高電壓工程基礎(chǔ)(施圍)課件雷電及防雷裝置

1、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)華南理工大學(xué)電力學(xué)院第第9 9章章 雷電及防雷裝置雷電及防雷裝置 9.1 雷電放電的發(fā)展過程 9.2 雷電參數(shù) 9.3 避雷針和避雷線 9.4 避雷器 9.5 防雷接地高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)9.1 雷電放電的發(fā)展過程雷電放電的發(fā)展過程先導(dǎo)先導(dǎo)：不連續(xù)性（分級先導(dǎo)），歷時約 0.005 0.010 s。每一級先導(dǎo)發(fā)展速度相當(dāng)高，但每發(fā)展到一定長度（平均約 50m）就有一個 10 100 s 的間隔。發(fā)展速度約為光速的 1/1000 。主放電主放電：時間 50 100 s，移動速度為光速的 1/20 1/2；主放電時電流可達(dá)數(shù)千安，最大可達(dá)200 300kA。 余

2、輝余輝：雷云中剩下的電荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時間可達(dá) 0.03 0.15 s。 高電壓工程基礎(chǔ)9.2 雷電參數(shù)雷電參數(shù) 雷電活動強(qiáng)度雷電活動強(qiáng)度雷暴日及雷暴小時雷暴日及雷暴小時雷暴日雷暴日：每年中有雷電的天數(shù)。 雷暴小時雷暴小時：每年中有雷電的小時數(shù)。 年平均雷暴日不超過 15 的地區(qū)為少雷區(qū)少雷區(qū)；超過 40 的為多雷區(qū)多雷區(qū)；超過 90 的地區(qū)及根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)雷害特別嚴(yán)重的地區(qū)為強(qiáng)雷區(qū)強(qiáng)雷區(qū)。 落雷密度落雷密度地面落雷密度地面落雷密度 ：每一個雷暴日、每平方公里對地面落雷次數(shù) 。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997建議取 = 0.07次平方公

3、里. 雷電日（40）。 雷電通道波阻抗雷電通道波阻抗 雷電通道如同一個導(dǎo)體，雷電流在導(dǎo)體中流動，對電流波呈現(xiàn)一定的阻抗，該阻抗叫做雷電通道波阻抗 （規(guī)程建議取 300 400）。 高電壓工程基礎(chǔ) 雷電流的極性雷電流的極性 國內(nèi)外實(shí)測結(jié)果表明，負(fù)極性雷占絕大多數(shù)，約占 75 90 %。 雷電流幅值雷電流幅值雷電流雷電流：雷擊具有一定參數(shù)的物體時，若被擊物阻抗為零，流過被擊物的電流變?yōu)槿肷洳ǖ膬杀?，?guī)程規(guī)定，雷電流是指雷擊于的低接地電阻物體時，流過該物體的電流。少雷區(qū)：lg88Ip一般地區(qū)：lg44Ip高電壓工程基礎(chǔ) 雷電流的波頭、陡度及波長雷電流的波頭、陡度及波長 波頭波頭： 1 5 s 范圍內(nèi)

4、變化，多為 2.5 2.6 s，規(guī)程規(guī)定取2.6 s；波長波長： 20 100 s ，多數(shù)為 50 s 左右。為簡化計算，視為無限長；陡度陡度：陡度 與幅值 I 有線性的關(guān)系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般認(rèn)為陡度超過 50 kA/s 的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很?。s為0.04）。 雷電流的波形雷電流的波形 標(biāo)準(zhǔn)波形斜角平頂波半余弦波高電壓工程基礎(chǔ)9.3 避雷針和避雷線避雷針和避雷線 避雷針（線）的保護(hù)原理避雷針（線）的保護(hù)原理 當(dāng)雷云的先導(dǎo)向下發(fā)展，高出地面的避雷針（線）頂端形成局部電場強(qiáng)度集中的空間，以至有可能影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使其僅對避雷針（線）放電，從而使得避雷針（線）附近的物體免遭

5、雷擊。 對避雷針（線）的要求對避雷針（線）的要求（1）為了使雷電流順利地泄入大地，故要求避雷針（線）應(yīng)有良好的接地裝置。（2）被保護(hù)設(shè)備全面位于避雷針（線）的保護(hù)范圍內(nèi)。但為了防止與被保護(hù)物之間的間隙擊穿（也稱為反擊），它們之間應(yīng)保持一定的距離。 雙根等高避雷針保護(hù)范圍單根避雷針保護(hù)范圍高電壓工程基礎(chǔ)x/2hhxxh()rhhp當(dāng) 時：當(dāng) 時：x/2hhxxh(1.52)rhhp0hx0 x/71.5()hhDpbhh高電壓工程基礎(chǔ)雙根不等高避雷針保護(hù)范圍單根避雷線保護(hù)范圍兩平行避雷線保護(hù)范圍避雷線保護(hù)角高電壓工程基礎(chǔ)9.4 避雷器避雷器 避雷器的保護(hù)原理避雷器的保護(hù)原理 當(dāng)雷電入侵波或操作波

6、超過某一電壓值后，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護(hù)電力設(shè)備放電，從而限制了過電壓，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護(hù)。 避雷器的技術(shù)要求避雷器的技術(shù)要求（1）過電壓作用時，避雷器先于被保護(hù)電力設(shè)備放電，當(dāng)然這要由兩者的全伏秒特性的配合來保證；（2）避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次過零時的工頻續(xù)流。 避雷器的種類避雷器的種類保護(hù)間隙，管式避雷器，閥式避雷器（包括金屬氧化物避雷器）高電壓工程基礎(chǔ)一、保護(hù)間隙一、保護(hù)間隙優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、價廉。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：（1）滅弧能力差；（2）保護(hù)效果差，與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性不易配合；（3）動作后產(chǎn)生的截波，對變壓器匝間絕緣有很大的威脅。因此它往往與其

7、它防護(hù)措施配合使用。 保護(hù)間隙常用雙羊角狀間隙，取其有電弧上吹特性，我國常用于3 10kV電網(wǎng)中。保護(hù)間隙有一定的限制過電壓效果，但不能避免供電中斷。高電壓工程基礎(chǔ)二、管型避雷器二、管型避雷器外間隙內(nèi)間隙1產(chǎn)氣管；2膠木管套；3棒電極；4環(huán)形電極；5貯氣室；6動作指示器 管式避雷器不但有一個切斷電流的下限，而且還有一個切斷電流的上限。其安裝點(diǎn)最大與最小短路電流要分別小于和大于管式避雷器的上、下限。 管式避雷器伏秒特性陡，放電分散性大，動作產(chǎn)生截波，放電特性受大氣條件影響，故它主要用作保護(hù)線路弱絕緣，以及電站的進(jìn)線保護(hù)段。 高電壓工程基礎(chǔ)三、閥型避雷器三、閥型避雷器 原理： 間隙與閥片配合完成。

8、當(dāng)過電壓達(dá)到間隙動作電壓，間隙動作，沖擊電流經(jīng)閥片流入大地；之后，閥片僅受到工頻電壓作用，由于非線性關(guān)系，閥片電阻值增高，使流過的工頻續(xù)流受到限制，并在第一次過零瞬間，由間隙將此續(xù)流切斷。注意：避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流被切斷不超過半個周波，因此電網(wǎng)在整個過程均保持正常供電。 高電壓工程基礎(chǔ) 普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（火花間隙、非線性電阻火花間隙、非線性電阻）單個火花間隙的結(jié)構(gòu)a.保證間隙中保證間隙中的電場為均勻的電場為均勻電場，伏秒特電場，伏秒特性平緩；性平緩；b.電電暈可縮短間隙暈可縮短間隙放電時間放電時間 閥片的伏安特性kuC i多個短間隙串聯(lián)易多個短間隙串聯(lián)易于切斷工頻續(xù)流。于切

9、斷工頻續(xù)流。（復(fù)合與散熱）（復(fù)合與散熱） 多個間隙串聯(lián)電壓分布多個間隙串聯(lián)電壓分布不均勻，使避雷器滅弧不均勻，使避雷器滅弧能力降低?？墒褂貌⒙?lián)能力降低?？墒褂貌⒙?lián)電阻使電壓分布均勻。電阻使電壓分布均勻。 a. 當(dāng)電流增大時，閥片呈現(xiàn)當(dāng)電流增大時，閥片呈現(xiàn)低阻值，使避雷器上電壓降低阻值，使避雷器上電壓降低，增加了避雷器的保護(hù)效低，增加了避雷器的保護(hù)效果。果。b. 希望在工頻電壓升高希望在工頻電壓升高后流過間隙閥片的續(xù)流不超后流過間隙閥片的續(xù)流不超過規(guī)定值，此時閥片呈現(xiàn)的過規(guī)定值，此時閥片呈現(xiàn)的電阻要有足夠的數(shù)值。電阻要有足夠的數(shù)值。 高電壓工程基礎(chǔ)滅弧電壓滅弧電壓：對于有間隙避雷器，續(xù)流第一次經(jīng)

10、過零值保證不重燃的條件下，允許作用在避雷器上的最高工頻電壓。切斷比切斷比：避雷器間隙的工頻放電電壓（下限）與續(xù)流過零后間隙所能承受的最大工頻電壓（滅弧電壓）之比，其值越小越好。殘壓殘壓：流過避雷器的沖擊電流一定幅值（普通閥式避雷器為 5kA）、一定波形（8/20 s），在閥片電阻上產(chǎn)生的最大壓降。保護(hù)比保護(hù)比：殘壓與滅弧電壓之比，保護(hù)比的值越小越好殘壓與滅弧電壓之比，保護(hù)比的值越小越好，表明殘壓越低或滅弧電壓越高，意味著絕緣上受到的過電壓越小，而工頻續(xù)流又能很快切斷，因而保護(hù)性能好。（2.4-1.8） 高電壓工程基礎(chǔ) 磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器 提高避雷器切斷工頻續(xù)流值的方法之一是“磁吹”，

11、即利用磁場電弧的電動力作用，使電弧拉長或旋轉(zhuǎn)，以提高間隙滅弧能力。 1電極；2滅弧盒；3分路電阻；4滅弧柵；5主間隙；6磁吹線圈；7輔助間隙 間隙由一對角形電極 1 組成，磁場是軸向的，續(xù)流電弧被軸向磁場力拉長，吹入滅弧柵 4，電弧最終長度可達(dá)起始長度的數(shù)十倍，滅弧盒2 用陶瓷或云母、玻璃等材料制成，電弧在滅弧柵中受到強(qiáng)烈的去游離作用，因而電弧電阻很大，能起到限制續(xù)流的作用，故稱為限流間隙，它可切斷 450A 左右的續(xù)流。 高電壓工程基礎(chǔ) 金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器（MOA） 金屬氧化物主要成份是氧化鋅，有時也稱為氧化鋅避雷器。金屬氧化物避雷器有一系列優(yōu)點(diǎn)：非線性系數(shù)值很小。在額定電壓作

12、用下，通過的電流極小，因此可以做成無間隙避雷器。保護(hù)性能好。它不需間隙動作，電壓一旦升高，即可迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓的發(fā)展；有良好的陡度響應(yīng)特性；性能穩(wěn)定。金屬氧化物避雷器基本無續(xù)流，動作負(fù)載輕，耐重復(fù)動作能力強(qiáng)。通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒有串聯(lián)間隙的制約，僅與閥片本身的強(qiáng)度有關(guān)。同碳化硅（SiC）閥片比較，氧化物閥片單位面積的通流能力大 4 4.5 倍。結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于大批量生產(chǎn)，造價低。適用于多種特殊需要。高電壓工程基礎(chǔ)9.5 防雷接地防雷接地接地：就是把設(shè)備與電位參照點(diǎn)的地球作電氣上的連接，使其對地保持一個低的電位差。 辦法：在大地表面土層中埋設(shè)金屬電極，這種埋入地

13、中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體，叫做接地體，有時也稱為接地裝置。 工作接地：為了運(yùn)行的需要，將電網(wǎng)某一點(diǎn)接地，其目的是為了穩(wěn)定對地電位與繼電保護(hù)上的需要。保護(hù)接地：為了保護(hù)人身安全，防止因電氣設(shè)備絕緣劣化，外殼可能帶電而危及工作人員安全。防雷接地：導(dǎo)泄雷電流，消除過電壓對設(shè)備的危害。靜電接地：在可燃物場所的金屬物體接地。v接地電阻：v把接地點(diǎn)處的電位與接地電流的比值定義為該點(diǎn)的接地電阻。它是大地電阻效應(yīng)的總和。v接地裝置：v埋入地中的金屬接地體稱為接地裝置。v由于金屬的電阻率遠(yuǎn)小于土壤的電阻率，所以接地體本身的電阻在接地電阻中可以忽略不計。v注意！接地電阻不是接地導(dǎo)體的電阻，接地電阻實(shí)質(zhì)上是接地電流在地中流散時土壤所呈現(xiàn)的電阻，與土壤電阻率和接地體形狀有關(guān)。典型接地體的工頻接地電阻計算公式：1.垂直接地體 (土壤電阻率、接地體長度和直徑)2.水平接地體 （接地體總長度、深度、直徑、屏蔽系數(shù)）3.接地網(wǎng) （接地體總長度、總面積） 同一接地網(wǎng)在沖擊和工頻