廣告?zhèn)髅降?章 雷電及防雷設(shè)備模版課件

1、 研究雷電過電壓的必要性： 雷電現(xiàn)象極為頻繁，產(chǎn)生的雷電過電壓可達(dá)數(shù)千kV，足以使電氣設(shè)備絕緣發(fā)生閃絡(luò)和損壞，引起停電事故。有必要理解雷電產(chǎn)生的原因、過程及參數(shù)，以理解防雷原理及設(shè)計(jì)防雷設(shè)備。有必要對輸電線路、發(fā)電廠和變電所的電氣裝置采取防雷保護(hù)措施。第5章 雷電及防雷設(shè)備 雷電的電氣參數(shù) 避雷針、避雷線的保護(hù)范圍 管型避雷器和閥型避雷線 金屬氧化物避雷器5.5 防雷接地裝置本章內(nèi)容5.1 雷電的電氣參數(shù) 從電力工程的角度來看，雷電放電最值得我們注意的兩個(gè)方面是： 雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一 產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使

2、導(dǎo)體熔斷或通過電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。先導(dǎo)放電階段 負(fù)極性雷在地面上感應(yīng)出正電荷，雷云與地面之間形成強(qiáng)電場，雷云中的負(fù)電荷受電場作用不斷向下延伸，形成了一個(gè)不斷伸長的通道（先導(dǎo)），最終與地面短接主放電階段 通道產(chǎn)生突發(fā)的明亮，發(fā)出巨大的聲響，通道流過幅值很大的，延續(xù)時(shí)間近百微秒的沖擊電流 主放電是造成破壞作用，形成過電壓、電動(dòng)力、爆破力的主要因素余輝放電階段 剩余電荷沿著雷電流通道繼續(xù)流向大地。電流逐漸衰減，約為100010A，持續(xù)時(shí)間約為幾ms。 余輝放電是造成物體熱效應(yīng)的主要因素。 雷電放電過程 雷擊時(shí)計(jì)算雷電流電放電過程1 雷擊地面時(shí) 電荷線密度 雷電放電速度 雷電流2 雷擊中避雷針、地線或

3、導(dǎo)線時(shí) 有關(guān)的雷電參數(shù) 雷電放電受氣象條件、地形和地質(zhì)等許多自然因素影響，帶有很大的隨機(jī)性，因而表征雷電特性的各種參數(shù)也就具有統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)。 主要的雷電參數(shù)有： 雷電日及雷電小時(shí)、地面落雷密度、雷電流幅值、雷電流等值波形等。 1.雷電日及雷電小時(shí) 雷電日Td 該地區(qū)一年內(nèi)有雷電放電的平均天數(shù)。雷電小時(shí)Th 平均一年內(nèi)的有雷電的小時(shí)數(shù)。雷電日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān) Td 40，多雷區(qū)； 90，強(qiáng)雷區(qū)2. 地面落雷密度 每一雷電日每平方公里地面遭受雷擊的次數(shù)。 地面落雷密度和雷電日的關(guān)系式為： DL/T 6201997標(biāo)準(zhǔn)取 為基準(zhǔn)，則3.雷電流幅值 按DL/T 6201997

4、標(biāo)準(zhǔn)，一般我國雷電日超過20的地區(qū)雷電流的概率分布為P：雷電流超過I的概率4.雷電流等值波形 雷電流的幅值隨各國自然條件的不同而差別較大，而測得的雷電流波形卻基本一致雷電流的波頭在15us的范圍內(nèi)，多為；波尾多在20100us的范圍內(nèi)，平均約為50us；按DL/T6201997標(biāo)準(zhǔn)，取為。 雷電沖擊試驗(yàn)和防雷設(shè)計(jì)中常用的雷電流等值波形有雙指數(shù)波、斜角波和半余弦波三種。雷電流的等值波形(a)雙指數(shù)波 (b)斜角波 (c)半余弦波雙指數(shù)波特點(diǎn):與實(shí)際波形最為接近,但比較麻煩斜角波特點(diǎn):比較便于計(jì)算，用來分析波過程很方便半余弦波特點(diǎn):較接近于實(shí)際,僅在特殊場合使用返回小 結(jié)雷電的放電過程 先導(dǎo)放電階

5、段 主放電階段 余輝放電階段雷擊時(shí)的等值電路主要的雷電參數(shù)有： 雷暴日及雷暴小時(shí)、地面落雷密度、雷電流幅值、雷電流等值波形返回 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、避雷器等防雷保護(hù)裝置。 避雷針、避雷線用于防止直擊雷過電壓 避雷器用于防止沿輸電線路侵入變電所或發(fā)電廠的過電壓。5.2 避雷針、避雷線的保護(hù)范圍5.2.1 避雷針防雷原理及保護(hù)范圍1 避雷針防雷原理 避雷針是明顯高出被保護(hù)物體的金屬支柱，其針頭采用圓鋼或

6、鋼管制成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 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,是按照保護(hù)概率99.9%確定的空間范圍。（1） 單支避雷針 P:高度影響系數(shù) 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的圓弧來確定。(2)兩支等高避雷針 式中：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。任一高度的水平面上保護(hù)范圍 (3)兩支不等高避雷針兩支不等高避雷針的保護(hù)范

7、圍從低針頂點(diǎn)作一水平線，與高針保護(hù)范圍交于3點(diǎn)；以3針為一假想避雷針，作出低針2和3之間的保護(hù)范圍5.2.2 避雷線（地線）防雷原理及保護(hù)范圍 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)(1) 單根避雷線在hx水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度：當(dāng)時(shí) 時(shí) 式中：rxhx水平面上每側(cè)保范圍的寬度，m；hx被保護(hù)物的高度，m；h避雷線的高度，m。(2)兩根平行避雷線兩線外側(cè)按單根確定。兩線間的保護(hù)范圍由通過兩避雷線1、2點(diǎn)及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)O的圓弧確定。 ：兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度，m； D：避雷線間的距離，m。避雷線對導(dǎo)線的保護(hù)程度，工程中常用保護(hù)角來表示。保護(hù)角是指避雷線和外

8、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，即認(rèn)為導(dǎo)線已處于避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)。避雷線的保護(hù)角返回（3）保護(hù)角 管型避雷器和閥型避雷線 避雷針(線)不能完全避免設(shè)備不受雷擊;從輸電線路上也可能有危及設(shè)備絕緣的過電壓波傳入發(fā)電廠和變電所。 避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過電壓限制器，與被保護(hù)的電氣設(shè)備并聯(lián)連接，當(dāng)過電壓出現(xiàn)并超過避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器先放電，從而限制了過電壓的發(fā)展，使電氣設(shè)備免遭過電壓損壞。 避雷器的常用類型有：保護(hù)間隙、管型避雷器、閥式避雷器和金屬氧化物避雷器。1.對避雷器的基本要求絕緣強(qiáng)度的合理配合 避雷器與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特

9、性應(yīng)有合理的配合。在絕緣強(qiáng)度的配合中，要求避雷器的伏秒特性比較平直、分散性小。絕緣強(qiáng)度的自恢復(fù)能力 避雷器一旦在沖擊電壓作用下放電，就造成對地短路。隨之工頻短路電流（工頻續(xù)流）要流過此間隙，避雷器應(yīng)當(dāng)具有自行截?cái)喙ゎl續(xù)流，恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，使電力系統(tǒng)得以繼續(xù)正常工作2.保護(hù)間隙 保護(hù)間隙是一種簡單的避雷器，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)間隙如圖所示。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)方向作用原理： 當(dāng)雷電侵入波要危及它所保護(hù)的電氣設(shè)備的絕緣時(shí)，間隙首先擊穿，工作母線接地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高，從而保護(hù)了設(shè)備。優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、

10、制造方便 缺點(diǎn)： 伏秒特性曲線比較陡，絕緣配合不理想； 間隙動(dòng)作后會形成截波； 熄弧能力低，需配合自動(dòng)重合閘使用；應(yīng)用范圍： 僅用于不重要和單相接地不會導(dǎo)致嚴(yán)重后果的場合。 排氣式避雷器1產(chǎn)氣管 2棒形電極 3環(huán)形電極 S1內(nèi)間隙 S2外間隙3 管形避雷器（排氣式避雷器）作用原理由于產(chǎn)氣材料在泄漏電流作用下會分解，因此管子不能長時(shí)間接在工作電壓上，正常運(yùn)行靠外間隙來隔離工作電壓。當(dāng)排氣式避雷器受到雷電波入侵時(shí)，內(nèi)外間隙同時(shí)擊穿，雷電流經(jīng)間隙流入大地；過電壓消失后，在工作電壓作用下，流經(jīng)間隙的工頻續(xù)流電弧的高溫使管內(nèi)產(chǎn)氣材料分解出大量氣體，管內(nèi)壓力升高，氣體從開口孔噴出，從而使工頻續(xù)流在第一次經(jīng)

11、過零值時(shí)就熄滅。特點(diǎn)工頻續(xù)流太大，產(chǎn)氣過多，易使管子炸裂；續(xù)流太小，產(chǎn)氣不足以熄弧對工頻續(xù)流有上下限要求，需在型號中說明G:管形X:線路用W：產(chǎn)氣材料為纖維35：額定電壓為35kV1-5：最小、最大續(xù)流（kA)優(yōu)缺點(diǎn) 熄弧能力比保護(hù)間隙要強(qiáng)但伏秒特性較陡且放電分散性大，且會形成截波，并受大氣條件影響較大應(yīng)用范圍： 只用在輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和用于變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)。 4.閥式避雷器 保護(hù)間隙和管形避雷器動(dòng)作時(shí)會產(chǎn)生截波，伏秒特性陡，不能用來承擔(dān)主變、發(fā)電機(jī)及變電站內(nèi)重要設(shè)備的保護(hù)任務(wù)，必須對其加以改進(jìn)。 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

12、分普通型和磁吹型兩大類。（1）普通閥式避雷器a) 工作原理系統(tǒng)正常工作時(shí)，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生電流使閥片燒壞。 當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時(shí)，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流入大地，由于間隙放電的伏秒特性低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備得到保護(hù)。由于閥片的非線性特性，其電阻在流過大的沖擊電流時(shí)變得很小，故閥片上產(chǎn)生的殘壓將得到限制，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓，設(shè)備得到保護(hù)； 當(dāng)過電壓消失后，工頻續(xù)流受閥片的非線性特性限制而很小，從而可在第一次過零時(shí)就將電弧切斷，而使繼電保護(hù)來不及動(dòng)作。b) 閥片（非線性電阻） 閥片用碳化硅顆料,以陶料粘合劑低

13、溫（300-350）焙燒而成。其伏安特性如下圖 i1工頻續(xù)流 u1工頻電壓 i2雷電流 u2避雷器殘壓C：常數(shù),與閥片材料、尺寸有關(guān)：非線性系數(shù),與閥片材料有關(guān)閥片的作用限制工頻續(xù)流,保證火花間隙可靠熄弧當(dāng)雷電過電壓擊穿時(shí)，不至于突然下降而形成截?cái)嗖ɑ窘Y(jié)構(gòu)和工作原理與普通閥式避雷器相同,不同點(diǎn)在于采用了磁吹式火花間隙，從而提高了滅弧能力。 閥片為碳化硅通過高溫(1350-1390）焙燒而成,通流容量很大（2）磁吹閥式避雷器（3）閥式避雷器的主要參數(shù)額定電壓： 避雷器兩端子間允許的最大工頻電壓的有效值滅弧電壓： 保證能夠在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過零值時(shí)滅弧的條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓。 滅

14、弧電壓應(yīng)當(dāng)大于避雷器工作母線上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓，否則將不能保證續(xù)流滅弧而使閥片燒壞。沖擊放電電壓： 在沖擊電壓作用下避雷器動(dòng)作的最小電壓幅值 一般低于被保護(hù)設(shè)備沖擊絕緣水平的20%-25%殘壓： 指雷電流通過避雷器時(shí)在閥片電阻上產(chǎn)生的壓降 殘壓應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備沖擊絕緣水平的20%-25%，太低容易產(chǎn)生截波。保護(hù)比： 指避雷器殘壓與滅弧電壓之比。保護(hù)比愈小，說明殘壓愈低或滅弧電壓愈高，顯示保護(hù)性能愈好 間隙的存在會使放電電壓受避雷器內(nèi)部氣壓的變化而變化, 不能用在高原地區(qū)。金屬氧化物避雷器(MOA)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，其結(jié)構(gòu)非常簡單，僅由相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅閥片密封在瓷套內(nèi)組成，也稱氧化鋅

15、避雷器。 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。 5.4 金屬氧化物避雷器 （1）氧化鋅閥片的伏安特性若10kA下閥片的殘壓相同，則工作電壓下SiC閥片流過的電流達(dá)到100-400A，必須加間隙ZnO閥片則只有10-5A的數(shù)量級，可不加間隙 （2）氧化鋅閥片的優(yōu)點(diǎn)可做成無間隙 正常工作條件下，流過ZnO閥片的電流很小,不會燒壞閥片無續(xù)流 正常工作電壓下流過閥片的電流極小,相當(dāng)于一個(gè)絕緣體,不存在工頻續(xù)流保護(hù)性能優(yōu)越 在過電壓作用的全部

16、過程中都有電流,吸收過電壓能力強(qiáng)通流容量大 單位面積通流容量比SiC閥片大倍,可用來限制操作過電壓（3）氧化鋅避雷器的電氣參數(shù)最大持續(xù)運(yùn)行電壓： 允許持續(xù)加在避雷器兩端的最大工頻電壓的有效值。取決于系統(tǒng)最大工作相電壓額定電壓： 避雷器兩端子間允許的最大工頻電壓的有效值殘壓： 放電電流通過避雷器時(shí)，兩端之間出現(xiàn)的電壓峰值保護(hù)比： 標(biāo)稱放電電流下的殘壓與最大持續(xù)運(yùn)行電壓峰值之比。 保護(hù)比越小，說明殘壓越小，最大持續(xù)運(yùn)行電壓越大。避雷針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。避雷線主要用于輸電線路的保護(hù)。避雷器實(shí)質(zhì)上是一種過電壓限制器。保護(hù)間隙管型避雷器閥式避雷器金屬氧化物避雷器小 結(jié)返回5.5 防雷接地裝置（1）保護(hù)接地 為了保證人身安全，無論在發(fā)、配電還是用電系統(tǒng)中都將電氣設(shè)備的金屬外殼接地，以保證金屬外殼固定為地電位。（2）工作接地 工作接地是根據(jù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的需要而設(shè)置的接地，如中性點(diǎn)接地。（3）防雷接地 當(dāng)帶電體有接地故障時(shí)，故障電流向大地流散，以接地點(diǎn)為圓心，半徑20 m的圓面積內(nèi)形成散流場(分布電位)。人站在散流場中，兩腳之間(以0.8 m計(jì)算)的電位差稱為跨步電壓。 接觸電壓是指人觸及漏電設(shè)備的外殼，加在人手和腳之間的電位差（腳距漏電設(shè)備，手觸及設(shè)備處距地面垂直距離）。 離接地點(diǎn)越近、兩腳距離越大，跨步電