防雷保護(hù)設(shè)備

1、2.2 防雷保護(hù)設(shè)備 雷電放電作為一種強(qiáng)大的自然力的爆發(fā)是難以制止的，產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓可高達(dá)數(shù)百至數(shù)千kV，如不采取防護(hù)措施，將引起電力系統(tǒng)故障，造成大面積停電。 目前人們主要是設(shè)法去躲避和限制雷電的破壞性，基本措施就是加裝避雷針、避雷線、避雷器等防雷保護(hù)裝置。l 避雷針、避雷線用于防止直擊雷過(guò)電壓l 避雷器用于防止沿輸電線路侵入變電所的感應(yīng)雷過(guò)電壓。本節(jié)內(nèi)容：2.2.1 避雷針?lè)览自砑氨Ｗo(hù)范圍2.2.2 避雷線防雷原理及保護(hù)范圍 2.2.3 避雷器工作原理及常用種類(lèi) 返回返回2.2.1 避雷針?lè)览自砑氨Ｗo(hù)范圍1 避雷針?lè)览自韑 避雷針是明顯高出被保護(hù)物體的金屬支柱，其針頭采用圓鋼或鋼管

2、制成l 作用是吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊。l 避雷針需有足夠截面的接地引下線和良好的接地裝置，以便將雷電流安全可靠地引入大地。 2. 避雷針的保護(hù)范圍l 表示避雷針的保護(hù)效能，通常采用保護(hù)范圍的概念，只具有相對(duì)意義。l避雷針的保護(hù)范圍是指被保護(hù)物體在此空間范圍內(nèi)不致遭受直接雷擊。l我國(guó)使用的避雷針的保護(hù)范圍的計(jì)算方法，是根據(jù)小電流雷電沖擊模擬試驗(yàn)確定，并根據(jù)多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了校驗(yàn)。l 保護(hù)范圍是按照保護(hù)概率99.9%確定的空間范圍（即屏蔽失效率或繞擊率0.1%）。（1） 單支避雷針 ()()2xxxhrhh Ph單支避雷針的保護(hù)范圍如下圖所示 單支避

3、雷針的保護(hù)范圍(1.52)()2xxxhrhh PhP:高度影響系數(shù)hPmhmPmh5 . 5,120301,30 兩線外側(cè)的保護(hù)范圍按單根避雷線方法確定；兩線內(nèi)側(cè)的保護(hù)高度由兩線及保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)O的圓弧來(lái)確定。O點(diǎn)為假想避雷針的頂點(diǎn)，其高度按下式計(jì)算： (2)兩支等高避雷線高度為h的兩支等高避雷針的保護(hù)范圍 pDhh7O 式中：Oh兩針間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)高度，mD 兩避雷針間的距離，m。 (3)兩支不等高避雷針兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍l 從低針頂點(diǎn)作一水平線，與高針交于3點(diǎn)；l 以3針為一假想避雷針，作出低針2和3之間的保護(hù)范圍2.2.2 避雷線（地線）防雷原理及保護(hù)范圍l避

4、雷線的防雷原理與避雷針相同，主要用于輸電線路的保護(hù)l可用來(lái)保護(hù)發(fā)電廠和變電所，近年來(lái)許多國(guó)家采用避雷線保護(hù)500kV大型超高壓變電所。l用于輸電線路時(shí)，避雷線除了防止雷電直擊導(dǎo)線外，同時(shí)還有分流作用，以減少流經(jīng)桿塔入地的雷電流從而降低塔頂電位l避雷線對(duì)導(dǎo)線的耦合作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過(guò)電壓。 2hhxphhr)(47. 0 xx2hhxphhr)53. 1(xx 單根避雷線的保護(hù)范圍如圖所示，在hx水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度按下列公式計(jì)算：當(dāng)時(shí) 時(shí) 式中：rxhx水平面上每側(cè)保范圍的寬度，m；hx被保護(hù)物的高度，m；h避雷線的高度，m。單根避雷線的保護(hù)范圍pDhh4O0h 兩根等高平行避

5、雷線的保護(hù)范圍如圖所示。兩線外側(cè)的保護(hù)范圍按單根避雷線的計(jì)算方法確定。兩線間各橫截面的保護(hù)范圍由通過(guò)兩避雷線1、2點(diǎn)及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度應(yīng)按下式計(jì)算： ：兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度，m； D：避雷線間的距離，m。 兩根平行避雷線的保護(hù)范圍l避雷線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)程度，工程中常用保護(hù)角來(lái)表示。l保護(hù)角是指避雷線和外側(cè)導(dǎo)線的連線與避雷線的垂線之間的夾角。l保護(hù)角愈小，避雷線就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免遭雷擊。l一般=2030，即認(rèn)為導(dǎo)線已處于避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)。避雷線的保護(hù)角返回返回保護(hù)角2.2.3 避雷器工作原理及常用種類(lèi)l 避雷針(線)不能完全避免設(shè)備不受雷擊;從輸電

6、線路上也可能有危及設(shè)備絕緣的過(guò)電壓波傳入發(fā)電廠和變電所。l 避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過(guò)電壓限制器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)連接，當(dāng)過(guò)電壓出現(xiàn)并超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，從而限制了過(guò)電壓的發(fā)展，使電氣設(shè)備免遭過(guò)電壓損壞。l 避雷器的常用類(lèi)型有：保護(hù)間隙、管型避雷器、閥式避雷器和金屬氧化物避雷器。1.對(duì)避雷器的基本要求l絕緣強(qiáng)度的合理配合 避雷器與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性應(yīng)有合理的配合。在絕緣強(qiáng)度的配合中，要求避雷器的伏秒特性比較平直、分散性小。l絕緣強(qiáng)度的自恢復(fù)能力 避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成對(duì)地短路。隨之工頻短路電流（工頻續(xù)流）要流過(guò)此間隙，避雷器應(yīng)當(dāng)具有自行截?cái)喙ゎl續(xù)流，恢復(fù)絕緣

7、強(qiáng)度的能力，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)正常工作2.保護(hù)間隙 保護(hù)間隙是一種簡(jiǎn)單的避雷器，按其形狀可分為：角型、棒形、環(huán)形和球型等，常用角形保護(hù)間隙如圖所示。角型保護(hù)間隙1角型電極 2主間隙 3支柱絕緣子 4輔助間隙 5電弧的運(yùn)動(dòng)方向作用原理： 當(dāng)雷電侵入波要危及它所保護(hù)的電氣設(shè)備的絕緣時(shí)，間隙首先擊穿，工作母線接地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高，從而保護(hù)了設(shè)備。優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便 缺點(diǎn)： l 伏秒特性曲線比較陡，絕緣配合不理想；l 間隙動(dòng)作后會(huì)形成截波；l 熄弧能力低，需配合自動(dòng)重合閘使用；應(yīng)用范圍： 僅用于不重要和單相接地不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果的場(chǎng)合。 排氣式避雷器1產(chǎn)氣管 2棒形電極 3

8、環(huán)形電極 S1內(nèi)間隙 S2外間隙3 管形避雷器（排氣式避雷器）l 排氣式避雷器實(shí)質(zhì)上是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙l內(nèi)間隙固定裝在管內(nèi)，管子由纖維、塑料或橡膠等產(chǎn)氣材料制成l其電極一端為棒形電極2，另一端為環(huán)形電極3。l 由于產(chǎn)氣材料在泄漏電流作用下會(huì)分解，因此管子不能長(zhǎng)時(shí)間接在工作電壓上，正常運(yùn)行靠外間隙來(lái)隔離工作電壓。 結(jié)構(gòu)組成作用原理l 當(dāng)排氣式避雷器受到雷電波入侵時(shí)，內(nèi)外間隙同時(shí)擊穿，雷電流經(jīng)間隙流入大地；l過(guò)電壓消失后，在工作電壓作用下，流經(jīng)間隙的工頻續(xù)流電弧的高溫使管內(nèi)產(chǎn)氣材料分解出大量氣體，管內(nèi)壓力升高，氣體從開(kāi)口孔噴出，從而使工頻續(xù)流在第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)就熄滅。特點(diǎn)l工頻續(xù)流太

9、大，產(chǎn)氣過(guò)多，易使管子炸裂；l續(xù)流太小，產(chǎn)氣不足以熄弧l對(duì)工頻續(xù)流有上下限要求，需在型號(hào)中說(shuō)明5135GXWG:管形X:線路用W：產(chǎn)氣材料為纖維35：額定電壓為35kV1-5：最大、最小續(xù)流（kA)優(yōu)缺點(diǎn)l 熄弧能力比保護(hù)間隙要強(qiáng)l但伏秒特性較陡且放電分散性大，且會(huì)形成截波，并受大氣條件影響較大應(yīng)用范圍： 只用在輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和用于變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)。 4.閥式避雷器l 保護(hù)間隙和管形避雷器動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生截波，伏秒特性陡，不能用來(lái)承擔(dān)主變、發(fā)電機(jī)及變電站內(nèi)重要設(shè)備的保護(hù)任務(wù)，必須對(duì)其加以改進(jìn)。l 閥式避雷器是由裝在密封瓷套中的多組火花間隙和多組非線性電阻閥片串聯(lián)組成。它分普

10、通型和磁吹型兩大類(lèi)。（1）普通閥式避雷器a) 工作原理l系統(tǒng)正常工作時(shí)，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生電流使閥片燒壞。 l當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)電壓且其幅值超過(guò)間隙放電電壓時(shí)，間隙擊穿，沖擊電流通過(guò)閥片流入大地，由于間隙放電的伏秒特性低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備得到保護(hù)。l由于閥片的非線性特性，其電阻在流過(guò)大的沖擊電流時(shí)變得很小，故閥片上產(chǎn)生的殘壓將得到限制，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備得到保護(hù)；l 當(dāng)過(guò)電壓消失后，工頻續(xù)流受閥片的非線性特性限制而很小，從而可在第一次過(guò)零時(shí)就將電弧切斷，而使繼電保護(hù)來(lái)不及動(dòng)作。b) 火花間隙 電極由黃銅圓盤(pán)沖壓而成，兩電極間以云母

11、墊圈隔開(kāi)形成間隙，間隙距離為0.51.0mm，單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為2.73.0kV(有效值)。 單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)1黃銅電極 2云母墊圈火花間隙作用原理：l 間隙電場(chǎng)近似均勻電場(chǎng),而過(guò)電壓作用時(shí)云母墊圈與電極之間的縫隙中產(chǎn)生電暈，對(duì)間隙產(chǎn)生照射作用，使間隙的放電時(shí)間縮短，故其伏秒特性曲線平緩，放電分散性也較小l 避雷器動(dòng)作后，工頻續(xù)流被分割成許多短弧，利用短間隙的自然熄弧能力使電弧熄滅，且不易重燃。c) 閥片（非線性電阻） 閥片用碳化硅顆料,以陶料粘合劑低溫（300-350）焙燒而成。其伏安特性如下圖 i1工頻續(xù)流 u1工頻電壓 i2雷電流 u2避雷器殘壓C：常數(shù),與閥片材料、尺寸有關(guān)：非

12、線性系數(shù),與閥片材料有關(guān)閥片的作用l 限制工頻續(xù)流,保證火花間隙可靠熄弧l 當(dāng)雷電過(guò)電壓擊穿時(shí)，不至于突然下降而形成截?cái)嗖ɑ窘Y(jié)構(gòu)和工作原理與普通閥式避雷器相同,不同點(diǎn)在于l采用了磁吹式火花間隙，從而提高了滅弧能力。 l閥 片 為 碳 化 硅 通 過(guò) 高 溫(1350-1390）焙燒而成,通流容量很大（2）磁吹閥式避雷器（3）閥式避雷器的主要參數(shù)額定電壓： 避雷器兩端子間允許的最大工頻電壓的有效值滅弧電壓： 保證能夠在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)滅弧的條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓。 滅弧電壓應(yīng)當(dāng)大于避雷器工作母線上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓，否則將不能保證續(xù)流滅弧而使閥片燒壞。 工頻放電電壓：

13、 在工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值 沖擊放電電壓： 指預(yù)放電時(shí)間為1.5-20微秒的沖擊放電電壓 即在沖擊電壓作用下避雷器動(dòng)作的最小電壓幅值 一般低于被保護(hù)設(shè)備沖擊絕緣水平的20%-25%殘壓： 指雷電流通過(guò)避雷器時(shí)在閥片電阻上產(chǎn)生的壓降 殘壓應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備沖擊絕緣水平的20%-25%，太低容易產(chǎn)生截波。保護(hù)比： 指避雷器殘壓與滅弧電壓之比保護(hù)比愈小，說(shuō)明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，顯示保護(hù)性能愈好。 5. 金屬氧化物避雷器l 間隙的存在會(huì)使放電電壓受避雷器內(nèi)部氣壓的變化而變化, 不能用在高原地區(qū)。l金屬氧化物避雷器(MOA)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，僅由相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅

14、閥片密封在瓷套內(nèi)組成，也稱(chēng)氧化鋅避雷器。l 金屬氧化物避雷器的閥片是由以氧化鋅（ZnO）為主要原料，并添加其它微量的氧化鉍（Bi2O3）、氧化鈷（Co2O3）、氧化錳（MnO2）、氧化銻（Sb2O3）、氧化鉻（Cr2O3）等金屬氧化物作添加劑。 （1）氧化鋅閥片的伏安特性i1mA:小電流區(qū),非線性指數(shù)較高,0.1-0.2左右1mAi3kA:飽和區(qū)，隨電壓增長(zhǎng)電流增長(zhǎng)不快若10kA下閥片的殘壓相同，則SiC閥片流過(guò)的電流達(dá)到100-400A，必須加間隙ZnO閥片則只有10-5A的數(shù)量級(jí)，可不加間隙 （2）氧化鋅閥片的優(yōu)點(diǎn)l可做成無(wú)間隙 正常工作條件下，流過(guò)ZnO閥片的電流很小,不會(huì)燒壞閥片l無(wú)續(xù)

15、流 正常工作電壓下流過(guò)閥片的電流極小,相當(dāng)于一個(gè)絕緣體,不存在工頻續(xù)流l保護(hù)性能優(yōu)越 在過(guò)電壓作用的全部過(guò)程中都有電流,吸收過(guò)電壓能力強(qiáng)l通流容量大 單位面積通流容量比SiC閥片大4-4.5倍,可用來(lái)限制操作過(guò)電壓（3）氧化鋅避雷器的電氣參數(shù)最大持續(xù)運(yùn)行電壓： 允許持續(xù)加在避雷器兩端的最大工頻電壓的有效值。取決于系統(tǒng)最大工作相電壓額定電壓： 避雷器兩端子間允許的最大工頻電壓的有效值參考電壓（起始動(dòng)作電壓U1mA)： 位于伏安特性曲線中由小電流區(qū)上升部分進(jìn)入大電流區(qū)平坦部分的轉(zhuǎn)折處。殘壓： 放電電流通過(guò)避雷器時(shí)，兩端之間出現(xiàn)的電壓峰值壓比： 在波形為8/20us的沖擊電流規(guī)定值（如10kA)作用下的殘壓與參考電壓之比。 壓比越小,表示非線性越好,流過(guò)大電流時(shí)的殘壓越低，保護(hù)性