雷電及防雷裝置-2.ppt

高電壓工程基礎(chǔ) 施圍 邱毓昌 張喬根（西安交通大學(xué)）編著 劉青（西安科技大學(xué)）制作,第9章 雷電及防雷裝置,9.1 雷電放電的發(fā)展過(guò)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(guò)程,先導(dǎo)：不連續(xù)性（分級(jí)先導(dǎo)），歷時(shí)約 0.005 0.010 s。每一級(jí)先導(dǎo)發(fā)展速度相當(dāng)高，但每發(fā)展到一定長(zhǎng)度（平均約 50m）就有一個(gè) 10 100 s 的間隔。發(fā)展速度約為光速的 1/1000 。,主放電：時(shí)間 50 100 s，移動(dòng)速度為光速的 1/20 1/2；主放電時(shí)電流可達(dá)數(shù)千安，最大可達(dá)200 300kA。,余輝：雷云中剩下的電荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱(chēng)為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá) 0.03 0.15 s。,高電壓工程基礎(chǔ),9.2 雷電參數(shù),雷電活動(dòng)強(qiáng)度雷暴日及雷暴小時(shí) 雷暴日：每年中有雷電的天數(shù)。 雷暴小時(shí)：每年中有雷電的小時(shí)數(shù)。 年平均雷暴日不超過(guò) 15 的地區(qū)為少雷區(qū)；超過(guò) 40 的為多雷區(qū)；超過(guò) 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)。,落雷密度 地面落雷密度 ：每一個(gè)雷暴日、每平方公里對(duì)地面落雷次數(shù) 。 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997建議取 = 0.07次平方公里. 雷電日。,雷電通道波阻抗 雷電通道如同一個(gè)導(dǎo)體，雷電流在導(dǎo)體中流動(dòng)，對(duì)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 國(guó)內(nèi)外實(shí)測(cè)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：雷擊具有一定參數(shù)的物體時(shí)，若被擊物阻抗為零，流過(guò)被擊物的電流規(guī)程規(guī)定，雷電流是指雷擊于的低接地電阻物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流。,高電壓工程基礎(chǔ),雷電流的波頭、陡度及波長(zhǎng) 波頭： 1 5 s 范圍內(nèi)變化，多為 2.5 2.6 s，規(guī)程規(guī)定取2.6 s； 波長(zhǎng)： 20 100 s ，多數(shù)為 50 s 左右。為簡(jiǎn)化計(jì)算，視為無(wú)限長(zhǎng)； 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(guò) 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,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（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(chǎng)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(duì)避雷針（線）放電，從而使得避雷針（線）附近的物體免遭雷擊。,對(duì)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(chēng)為反擊），它們之間應(yīng)保持一定的距離。,高電壓工程基礎(chǔ),高電壓工程基礎(chǔ),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,避雷器的保護(hù)原理 當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)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(guò)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 （1）過(guò)電壓作用時(shí)，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(lái)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(guò)零時(shí)的工頻續(xù)流。,避雷器的種類(lèi) 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,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉。 缺點(diǎn)：保護(hù)效果差，與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性不易配合；動(dòng)作后產(chǎn)生的截波，對(duì)變壓器匝間絕緣有很大的威脅。因此它往往與其它防護(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(guó)常用于3 10kV電網(wǎng)中。保護(hù)間隙有一定的限制過(guò)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,管式避雷器不但有一個(gè)切斷電流的下限，而且還有一個(gè)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(dòng)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,當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到間隙動(dòng)作電壓，間隙動(dòng)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(guò)的工頻續(xù)流受到限制，并在第一次過(guò)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(guò)半個(gè)周波，因此電網(wǎng)在整個(gè)過(guò)程均保持正常供電。,高電壓工程基礎(chǔ),普通閥式避雷器（火花間隙、非線性電阻）,單個(gè)火花間隙的結(jié)構(gòu),a.保證間隙中的電場(chǎng)為均勻電場(chǎng)，伏秒特性平緩；b.電暈可縮短間隙放電時(shí)間,多個(gè)短間隙串聯(lián)易于切斷工頻續(xù)流。（復(fù)合與散熱）,多個(gè)問(wèn)隙串聯(lián)電壓分布不均勻，使避雷器滅弧能力降低。可使用并聯(lián)電阻使電壓分布均勻。,a. 當(dāng)電流增大時(shí)，閥片呈現(xiàn)低阻值，使避雷器上電壓降低，增加了避雷器的保護(hù)效果。b. 希望在工頻電壓升高后流過(guò)間隙閥片的續(xù)流不超過(guò)規(guī)定值，此時(shí)閥片呈現(xiàn)的電阻要有足夠的數(shù)值。,高電壓工程基礎(chǔ),滅弧電壓：對(duì)于有間隙避雷器，續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)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：避雷器間隙的工頻放電電壓（下限）與續(xù)流過(guò)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：流過(guò)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：殘壓與滅弧電壓之比，保護(hù)比的值越小越好。,高電壓工程基礎(chǔ),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”，即利用磁場(chǎng)電弧的電動(dòng)力作用，使電弧拉長(zhǎng)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(duì)角形電極 1 組成，磁場(chǎng)是軸向的，續(xù)流電弧被軸向磁場(chǎng)力拉長(zhǎng)，吹入滅弧柵 4，電弧最終長(zhǎng)度可達(dá)起始長(zhǎng)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(chēng)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（MOA）,金屬氧化物主要成份是氧化鋅，有時(shí)也稱(chēng)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。在額定電壓作用下，通過(guò)的電流極小，因此可以做成無(wú)間隙避雷器。 保護(hù)性能好。它不需間隙動(dòng)作，電壓一旦升高，即可迅速吸收過(guò)電壓能量，抑制過(guò)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(wú)續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。 通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒(méi)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(jiǎn)單，尺寸小，易于大批量生產(chǎn)，造價(jià)低。 適用于多種特殊需要。,9.5 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(duì)地保持一個(gè)低的電位差。,辦法：在大地表面土層中埋設(shè)金屬電極，這種埋入地中并直接與大地接