雷電及防雷保護裝置ppt課件

1、8.8.2 8.8.2 三相繞組中的波過程三相繞組中的波過程u電力變壓器普通按照Y、Y0、 等接線方式。u雷電沖擊波可以從一相、兩相或者三相接入；u三繞組變壓器的波過程與單相變壓器根本一樣，只是隨接線方式和進波方式有所不同。u星形接線中性點接地 Y0u 當(dāng)變壓器采用Y0接地，三相間相互影響很小，可按三個獨立的單相繞組波過程分析。二、星形接線中性點不接地二、星形接線中性點不接地Y Yu一相進波時：波到達不中性點后經(jīng)由兩相繞組一相進波時：波到達不中性點后經(jīng)由兩相繞組傳出。后兩相等效為并聯(lián)的兩個傳出。后兩相等效為并聯(lián)的兩個LKC回路回路0U0Z0Z0Z)(aKCL0Z0Z0Z0 . 10 . 200

2、 . 12 . 10Uulx0t123maxUt031U0UlANCB,)(b)(c0U21ACB一相進波的特點：一相進波的特點：入侵波幅值為1/2U0由于繞組的沖擊波阻抗遠大于線路的波阻抗，因此其他兩相波阻抗的線路側(cè)的端點可以為是接地的。起始電位分布與后兩相關(guān)系不大，可以為此時中性點電位接近為0。穩(wěn)態(tài)電位分布時，按電阻分配，成為折線。中性點為1/3U0最大電位包絡(luò)線為曲線3。振蕩過程中，中性點最大電位為2/3U0兩相進波時兩相進波時u兩相波到達中性點后將同時由第三個繞組傳到線路上?？砂凑諉蜗噙M波的疊加計算波過程。u中性點穩(wěn)態(tài)電位為2/3U0，最大電位為4/3U0u三相進波時u 規(guī)律與單相繞組

3、末端開路情況根本一樣。中性點最大電位為首端電位的2倍。三、三角形接線三、三角形接線一相入侵時：由于繞組的沖擊波一相入侵時：由于繞組的沖擊波阻抗遠大于線路的波阻抗，因此阻抗遠大于線路的波阻抗，因此B、C兩端點相當(dāng)于接地。此時兩端點相當(dāng)于接地。此時，在，在AB、AC繞組中的波過程與繞組中的波過程與末端接地時的一樣。末端接地時的一樣。兩相或者三相入侵時：兩相或者三相入侵時：用疊加法分析.1表示A端或者B端進波時的初始分布2表示A端或者B端進波時的穩(wěn)態(tài)分布虛線3表示A、B端同時進波時的初始分布實線4表示A、B端同時進波時的穩(wěn)態(tài)分布振蕩過程中，最高電位在中點M處，為2U08.8.3 8.8.3 沖擊電壓

4、在繞組間的傳送沖擊電壓在繞組間的傳送u當(dāng)波浸入變壓器的高壓繞組時，會感應(yīng)到低壓繞組中，u感應(yīng)途徑為：1 靜電感應(yīng) 2 電磁感應(yīng)u感應(yīng)過電壓很大時，會呵斥低壓繞組處的絕緣擊穿。u近似計算這種感應(yīng)過電壓時，用疊加法，將兩種途徑的感應(yīng)過電壓分別計算后再相加。一、繞組間的靜電感應(yīng)一、繞組間的靜電感應(yīng)由于電感中電流不能突變，因此只存在電容耦合。因此與變比無關(guān)。在繞組2開路時，靜電感應(yīng)的電壓為：02012122UCCCU通常，低壓繞組和很多線路相連，因此，還有很多電容和C20并聯(lián)，此時U2不大。但當(dāng)空載時，需求進展過電壓防護。二、繞組間的電磁感應(yīng)二、繞組間的電磁感應(yīng)u線路電感中會逐漸流過電流。電流所產(chǎn)生的

5、磁通會在另一個繞組中感應(yīng)出電壓。這種電壓就叫電磁感應(yīng)分量。u電磁感應(yīng)分量與變比有關(guān)，但由于鐵芯損耗，所以不是與變比成正比。u通常，低壓繞組絕緣裕度的設(shè)計遠大于高壓繞組，因此，電磁感應(yīng)過電壓，只是在從低壓感應(yīng)到高壓時才有危險。u普通依托在高壓出線端安裝三相避雷器進展防護。8.9 8.9 旋轉(zhuǎn)電極繞組中的波過程旋轉(zhuǎn)電極繞組中的波過程當(dāng)波作用于旋轉(zhuǎn)電機時，也可用LCK回路分析。普通選擇電機要加外部維護措施，如在發(fā)電機前并聯(lián)電容，因此來波陡度平緩，波頭時間大于10us，即du/dt很小。無論是單匝還是多匝電機，k0du/dt都很小，因此可忽略K的影響。在計算波過程時，可將旋轉(zhuǎn)電機繞組看成具有一定波阻抗

6、的導(dǎo)線。 旋轉(zhuǎn)電機指的是經(jīng)過電力變壓器或直接與電網(wǎng)相連的發(fā)電機、同步伐相機和大型電動機等，它們的繞組在運轉(zhuǎn)過程中部有可以會遭到過電壓波的作用。一、電機繞組中的波阻抗及波速一、電機繞組中的波阻抗及波速u電機槽內(nèi)部分和端部部分的L0，C0是不同的，因此波阻和波速也有規(guī)律的變化，但普通用只看宏觀的平均值。u波阻抗與電機容量、電壓和轉(zhuǎn)速有關(guān)。u 電壓升高 每槽匝數(shù)添加電感變大 波阻抗添加u 容量加大 導(dǎo)線半徑添加 每格匝數(shù)減小電容添加，電感減小 波阻抗減小u對于低速電機，可用圖中值的2倍估算波阻抗波速波速容量加大容量加大 導(dǎo)線半徑添加導(dǎo)線半徑添加 每格匝數(shù)減小每格匝數(shù)減小電容添加電容添加，電感減小，電

7、感減小 ，普通電，普通電感的減小沒有電容的添加感的減小沒有電容的添加那么快那么快波速下降波速下降二、波在電機繞組中的傳播二、波在電機繞組中的傳播 波在電機繞組中傳播時，存在鐵損、銅損、介質(zhì)損耗。以鐵損最大。因此，衰減和變形都很嚴重。 衰減可計算：xxeUU0中小容量的電機： 0.0005m-1; 大容量電機： 0.0015m-1當(dāng)波沿電機繞組傳播時，繞組中的電位如左圖所示。最大電位梯度在首端。匝間接受沖擊電壓為：valuzz因此，允許來波最大陡度為：zjlvUamax普通將進波陡度限制在5kV/us以下。第第9 9章章 雷電及防雷維護安裝雷電及防雷維護安裝大氣過電壓是由于雷電構(gòu)成的。它是呵斥系

8、統(tǒng)缺陷的主要緣由之一9.1 雷云放電及雷電過電壓 熱氣流上升，冷凝產(chǎn)生冰晶，冰晶碰撞分裂，導(dǎo)致帶負電荷的較輕部分被風(fēng)吹走，構(gòu)成雷云；帶正電荷的較重部分可以構(gòu)成部分帶正電的云區(qū)或者凝聚成水滴下降。 整塊雷云可以有假設(shè)干個電荷中心，負電荷位于雷云下 部，離地大約500-1000m。 雷云放電通常分為先導(dǎo)部分和主放電兩個階段。 圖中為下行負雷閃的照片。 第一次放電終了后，多半還會有反復(fù)雷擊。9.1.2 9.1.2 雷擊時的等值電路雷擊時的等值電路主放電瞬間，可用開關(guān)S的閉合來模擬Z是被擊物的阻抗。由于電荷運動構(gòu)成電流，因此雷擊點的電位發(fā)生忽然變化uiZ雷電具有電流源的性質(zhì)。當(dāng)Z0時，i=2*i0;普

9、通，Z0300-400 ，ZZ0，因此，也可以為i=2*i0i稱為雷電流9.2 9.2 雷電參數(shù)及雷電活動規(guī)律雷電參數(shù)及雷電活動規(guī)律在雷電設(shè)計中，最關(guān)懷的是雷電流波形、幅值分布及落雷密度等9.2.1 雷電流幅值和波形對于雷暴日數(shù)20的地域，我國現(xiàn)行推薦雷電流幅值概率為：88lgIP對于雷暴日數(shù)20的地域(除陜南以外的西邊地域、內(nèi)蒙古部分地域，我國現(xiàn)行推薦雷電流幅值概率為：44lgIP波形和極性波形和極性 我國防雷規(guī)程建議值為：2.6/50 s，平均陡度為 在維護計算中，可取雙指數(shù)波，為簡化計算，普通可取斜角平頂波。 但在特高塔的設(shè)計中，可取半余弦波頭，表達式為：6 . 2Ia )cos1 (2

10、tIiI為雷電流幅值；為角頻率，=/f=1.2106s-1，f -為波頭時間2.6s。 極性：極性：75%-90%的雷為負極性雷，因此普通的雷為負極性雷，因此普通按照負極性雷進展研討。按照負極性雷進展研討。9.2.2 9.2.2 雷暴日和雷暴小時雷暴日和雷暴小時u年平均雷暴日和年平均雷暴小時是表征雷電活動頻繁程度的目的。u雷暴日：一年中有雷電的天數(shù)。在一天之內(nèi)，只需聽到雷聲就算一個雷暴日。u雷暴小時：一年中有雷電的小時數(shù)。在一小時之內(nèi)，只需聽到雷聲就算一個雷暴小時。u我國大部分地域的雷暴小時與雷暴日之比為3。u我國規(guī)程建議采用雷暴日作為計算單位。9.2.3 9.2.3 地面落雷密度和地面落雷密

11、度和 輸電線路落雷次數(shù)輸電線路落雷次數(shù) 地面落雷密度反映了云地之間的放電。 地面落雷密度：每平方公里每雷暴日的對地落雷次數(shù)，用表示。 e.g. 我國規(guī)范規(guī)定：對雷暴日T40的地域，=0.07次/km2雷暴日 輸電線路的存在，改動了雷云地之間的電場分布，根據(jù)模擬實驗和運轉(zhuǎn)閱歷，輸電線路每側(cè)的引雷寬度為2h e.g. 對每100km的輸電線路，每年遭雷擊的次數(shù)為：)4(28. 01001000)4(hbThbN9.3 9.3 避雷針和避雷線避雷針和避雷線防直擊雷最常用的措施是裝設(shè)避雷針線避雷針線的維護范圍是按照99.9%的概率計算的。hrhx水平面上保護范水平面上保護范圍的截面圍的截面1. 5 h

12、xh /2hx45o避雷線的維護長度與線等長，因此適用與架空線路與大型建筑群。單根避雷線的維護范圍兩根避雷線的維護范圍D5/D維護角是指避雷線與所維護的外側(cè)導(dǎo)線之間的連線與經(jīng)過避雷線的鉛垂線之間的夾角 。維護角越小，避雷線對導(dǎo)線的屏蔽維護作用就越好。有些國家還采用負維護角。9.4 9.4 避雷器避雷器 當(dāng)發(fā)生繞擊或者感應(yīng)時，過電壓波將沿線路傳播入侵發(fā)電廠、變點站等。避雷器的要求：良好的伏秒特性： 沖擊系數(shù)：沖擊放電電壓與工頻放電電壓之比。 沖擊系數(shù)越小，伏秒特性越平緩，維護性能越好。絕緣自恢復(fù)才干按開展歷程看：維護間隙、管型避雷器、普通閥式避雷器、磁吹避雷器、金屬氧化物避雷器等。氧化鋅氧化鋅Z

13、nOZnO避雷器避雷器ZnO避雷器又叫金屬氧化物避雷器MOA。 ZnO避雷器由ZnO電阻片組成，具有優(yōu)良的非線性伏安特性，因此可以取消火花間隙，實現(xiàn)無間隙無續(xù)流，且造價低廉。晶界層固有電容回路固有電感晶界層電阻泄漏電阻本體電阻CRRRLCRRRLZnO1 ZnO晶粒，粒徑為10m左右，電 阻率為110cm；2 包圍著ZnO晶粒的Bi2O3晶界層，厚 度為0.1m左右，電阻率大于 1010cm；3 零散分布于晶界層中的尖晶石 Zn7Sb2O12。ZnO電阻片的非線性特性主要取決于晶界層，在低電場下其電阻率很高；當(dāng)層間電位梯度到達104105V/cm時，其電阻率急劇下降到低阻外形 ZnOZnO的伏

14、安特性曲線的伏安特性曲線u區(qū)域為低電場區(qū)，電流密度與電場強度的開方成正比，非線性系數(shù)約為0.10.2；u區(qū)域為中電場區(qū)，晶界層電阻Rv減小，非線性系數(shù)大為下降，約為0.010.04；u區(qū)域為高場強區(qū)，ZnO本體電阻R起主要作用，電流與電壓成正比，伏安特性曲線向上翹。 5104103102101100101102103104105102345678910AI /kVUp/低電場區(qū)高電場區(qū)中電場區(qū)電阻片正常運行電壓ZnOSiC電阻片ZnOZnO避雷器的主要優(yōu)點：避雷器的主要優(yōu)點：u無間隙無間隙u 構(gòu)造簡單、分量輕、無電壓分布不均、放電電壓不穩(wěn)構(gòu)造簡單、分量輕、無電壓分布不均、放電電壓不穩(wěn)定等，維護

15、可靠性高定等，維護可靠性高u無續(xù)流無續(xù)流u 不需吸收續(xù)流能量，動作負載輕；可接受多次反復(fù)雷不需吸收續(xù)流能量，動作負載輕；可接受多次反復(fù)雷擊或者反復(fù)操作過電壓擊或者反復(fù)操作過電壓u電氣設(shè)備所受過電壓可減低電氣設(shè)備所受過電壓可減低u 在整個過電壓階段都有電流流過，因此降低了過電壓在整個過電壓階段都有電流流過，因此降低了過電壓幅值幅值u通流容量大通流容量大u 不受串聯(lián)間隙被灼傷的制約，閥片的通流才干僅與本不受串聯(lián)間隙被灼傷的制約，閥片的通流才干僅與本身通流才干有關(guān)。可并聯(lián)進一步提高通流才干。身通流才干有關(guān)?？刹⒙?lián)進一步提高通流才干。u易于制成直流避雷器易于制成直流避雷器ZnOZnO避雷器的電氣性能避

16、雷器的電氣性能u額定電壓額定電壓u 能短期耐受的最大工頻電壓有效值能短期耐受的最大工頻電壓有效值u最大繼續(xù)運轉(zhuǎn)電壓最大繼續(xù)運轉(zhuǎn)電壓u 能長期繼續(xù)運轉(zhuǎn)的最大工頻電壓有效值能長期繼續(xù)運轉(zhuǎn)的最大工頻電壓有效值u起始動作電壓參考電壓、轉(zhuǎn)機電壓起始動作電壓參考電壓、轉(zhuǎn)機電壓u 開場進入動作外形的電壓，通常為開場進入動作外形的電壓，通常為U1mAu壓比壓比u 在在8/20us的沖擊電流規(guī)定值下，殘壓與起始動作電壓之比。越小，非的沖擊電流規(guī)定值下，殘壓與起始動作電壓之比。越小，非線性越好。線性越好。u荷電率荷電率u 最大場強義務(wù)電壓與起始動作電壓之比最大場強義務(wù)電壓與起始動作電壓之比u工頻耐受電壓特性工頻耐受電壓特性u 對工頻過電壓的耐受才干對工頻過電壓的耐受才干u維護比維護比u 額定殘壓與最大長期義務(wù)電壓峰值之比。越小，維護性能越好額定殘壓與最大長期義務(wù)電壓峰值之比。越小，維護性能越好9.5 9.5 接地技術(shù)與接地安裝接地技術(shù)與接地安裝 接地：把地面上的電氣設(shè)備的一部分經(jīng)埋入地中包含水泥和水的接地體如金屬棒、管、帶、