第八章 雷電及防雷裝置

1、1第八章 雷電及防雷裝置2 8- 1 雷電參數(shù)3雷電放電描述u雷電放電由帶電荷的雷云引起u大多數(shù)的放電發(fā)生在雷云之間不危險u少數(shù)的放電發(fā)生在雷云和大地之間危險u對地放電的雷云大多數(shù)帶負電荷，實測90u 理解以下幾點：雷云對地放電的實質是雷云電荷向大地的突然釋放被擊物體的電位取決于雷電流和被擊物體阻抗的乘積從電源性質看，相當于一個電流源的作用過程人們能夠測知的電量，主要是流過被擊物體的電流4一、雷電放電的等值電路開關S閉合前后對應不同的雷電放電階段（先導放電和主放電）。先導放電通道具有分布參數(shù)特征，稱為雷電通道，其波阻抗為z0(300)主放電過程，自雷云通過雷電通道向地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ǎ╱0、i0

2、）到達A點由c圖得出其彼德遜等值電路5能夠測知的電量，主要是流過被擊物的電流。國際上定義雷擊小接地阻抗物體時，流過該國際上定義雷擊小接地阻抗物體時，流過該物體的電流定義為雷電流。物體的電流定義為雷電流。ZZZiiL00Z0iLZ0ZA雷電流源被擊電路3000Zi6二、雷電流的波形雷電流的波形和極性l 90%左右為負極性波形參數(shù)l波頭時間：15sl波長時間：20100s，平均50s，大于50s 的為1830%l我國在防雷保護中采用的波形：2.6/50sl55%的落雷包含兩次以上沖擊，35次沖擊占25%，10次以上占4%，平均重復3次，最高紀錄可達42次7u雷電流幅值的累積概率分布n現(xiàn)行標準：n陜

3、南以外的西北地區(qū)及內蒙古： u雷電流的平均陡度和幅值線性相關88/lgLIP44/lgIPskAI/ 6 . 28三、雷電參數(shù)雷暴日（雷暴小時）：一年中有雷電的日數(shù)雷暴日（雷暴小時）：一年中有雷電的日數(shù)（小時數(shù)）。（小時數(shù)）。 不足15日為少雷區(qū)，超過40的為多雷區(qū)，超過90的為強雷區(qū)。 地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭受雷擊的次數(shù)。受雷擊的次數(shù)。 Td：雷暴日數(shù)我國取=0.07(40雷電日)，國外一般取0.10.23 . 1023. 0dT9輸電線路落雷次數(shù)：每100km輸電線路每年遭受雷擊的次數(shù)。dThbN10010004次/（100km年）

4、式中：h為避雷線的平均高度（m）；b為兩避雷線之間的距離（m）。10 8- 2 避雷針避雷線的保護范圍11為了讓電力設備的的絕緣能夠承受高達數(shù)十萬伏、甚至數(shù)兆伏的過電壓，通常裝設各種防雷保護裝置。在電力系統(tǒng)中實際采用的防雷保護裝置主要有：避雷針、避雷線、避雷針、避雷線、保護間隙、各種避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動重合閘等等。12一、 單支避雷針 hhx hah/21.5h hx 水平面上保護 范圍的截面當 hxh/2 時： rx=(h-hx)P hxh/2 時： rx=(1.5h-2hx)Ph避雷器的高度（m）P高度修正系數(shù)當h 30m時 P=1 300mh 120m時,

5、hhP5 . 53013二、 兩支等高避雷針這時的保護范圍不是兩支避雷針的保護范圍簡單相加而是有所擴大。R0 D/7P O hah hx rx h0 h/2 O D 1.5h h0 hx bx 1.5h0OO截面bx bx 兩支等高避雷針的聯(lián)合保護范圍14兩針之間的保護范圍可利用下式求得式中h避雷針的高度； h0兩針間聯(lián)合保護范圍上部邊緣的最低點的高度； 2bx在在高度hx的水平面上，保護范圍的最低寬度；一般兩針間的距離D不宜大于5h。)(5.1070 xxPDhhbhh15三、兩支不等高避雷針和兩支等高避雷針類似。16四、三支或更多支避雷針17五、 單根避雷線 hhx ha h/2h hrx

6、rxrx單根避雷線的保護范圍(當h30m時, =25o)當hxh/2 rx=0.47(h-hx)P當hxh/2 rx=(h-1.53hx)P18六、兩根等高避雷線這時的保護范圍如圖所示 hhx ha h/ 2 h0 D/ 2 R0 1 2 Orx h D兩根等高避雷線的聯(lián)合保護范圍19保護架空線輸電線路的避雷線保護范圍還有一種更簡單的表達方式，即采用它的保護角保護角 。 所謂保護角系指避雷線和邊所謂保護角系指避雷線和邊相導線的連線與經(jīng)過避雷線的相導線的連線與經(jīng)過避雷線的鉛垂線之間的夾角，保護角越鉛垂線之間的夾角，保護角越小，避雷線對導線的屏蔽保護小，避雷線對導線的屏蔽保護作用越有效。作用越有效

7、。20線路的保護角線路的保護角u2030o即可認為導線處于避雷線的保護范圍內u220330kV：20ou500kV：15o21 8- 3 避雷器22u避雷器是用以限制由線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內部過電壓的一種電氣設備。u避雷器的保護原理與避雷針不同。它實質上是一種放電限壓器放電限壓器。u避雷器并聯(lián)連接在被保護設備附近，當作用電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器即先放電，限制了過電壓的發(fā)展，從而保護了其他電氣設備免遭擊穿損壞。23u具有良好的伏秒特性，以易于實現(xiàn)合理的絕緣配合u應有較強的絕緣強度自恢復能力，以利于快速切斷工頻續(xù)流，使系統(tǒng)得以繼續(xù)運行 避雷器的基本要求24 (a) (b)

8、(c) 1電氣設備的伏秒特性； 2避雷器的伏秒特性3 電氣設備上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓 避雷器與電氣設備的伏秒特性配合251. 保護間隙2. 管式（排氣式）避雷器3. 閥型避雷器4. 氧化鋅避雷器避雷器的分類26避雷器保護作用原理示意 1 保護間隙 2 排氣式避雷器 3 閥型避雷器4 氧化鋅避雷器 5 被保護電氣設備27u保護間隙沒有專門的滅弧裝置，可和自動重合閘配合使用u管型避雷器帶有產氣式滅弧管，可以熄滅更大的工頻電弧主要的缺陷：u 動作時產生很陡的截波，對如電機和變壓器等高壓設備的縱絕緣造成嚴重危害u 間隙放電的伏秒特性很陡，很難用來保護伏秒特性比較平坦的設備絕緣（如SF6為絕緣介質的電

9、氣設備）1. 保護間隙保護間隙2.管式避雷器管式避雷器283、帶有串聯(lián)放電間隙和SiC非線性電阻的閥型避雷器u 放電間隙的伏秒特性比較平坦u 電阻非線性避免了動作時出現(xiàn)很陡的截波閥型避雷器的兩種類型：u 磁吹放電間隙，提高滅弧能力u 復合式避雷器，降低沖擊殘壓（雷電過電壓下一部分SiC電阻被并聯(lián)的間隙短接） 29u金屬氧化物避雷器（金屬氧化物避雷器（Metal Oxide Surge Arresters，簡寫為簡寫為MOA）uMOA 的主要元件是金屬氧化物非線性電阻片的主要元件是金屬氧化物非線性電阻片（Metal Oxide Varistors簡寫為簡寫為MOV）uMOV的主要成份是氧化鋅（的

10、主要成份是氧化鋅（ZnO），），俗稱俗稱MOV為氧化鋅閥片，為氧化鋅閥片，MOA為氧化鋅避雷器為氧化鋅避雷器30根據(jù)作用電場強度的大小可分為三個區(qū)域根據(jù)作用電場強度的大小可分為三個區(qū)域ZnOZnO閥片的非線性閥片的非線性UI 特性特性31氧化鋅避雷器的基本工作原理氧化鋅避雷器的基本工作原理u氧化鋅避雷器（氧化鋅避雷器（MOAMOA）是是將相應數(shù)量的氧化鋅電阻將相應數(shù)量的氧化鋅電阻片（片（MOVMOV）密封在瓷套或其密封在瓷套或其他絕緣體內而組成他絕緣體內而組成32ZnOZnO和和SiCSiC非線性電阻片的非線性電阻片的U UI I特性的比較特性的比較 33氧化鋅無間隙避雷器的優(yōu)良性能氧化鋅無間

11、隙避雷器的優(yōu)良性能 u保護性能優(yōu)越保護性能優(yōu)越u無續(xù)流，結構簡單，耐重復動作能力強無續(xù)流，結構簡單，耐重復動作能力強 u通流容量大，吸收過電壓能量的能力強通流容量大，吸收過電壓能量的能力強u性能穩(wěn)定，抗老化能力強性能穩(wěn)定，抗老化能力強u適應多種特殊需要適應多種特殊需要u適宜于大批量生產，造價低適宜于大批量生產，造價低 34u額定電壓：允許施加的最大工頻電壓有效值額定電壓：允許施加的最大工頻電壓有效值u最大持續(xù)運行電壓：允許長期連續(xù)施加的工頻電壓有效值最大持續(xù)運行電壓：允許長期連續(xù)施加的工頻電壓有效值u起始動作電壓（參考電壓）：起始動作電壓（參考電壓）：U1mAu殘壓殘壓u通流容量通流容量 Zn

12、OZnO避雷器的主要技術參數(shù)避雷器的主要技術參數(shù)u保護水平保護水平u壓比：（例：壓比：（例：U10kA/U1mA）u荷電率：最大持續(xù)運行電壓峰值與參考電壓之比荷電率：最大持續(xù)運行電壓峰值與參考電壓之比u保護比：壓比保護比：壓比/荷電率荷電率35避雷器應用于室內變電站入口處36 8- 3 接地裝置37接地裝置分類接地裝置分類工作接地工作接地 如：變壓器中性點接地如：變壓器中性點接地保護接地保護接地 如：電氣設備外殼接地如：電氣設備外殼接地防雷接地防雷接地 如：避雷針、避雷線接地如：避雷針、避雷線接地38接地電阻的定義接地電阻的定義接地電阻為接地體的地電位升高與通過接地體流入地中接地電阻為接地體的

13、地電位升高與通過接地體流入地中電流的比值，與土壤特性及接地體的幾何尺寸有關。電流的比值，與土壤特性及接地體的幾何尺寸有關。rIv2002 rIvR39接地電阻計算接地電阻計算)(4ln2dllR)(Lln22AdhLR)(2SR垂直接地體垂直接地體水平接地體水平接地體 接地網(wǎng)接地網(wǎng)40第九章 輸電線路的防雷保護41雷擊輸電線路的方式42雷擊輸電線路的后果u發(fā)生短路接地故障發(fā)生短路接地故障u雷電波侵入變電所，破壞設備絕緣，造成雷電波侵入變電所，破壞設備絕緣，造成停電事故停電事故43輸電線路的雷電過電壓及防護直擊雷過電壓：雷電直接擊中桿塔、避雷線或導線引起的直擊雷過電壓：雷電直接擊中桿塔、避雷線或

14、導線引起的 線路過電壓線路過電壓感應雷過電壓：雷擊線路附近大地，由電磁感應在導線上感應雷過電壓：雷擊線路附近大地，由電磁感應在導線上產生的過電壓（只對產生的過電壓（只對35kV以下線路有危險）以下線路有危險）衡量線路防雷性能的優(yōu)劣衡量線路防雷性能的優(yōu)劣耐雷水平：線路遭受雷擊所能耐受不至于引起閃絡的耐雷水平：線路遭受雷擊所能耐受不至于引起閃絡的 最大雷電流（最大雷電流（kA）雷擊跳閘率：每雷擊跳閘率：每100km線路每年因雷擊引起的跳閘次線路每年因雷擊引起的跳閘次 數(shù)數(shù)449-1 輸電線路的感應雷過電壓45一、雷擊線路附近大地時線路上的感應雷過電壓ShIUi25)1 ()1 (kUhhkUUid

15、bii考慮避雷線的耦合影響時：46n雷擊塔頂時迅速向上發(fā)展的主放電引起周圍空間電磁場的突然變化，會在導線上感應出與雷電流極性相反的電壓，以靜電感應分量為主 為感應雷過電壓系數(shù)，n有避雷線時，導線上的感應過電壓二、雷擊線路桿塔時導線上的感應雷過電壓diahU 6 . 2LIiUkUi)1 (479-2 輸電線路的直擊雷過電壓和耐雷水平48一、雷擊塔頂時過電壓和耐雷水平49耐雷水平：6 . 2)6 . 2()1 (%501dgtchhLRkUI式中：為分流系數(shù)；k為耦合系數(shù)；hd為導線高度。50二、雷擊避雷線檔時的過電壓一般只要滿足如下一般只要滿足如下經(jīng)驗公式，不會發(fā)經(jīng)驗公式，不會發(fā)生擊穿。生擊穿

16、。（m）1012. 0lS51三、繞擊時的過電壓及耐雷水平v繞擊耐雷水平繞擊耐雷水平v繞擊線路的耐雷水平很低繞擊線路的耐雷水平很低500kV線路線路27.4kA220kV12kA110kV7kA110kV以上線路要求全線架避雷線以上線路要求全線架避雷線v繞擊率：繞擊率：平原線路：平原線路： 山區(qū)線路：山區(qū)線路： 100%502UI 9 . 386lghP35. 386lghP52 9-3 輸電線路的雷擊跳閘率53v建弧率：沖擊電弧轉變?yōu)楣ゎl穩(wěn)定電弧的概率。建弧率：沖擊電弧轉變?yōu)楣ゎl穩(wěn)定電弧的概率。v100km年的雷擊次數(shù)（年的雷擊次數(shù)（40個雷電日）：個雷電日）：275. 010)145 .

17、4(E)4(28. 0bhbNE：絕緣子串的平均運行電壓梯度。54vN次中擊中塔頂引起線路跳閘次數(shù)次中擊中塔頂引起線路跳閘次數(shù)vg為擊桿率為擊桿率, P1為雷電流幅值超過雷擊桿塔的耐雷水為雷電流幅值超過雷擊桿塔的耐雷水平的概率平的概率v繞擊導線的跳閘率繞擊導線的跳閘率vPa為繞擊率為繞擊率, P2為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概率率線路跳閘率：線路跳閘率：11NgPn 22PNPn 21nnn55 9-4 輸電線路的防雷措施561、架設避雷線、架設避雷線v防止雷擊導線防止雷擊導線v減少經(jīng)桿塔入地電流，降低塔頂電位減少經(jīng)桿塔入地電流，降低塔頂電位v降低感應過電壓降

18、低感應過電壓v110kV以上應全線架設避雷線以上應全線架設避雷線v保護角：避雷線和外側導線的連線與垂線之間的保護角：避雷線和外側導線的連線與垂線之間的夾角，保護角越小，對繞擊雷的保護效果越好，夾角，保護角越小，對繞擊雷的保護效果越好，110kV保護角保護角2030，500kV負保護角負保護角572、降低桿塔接地電阻、降低桿塔接地電阻v土壤電阻率低的地區(qū)，應充分利用鐵塔、鋼筋混土壤電阻率低的地區(qū)，應充分利用鐵塔、鋼筋混凝土桿的自然接地電阻凝土桿的自然接地電阻 v土壤電阻率高的地區(qū)，可采用多根放射形接地體土壤電阻率高的地區(qū)，可采用多根放射形接地體或連續(xù)伸長接地體以及垂直接地電極等措施或連續(xù)伸長接地

19、體以及垂直接地電極等措施583、架設耦合地線：、架設耦合地線： 在降低桿塔接地電阻有困難時，在導在降低桿塔接地電阻有困難時，在導線下方架設一條接地線。它具有分流作用，又加強了線下方架設一條接地線。它具有分流作用，又加強了避雷線對導線的耦合。運行經(jīng)驗表明，該措施可降低避雷線對導線的耦合。運行經(jīng)驗表明，該措施可降低雷擊跳閘率雷擊跳閘率50左右左右4、采用消弧線圈接地方式：適用、采用消弧線圈接地方式：適用110kV及以下電壓等級及以下電壓等級電網(wǎng)，可使大多數(shù)雷擊單相閃絡接地故障被消弧線圈電網(wǎng)，可使大多數(shù)雷擊單相閃絡接地故障被消弧線圈消除，不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧。我國的運行經(jīng)驗表消除，不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧。我國的運行經(jīng)驗表明，該措施可使雷擊跳閘率降低明，該措施可使雷擊跳閘率降低1/3左右左右595、加強絕緣：對個別大跨越、高桿塔，落雷機會多等情、加強絕緣：對個別大跨越、高桿塔，落雷機會多等情況，可增加絕緣子片數(shù)況，可增加絕緣子片數(shù)6、采用不平衡絕緣方式：針對同桿并架雙回線路，一回、采用不平衡絕緣方式：針對同桿并架雙回線路，一回普通絕緣，一回加強絕緣普通絕緣，一回加強絕緣7、裝設自動重合閘裝置：我國、裝設自動重合閘裝置：我國110kV及以上線路重