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20. 5 自然雷击

从 20 世纪 80 年代开始， 人们对自然雷电的认识迅速提高。 美国电力科学研究院 （ EPRI） 致力于在全美国建造天线来记录雷电。 这些系统可以准确记录在云和地面间产生的雷电的时间、 位置、 强度、 极性。 可以确定的是， 自然雷电的上升率和电流幅值都比之前假设的要剧烈。

通过这些方法， 目前我们已经记录到电流超过 500000A 的雷击。 尽管产生了

这样的大电流， 但是将避雷器从线路中移除并检测后， 并没有发现它们曾经释放过这样的大电流。 一种可能的原因是冲击电流通过不同的回路分流了； 另一种可能的原因是大部分的雷击都加在建筑、 树木或者地面上， 并没有直接击中电力系统。 近期的研究显示非直接的冲击可能是现在配电系统故障的最主要原因。

上升率非常重要， 对于所有种类的避雷器而言， 上升越快， 放电电压就越高。记录数据显示， 自然雷击的上升时间为 0. 1 ～ 30μs， 其中 17% 的雷击的上升时间为

1μs 或更短， 50% 少于 2. 5μs。 对于同样的波形， 平均上升速度随着峰值幅值的增大而增大。 使用 “ 标准的” 8 × 20μs 的波形和一个 9kV 的气隙避雷器时， 放电电压约为 40kV。 对于同样的 20kA 的冲击但上升到峰值在 1μs 之内的， 避雷器的放电电压为 54. 4kV 或增加 36% 。 金属氧化物避雷器 （ 没有间隙） 在相似情况下电压增加一般为 12% ～ 29% 。

避雷器引线的电感 （ 长度和形状） 随着上升率的增加更加明显。 在引线上加通常使用 0. 4μH / ft 的电感， 引线在 20kA / μs 时的电压为 8kV， 在 40kA / μs 时的电压为 16kV。 假设有新的避雷器， 测量长度为引线全长中的 2ft， 那么总电压在 20kA和 40kA 时分别为 70kV 和 96kV。 换句话说， 上升率为 40kA / μs 的冲击会给避雷器加上 32kV 的放电电压， 这一般会在制造商的文献中注明。

按照严格的工程要求， 保护等级应根据服务地区会发生的雷电电流和上升率来计算。 如在佛罗里达州的一部分中心地区， 建议电流为 40kA， 对于加利福尼亚州，建议电流为 10kA 或更低。 计算中通常使用的上升率为 1 ～ 3μs 之间。

比较有趣的是， 这些系统被用于很多的组织。 雷击的信息可用于林业局来警示火灾， 而不是采用老的火警观察塔或者飞机。 阿拉斯加州安克雷奇附近的天线， 可以对火山喷发产生的雷电发出警告。