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1、第四章第四章 雷電參數(shù)及防雷雷電參數(shù)及防雷設(shè)施設(shè)施雷電參數(shù)雷電參數(shù)防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置雷電及其危害雷電及其危害接地裝置接地裝置 避雷器與電子設(shè)備防雷保護(hù)器件避雷器與電子設(shè)備防雷保護(hù)器件目目 錄錄 4.1.1 4.1.1 雷云的形成雷云的形成 雷云雷云: 帶電的云帶電的云( (是產(chǎn)生雷電放電的先決條件是產(chǎn)生雷電放電的先決條件) )一大塊雷云同極性的總電荷可達(dá)數(shù)百庫(kù)每個(gè)電荷中心的一大塊雷云同極性的總電荷可達(dá)數(shù)百庫(kù)每個(gè)電荷中心的電荷約為電荷約為0.10.110C10C5 510km10km的高度主要是正電荷的云的高度主要是正電荷的云1 15km5km的高度主要是負(fù)電荷的云的高度主要是負(fù)電荷的云
2、q4.1.2 4.1.2 雷電雷電放電放電雷電放電的三個(gè)段雷電放電的三個(gè)段 云、地間電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)(約10-30kV/cm),空氣發(fā)生電離,產(chǎn)生一個(gè)向地面發(fā)展的等離子通道先導(dǎo)放電 下行先導(dǎo)到達(dá)地面、或與地面上的突出物上產(chǎn)生的迎面先導(dǎo)相遇,產(chǎn)生雷云與大地的放電通道主放電 主放電結(jié)束后,云中剩余電荷沿主放電通道釋放余光放電各階段的特點(diǎn)各階段的特點(diǎn) 下行負(fù)先導(dǎo)是逐級(jí)向下發(fā)展的; 電流小,約100A;先導(dǎo)放電 放電速度約為光速的1/20-1/2; 持續(xù)時(shí)間短,約50-100微秒; 放電電流大,達(dá)幾十至上百千安;主放電 放電速度慢,約為光速的1/100; 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),約為0.03-0.15
3、秒; 放電電流不大。余光放電下行雷 雷電的危害直擊雷感應(yīng)雷侵入波跨步電壓和接觸電壓高電位引外4.1.3 4.1.3 雷電雷電的的危害危害 雷電流幅值雷電流幅值雷電流波形雷電流波形地面落雷密度地面落雷密度最大陡度最大陡度4.2.1 4.2.1 雷暴雷暴日(日(T Td d): : 雷暴日雷暴日一年中發(fā)生雷電放電的天數(shù)一年中發(fā)生雷電放電的天數(shù)規(guī)程規(guī)定:規(guī)程規(guī)定: T Td d 151515 T15 Td d 404040 T40 Td d 909090 T90 Td d少雷區(qū)少雷區(qū) 中雷區(qū)中雷區(qū) 多雷區(qū)多雷區(qū) 強(qiáng)雷區(qū)強(qiáng)雷區(qū)( (衡量雷電活動(dòng)頻繁的程度衡量雷電活動(dòng)頻繁的程度) )雷電的極性雷電的極性
4、4.2 4.2 雷電雷電參數(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)雷暴日:標(biāo)準(zhǔn)雷暴日:4040 q0.070.07次次/ /平方公里平方公里雷暴日雷暴日4.2.2 4.2.2 地面落雷密度地面落雷密度: : 單位時(shí)間、單位面積的地面平均落雷次數(shù)單位時(shí)間、單位面積的地面平均落雷次數(shù)0.24T0.24Td d0.3 0.3 40dT 線路每百公里每年的線路每百公里每年的雷擊次數(shù)雷擊次數(shù)N N 雷電流幅值波形陡度a= I/Ta= I/T1 1 = I/2.6 = I/2.6 kA /s kA /s 極性90%是負(fù)極是負(fù)極性性4.2.3 4.2.3 雷電流雷電流 4.2.4 4.2.4 雷電雷電放電的計(jì)算模型放電的計(jì)算模型 4.3
5、 4.3 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置4.3.1 4.3.1 避雷針避雷針引 下 線6 m m接 地 體 接 閃 器 1 0 1 2 m m1.1.避雷針的結(jié)構(gòu)避雷針的結(jié)構(gòu)2.2.避雷針的作用避雷針的作用: :引雷引雷 、泄雷、泄雷 3. 3. 避雷針的保護(hù)范圍避雷針的保護(hù)范圍: :單支避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍避雷針的高度避雷針的高度系數(shù)系數(shù) 兩支等高避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍兩支等高避雷針聯(lián)合保護(hù)范圍21 時(shí)時(shí)時(shí)時(shí) 兩根避雷線的保護(hù)范圍兩根避雷線的保護(hù)范圍 避雷線的保護(hù)角避雷線的保護(hù)角 4.4 4.4 避雷器避雷器與電子設(shè)備防雷保護(hù)器件與電子設(shè)備防雷保護(hù)器件避雷器的作用防止設(shè)備遭受雷電波(侵
6、入波)的危害防止設(shè)備遭受雷電波(侵入波)的危害 264.4.1 4.4.1 基本基本要求要求 (1 1)過(guò)電壓限制器的放電)過(guò)電壓限制器的放電電壓應(yīng)略高于電壓應(yīng)略高于系系統(tǒng)的最大統(tǒng)的最大工作電壓。工作電壓。(2 2)過(guò)電壓限制器應(yīng)具有良好的伏秒特性)過(guò)電壓限制器應(yīng)具有良好的伏秒特性,與與被保護(hù)設(shè)備有合理的被保護(hù)設(shè)備有合理的絕緣配合。絕緣配合。(3 3)過(guò)電壓限制器應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度)過(guò)電壓限制器應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自自恢復(fù)能力?;謴?fù)能力。 伏秒特性的配合伏秒特性的配合(a a)配合好;)配合好; (b b)配合不好)配合不好 (c c)帶狀伏秒曲線)帶狀伏秒曲線 1.1.保護(hù)間隙保護(hù)間隙多用于配
7、電變壓器或中性點(diǎn)保護(hù)多用于配電變壓器或中性點(diǎn)保護(hù) 缺點(diǎn)缺點(diǎn): :熄弧能力差熄弧能力差 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 價(jià)格便宜價(jià)格便宜要消除故障必須開關(guān)動(dòng)作要消除故障必須開關(guān)動(dòng)作4.4.2 4.4.2 避雷器避雷器 產(chǎn)生截波產(chǎn)生截波2.2.排氣式避雷器排氣式避雷器 存在問(wèn)題:存在問(wèn)題:3.3.閥式避雷器閥式避雷器 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 伏伏- -秒特性平坦秒特性平坦, ,不產(chǎn)生截波不產(chǎn)生截波 防止截波防止截波: : 與間隙串聯(lián)一個(gè)電阻與間隙串聯(lián)一個(gè)電阻R R電阻的作用電阻的作用: : 防止截波防止截波阻尼振蕩阻尼振蕩 單個(gè)平板型放電間隙的結(jié)構(gòu)單個(gè)平板型放電間隙的結(jié)構(gòu) 閥片的伏安特性閥片的伏安特性 標(biāo)準(zhǔn)
8、放電間隙組標(biāo)準(zhǔn)放電間隙組 0.50.2 :C Siciu 0.040.01 :ZnO非線性系數(shù)非線性系數(shù)4 4、氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器優(yōu)點(diǎn)無(wú)間隙無(wú)續(xù)流耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)通流容量大易于制成直流系統(tǒng)用避雷器適用于大批量生產(chǎn)、造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)性好無(wú)無(wú)間隙氧化鋅避雷器的電氣參數(shù)間隙氧化鋅避雷器的電氣參數(shù)1.1.標(biāo)稱標(biāo)稱放電電流放電電流沖擊波形為沖擊波形為8/208/20 s s的放的放電電流峰值電電流峰值1.5k kA A2.5k kA A5kAkA20kAkA10kAkA1kAkA2.2.殘壓殘壓 放電電流通過(guò)避雷器時(shí)在端子間的放電電流通過(guò)避雷器時(shí)在端子間的最大電壓值最大電壓值( (kV kV 峰值峰值
9、) ) 標(biāo)稱放電電流下的殘壓標(biāo)稱放電電流下的殘壓 陡波電流下的殘壓陡波電流下的殘壓 操作沖擊電流下的殘壓操作沖擊電流下的殘壓殘壓3.3.雷電雷電沖擊保護(hù)水平?jīng)_擊保護(hù)水平4.4.操作操作沖擊保護(hù)水平?jīng)_擊保護(hù)水平避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓值避雷器標(biāo)稱放電電流下的殘壓值 避雷器在操作沖擊電流避雷器在操作沖擊電流( (波頭時(shí)間為波頭時(shí)間為3030至至100100 s)s)下的最大下的最大殘壓殘壓 5.5.額定電壓額定電壓6.6.最大持續(xù)運(yùn)行電壓最大持續(xù)運(yùn)行電壓施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值,單位:施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值,單位:kVkV 運(yùn)行中允許持續(xù)地施加在避雷器上的最大允
10、許工頻電壓運(yùn)行中允許持續(xù)地施加在避雷器上的最大允許工頻電壓有效值,單位:有效值,單位:kVkV 8.8.壓比壓比 施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓施加在避雷器兩端的最大允許工頻電壓有效值,單位:有效值,單位:kVkV NoImage壓比愈小,表明通過(guò)沖擊大電流時(shí)的壓比愈小,表明通過(guò)沖擊大電流時(shí)的殘壓愈低,避雷器的保護(hù)性能愈好殘壓愈低,避雷器的保護(hù)性能愈好 9. 9. 荷電率荷電率 AVRAVR所以所以 應(yīng)根據(jù)具體電網(wǎng)確定合理的荷電率應(yīng)根據(jù)具體電網(wǎng)確定合理的荷電率AVR AVR 持續(xù)運(yùn)行電壓持續(xù)運(yùn)行電壓u uc c 保護(hù)性能下降保護(hù)性能下降A(chǔ)VR AVR 單位閥片上的負(fù)荷單位閥片上的負(fù)荷加速老
11、化加速老化 4.4.3 4.4.3 電子電子設(shè)備防雷保護(hù)器件設(shè)備防雷保護(hù)器件電子設(shè)備的防雷器件分類電子設(shè)備的防雷器件分類 1.1.電源系統(tǒng)防雷器件電源系統(tǒng)防雷器件 電子設(shè)備防雷特點(diǎn)電子設(shè)備防雷特點(diǎn) 2.2.信號(hào)系統(tǒng)保護(hù)器件信號(hào)系統(tǒng)保護(hù)器件 1.1.工作電壓低,幾伏的脈沖電壓就可造成電子設(shè)備損壞工作電壓低,幾伏的脈沖電壓就可造成電子設(shè)備損壞 2.2.要求在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)將被保護(hù)設(shè)備接入等電位系統(tǒng),要求在納秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)將被保護(hù)設(shè)備接入等電位系統(tǒng), 并將雷電脈沖的能量釋放到大地并將雷電脈沖的能量釋放到大地 常用的常用的電子設(shè)備保護(hù)器件電子設(shè)備保護(hù)器件1.1.放電管放電管 通流容量大,可達(dá)通流容量大,
12、可達(dá)100kA100kA以以上;電壓在上;電壓在75-10000V75-10000V 殘壓高殘壓高2-4kV2-4kV,響應(yīng)時(shí)間慢,響應(yīng)時(shí)間慢100ns100ns 用于數(shù)據(jù)線、有線電視、用于數(shù)據(jù)線、有線電視、交流電源、電話系統(tǒng)等交流電源、電話系統(tǒng)等氣體放電管1.1.放電管放電管( (續(xù)續(xù)) ) 響應(yīng)速度較快響應(yīng)速度較快10-20ns10-20ns、吸收電流、吸收電流大,動(dòng)作電壓穩(wěn)定、重復(fù)性好、大,動(dòng)作電壓穩(wěn)定、重復(fù)性好、壽命長(zhǎng)壽命長(zhǎng) 用于電源電路時(shí)需要采取限流措用于電源電路時(shí)需要采取限流措施串聯(lián)電阻或快速熔斷,使浪誦施串聯(lián)電阻或快速熔斷,使浪誦過(guò)后電流迅速恢復(fù)到維持值以下過(guò)后電流迅速恢復(fù)到維持
13、值以下 適用于網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備的浪涌保適用于網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備的浪涌保護(hù)護(hù)固體放電管3.3.壓敏電阻壓敏電阻 使用電壓范圍寬從幾伏到幾萬(wàn)伏以上,耐浪涌能力強(qiáng),生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、電壓溫度系數(shù)小優(yōu)點(diǎn) 鉗位特性相對(duì)差一些 缺點(diǎn) 可用于IC及其他電子設(shè)備的浪涌保護(hù)用途2.TVS-2.TVS-瞬變電壓抑制二極管瞬變電壓抑制二極管 響應(yīng)時(shí)間快、瞬時(shí)功率大、擊穿電壓偏差小、鉗位電壓容易控制、體積小優(yōu)點(diǎn) 耐受重復(fù)性脈沖時(shí)有可能損壞缺點(diǎn) 廣泛適用于家用電器、電子儀表、通信設(shè)備、電源、計(jì)算機(jī)等各個(gè)領(lǐng)域用途 4.5 4.5 接地裝置接地裝置 一、一、接地接地 將電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接,將電力系統(tǒng)及
14、其電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接,與大地保持等電位與大地保持等電位 二、二、接地接地分類分類 根據(jù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式根據(jù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式 的需要而將電網(wǎng)中某一點(diǎn)接地的需要而將電網(wǎng)中某一點(diǎn)接地 工作接地工作接地 某些某些電氣設(shè)備的金屬外殼必須妥善接地,電氣設(shè)備的金屬外殼必須妥善接地,以免絕緣損壞時(shí)外殼帶電危及人身安全以免絕緣損壞時(shí)外殼帶電危及人身安全 保護(hù)接地保護(hù)接地 金屬桿塔、避雷針(線)和避雷器等金屬桿塔、避雷針(線)和避雷器等的接地的接地 防雷接地防雷接地 三、三、接地電阻接地電阻電流電流I I經(jīng)接地電極流入大地時(shí),經(jīng)接地電極流入大地時(shí),接地體對(duì)地電壓接地體對(duì)地電壓U U與電流與
15、電流I I之比值之比值 工頻接地電阻工頻接地電阻 沖擊接地電阻沖擊接地電阻 引下線的電阻接地體的電阻接觸電阻土壤的電阻四、四、屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)利用系數(shù),利用系數(shù),1 1 2 2根并聯(lián)其值約為根并聯(lián)其值約為0.90.9 6 6根并聯(lián)其值約為根并聯(lián)其值約為0.70.7 五沖擊接地電阻與工頻接地電阻五沖擊接地電阻與工頻接地電阻eiRReiRR火花效應(yīng)火花效應(yīng) 電感效應(yīng)電感效應(yīng) eiRR沖擊系數(shù)沖擊系數(shù) ieRR1伸長(zhǎng)接地體的有效長(zhǎng)度,一般在伸長(zhǎng)接地體的有效長(zhǎng)度,一般在4060m 4060m 發(fā)電廠和變電站地網(wǎng)的作用發(fā)電廠和變電站地網(wǎng)的作用1. 1. 防雷防雷2. 2. 防止工頻短路電流對(duì)發(fā)電廠和變電站人員及設(shè)備造成危害防止工頻短路電流對(duì)發(fā)電廠和變電站人員及設(shè)備造成危害在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng) 工頻短路電流,工頻短路電流,A A 地網(wǎng)接地電阻,地網(wǎng)接地電阻, 六、發(fā)電廠和變電站的接地六、發(fā)電廠和變電站的接地 52變電站的地
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