高電壓技術(shù)ppt8-2

1、8.2 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、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動(dòng)重合閘等防雷保護(hù)裝置。 避雷針、避雷線用于防止直擊雷過(guò)電壓，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：8.2.1 避雷針防雷原理及保護(hù)范圍8.2.2 避雷線防雷原理及保護(hù)范圍 8.2.3 避雷器工作原理及常用種類 返回返回8.2.1 避雷針防雷原理及保護(hù)范圍 避雷針防雷原理 避雷針是明顯高

2、出被保護(hù)物體的金屬支柱，其針頭采用圓鋼或鋼管制成，其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。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 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。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。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)。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

3、針的保護(hù)范圍如圖8-6所示: 圖8-6 單支避雷針的保護(hù)范圍(1.52)()2xxxhrhh Ph 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)兩支等高避雷線圖8-7 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。 兩針間hxhx水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度bxbx應(yīng)按圖8-8確定。當(dāng)bxbxrxrx時(shí)，取bxbxrxrx，求得bxbx后，可按圖8-7繪出兩針間的保護(hù)范圍。兩針間距離與針高之比D/h不宜大于5

4、。 圖8-8 兩等高(h)避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度(bx)與D/haP的關(guān)系(a)D/haP07 (b)D/haP57 (3)兩支不等高避雷針兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍如圖8-9所示。 圖8-9 兩支不等高避雷針的保護(hù)范圍(4)多支等高避雷針 由于發(fā)電廠或變電所的面積較大，實(shí)際上都采用多支等高避雷針保護(hù)。三支等高避雷針?biāo)纬傻娜切蔚耐鈧?cè)保護(hù)范圍分別按兩支等高避雷針的計(jì)算方法確定。四支及以上等高避雷針?biāo)纬傻乃慕切位蚨嘟切?，可先將其分成兩個(gè)或數(shù)個(gè)三角形，然后分別按三支等高避雷針的方法計(jì)算。 三支等高避雷針在hx水平面上的保護(hù)范圍如圖8-10（a）所示，圖8-10（b）所示為四支等高避雷針

5、在hx水平面上的保護(hù)范圍。圖8-10 三、四支等高避雷針在hx水平面上的保護(hù)范圍(a)三支等高避雷針在hx水平面上的保護(hù)范圍(b)四支等高避雷針在hx水平面上的保護(hù)范圍返回返回8.2.2 避雷線防雷原理及保護(hù)范圍 避雷線，通常又稱架空地線，簡(jiǎn)稱地線。避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)，也可用來(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。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，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 xx2hhxph

6、hr)53. 1(xx 單根避雷線的保護(hù)范圍如圖8-11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 護(hù)范圍的寬度，m；hx被保護(hù)物的高度，m；h避雷線的高度，m。圖8-11 單根避雷線的保護(hù)范圍pDhh4O0h 兩根等高平行避雷線的保護(hù)范圍如圖8-12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：式中：兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度，m； D兩避雷線間的距離，m。圖8-12 兩根平行避雷線的保護(hù)范圍 表示避雷線對(duì)導(dǎo)線的保護(hù)程度，

7、工程中常用保護(hù)角來(lái)表示，如圖8-13所示。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。保護(hù)角愈小，避雷線就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免遭雷擊。一般=2030，這時(shí)即認(rèn)為導(dǎo)線已處于避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)。圖8-13 避雷線的保護(hù)角返回返回8.2.3 避雷器工作原理及常用種類 避雷器是專門用以限制線路傳來(lái)的雷電過(guò)電壓或操作過(guò)電壓的一種防雷裝置。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。 避雷器的常用類型有：保護(hù)間隙、排氣式避雷器（常稱管型避雷器）、閥式避雷器和金屬氧化物避雷器（

8、常稱氧化鋅避雷器）四種。避雷器1避雷器21.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8-14所示 。圖8-14 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2.排氣式避雷器 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，其結(jié)構(gòu)如圖8-15所示，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，其電極一端為棒形電極2，另一端為環(huán)形電極3。外間隙裸露在大氣中，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。 圖8-15排氣式避雷器1產(chǎn)氣管

9、2棒形電極 3環(huán)形電極 S1內(nèi)間隙 S2外間隙3.閥式避雷器 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。它分普通型和磁吹型兩大類。 普通閥式避雷器的單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)如圖8-16所示，電極由黃銅圓盤沖壓而成，兩電極間以云母墊圈隔開形成間隙，間隙距離為0.51.0mm，間隙電場(chǎng)接近均勻電場(chǎng)，單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為2.73.0kV(有效值)。閥片的伏安特性如圖8-17所示。圖8-16 單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)1黃銅電極 2云母墊圈圖8-17 閥片的伏安特性i1工頻續(xù)流 u1工頻電壓 i2雷電流 u2避雷器殘壓 磁吹閥式避雷器（簡(jiǎn)稱磁吹避雷器）的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通閥式避

10、雷器相同，主要區(qū)別在于，磁吹閥式避雷器采用了磁吹式火花間隙，它是利用磁場(chǎng)對(duì)電弧的電動(dòng)力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動(dòng)并延伸，使間隙的去游離作用增強(qiáng)，從而提高了滅弧能力，磁吹式火花間隙的結(jié)構(gòu)和電弧運(yùn)動(dòng)如圖8-18所示。 圖8-18 磁吹式火花間隙1.角形電極 2滅弧盒 3并聯(lián)電阻 4滅弧柵 多個(gè)間隙串聯(lián)電路中，由于寄生電容存在，滅弧過(guò)程工頻電壓在各個(gè)間隙上的分布是不均勻的，將影響每個(gè)間隙作用的充分發(fā)揮，減弱了滅弧能力。通常將四個(gè)火花間隙放在一個(gè)瓷套筒里組成標(biāo)準(zhǔn)間隙組，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間隙組的側(cè)面并有兩個(gè)串聯(lián)的半環(huán)形非線性分路電阻，以便起均壓作用，如圖8-19所示。圖8-19 在間隙上并聯(lián)分路電阻(a)標(biāo)準(zhǔn)火花間隙組（普通閥式避雷器） (b)原理圖 4. 金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器(MOA)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，因其性能比碳化硅避雷器更好，現(xiàn)在已在全世界得到廣泛應(yīng)用。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。 金屬氧化物避雷器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，僅由相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅閥片密封在瓷套內(nèi)組成，所以也稱氧化鋅避雷器。 氧化鋅閥片具有極好的非線性伏安特性，如圖8-19