会造成大的感应过电压。

不同电压等级输电线路的耐雷水平表1额定电压，单位k v356611015422033050线路耐雷水平I o，单位k A20-3030-640-859080-1214015五、主要电气参数特性(1)针高 h≤200m 时，保护角 65°，相应地面保护半径为 2.14h，离地面高度 hx 处水平面保护半径为 2.14（h—hx）。

(2)上行雷闪主放电电流的平均幅值小于7kA；陡度小于 5kA/μs。

(3)绕击概率不大于十万分之一时的保护角为 55 °。

(4)接地电阻≤10 Ω（一般地区）。

≤30Ω（在高阻区及无人区）。

(5)抗风能力不低于风速 50 m/s。

(6)安装方便，使用期内免维护。

型号适用范围使用期（年）底部尺寸（D）CFG - 1220kv 及以上变电站、发电厂、微波站（塔）、证券、气象、电视塔、军火。

油库、炸药库、雷达等需要严格防雷的各种设施。

22CFG- 2110kv 变电站、微波站（塔）、电视塔及高层民用建筑。

210CFG-310kv、35kv 变电站的防雷改造（取代避雷针）及较低民用建筑。

1510六、可控放电避雷针的型号及适用范围表2（适用于变电站等场所）使用说明：1、安装应牢固可靠2、接地电阻及引下线应符合相关标准要求3、每2年检查一次联接及紧固件是否牢固（适用于直流输电线路）型号适用范围使用期（年）底部尺寸（D）CFG - X1（z）±800kv 直流输电线路2020 0CFG- X2（z）±500kv 直流输电线路2010 0（适用于交流输电线路）型号适用范围使用期（年）底部尺寸（D）CFG - X T（r）750kV 及以上交流输电线路220CFG- X1（r）500kV 交流输电线路2020 0CFG- X2220kV 交流输电线路2010 0CFG- X3110kV 交流输电线路1510 0说明：型号中带r字母的可控放电避雷针主要起防绕击作用使用说明：1、安装前应检测杆塔接地电阻，接地电阻值符合电力行业相关标准要求2、安装牢固可靠，支架有足够强度3、宜安装雷电计数器，观测可控放电避雷针运行效果，积累运行经验可控放电避雷针保护范围的计算1. 可控放电避雷针保护范围的计算原则：1.1 当针高度在 200 m 及以下时，保护角恒定为 65°。

1.2 保护半径由 65 °保护角确定的直角三角形斜边界定。

1.3 高度影响系数 P 恒为 1；2.单根可控放电避雷针保护范围（见附图 1）2.1 地面保护半径 r（m）：r= 2.14h (1) 式中 h 为可控放电避雷针高度（m）附图1单根可控放电避雷针的保护2.2 在被保护物高度 hx （m）水平面上的保护半径 r x （m）：r x =2.14 （h—hx ）（2）3.两根等高可控放电避雷针的联合保护范围（见附图 2）3.1 两根可控放电避雷针的外侧保护范围计算按单根可控放电避雷针的计算方法确定。

附图2高度为h的两根等高可控放电避雷针的保护范围3.2 两可控放电避雷针内侧在保护物高度 hx 水平上的最小保护宽度 bx 值，按下式计算：b x =2.14（h o－h x）（3）式中 ho 为两针中心位置上的假想避雷针 OO ’的高度：ho=h－D/9 （4）求出 b x 后即可画出两针间的保护范围。

被保护物在 hx 高度上的边缘应处于两针所给出的保护范围之内。

3.3 两可控针内侧保护范围的上边线按通过两针顶点 1、2 及中心线上的假想避雷针的顶点 O’所画的园弧确定。

4. 多根等高可控放电避雷针的保护范围可参照两根可控放电避雷针保护范围的计算方法确定即：4.1 每相邻两根针的内侧保护范围可参照两根等高针的计算方法确定，但任何情况下，b x 均大于零。

4.2 外侧保护范围按单根针的计算方法确定。