96知識(shí)資料第四章第九節(jié)過電壓及絕緣（二）

千里之行，始于足下朽木易折，金石可鏤Word-可編輯9.2.3雷電流與雷電過電壓的近似表示對(duì)于單極性的雷電流和雷電暫態(tài)過電壓脈沖波形，通常采用幅值、波頭時(shí)光和波長時(shí)光等三個(gè)參數(shù)加以描述.對(duì)于振蕩型波形，還要附加上主振頻率這個(gè)參數(shù)。1．雷電流幅值的累積概率對(duì)于年平均雷電日大于20的地區(qū)，我國傳統(tǒng)采用以下經(jīng)驗(yàn)公式來表示雷電流幅值累積概率：（4-9-7）式中——雷電流幅值，kA；——表示雷電流幅值超過的概率。2．波頭時(shí)光先由縱軸上的0.1、0.9和1.0三個(gè)刻度分離作三條平行于橫軸的平行線，前兩條平行線分離與波形曲線的波頭部分相交于A、B兩點(diǎn)，過A、B兩點(diǎn)作一條直線，該直線與第三條平行線和橫軸分離交于C、D兩點(diǎn)，由C點(diǎn)引橫軸的垂線，其垂足E點(diǎn)與D點(diǎn)之間的時(shí)光即定義為波頭時(shí)光，用表示。波頭與波長時(shí)光定義的作圖主意暗示為了定義波長時(shí)光，再由縱軸上0.5刻度作橫軸的平行線，該平行線與波形曲線的波尾部分相交于F點(diǎn)，從F點(diǎn)引橫軸的垂線，其垂足G點(diǎn)與D點(diǎn)之間的時(shí)光即定義為波長時(shí)光，用表示。因?yàn)椴ㄩL時(shí)光也是波形曲線衰減到半幅值所需要的時(shí)光,它習(xí)慣上也被稱為半幅值時(shí)光。9.2.4感應(yīng)過電壓1．靜電感應(yīng)當(dāng)線路或設(shè)備附近發(fā)生雷云放電時(shí)，固然雷電流沒有直接擊中線路或設(shè)備，但在導(dǎo)線上會(huì)感應(yīng)出大量的和雷云極性相反的束縛電荷，當(dāng)雷云對(duì)大地上其他目標(biāo)放電后，雷云中所帶電荷疾馳出現(xiàn)，導(dǎo)線上的感應(yīng)電荷就會(huì)失去雷云電荷的束縛而成為自由電荷，并以光速向?qū)Ь€兩端急速涌去，從而浮上過電壓，稱為靜電感應(yīng)過電壓。普通由雷電引起局部地區(qū)感應(yīng)過電壓，在架空線路可達(dá)300～400kV，在低壓架空線路上可達(dá)100kV，在通信線路上可達(dá)40～60kV。2．電磁感應(yīng)因?yàn)槔纂娏饔袠O大的峰值和陡度，在它周圍有強(qiáng)大的變化電磁場(chǎng)，處在此電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體味感應(yīng)出極大的電動(dòng)勢(shì)，使有氣隙的導(dǎo)體之間放電，產(chǎn)生火花，引起火災(zāi)。由雷電引起的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)統(tǒng)稱為感應(yīng)雷（又叫二次雷）。解決的主意是將建造物的金屬屋頂、建造物內(nèi)的大型金屬物品等，做良好的接地處理，使感應(yīng)電荷能疾馳流向大地，防止在缺口處形成高電壓和放電火花。9.2.5直擊雷過電壓帶電的雷云與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，稱作直擊雷。當(dāng)雷云通過線路或電氣設(shè)備放電時(shí)，放電眨眼線路或電氣設(shè)備將流過數(shù)十萬安的龐大雷電流，此電流以光速向線路兩端涌去，大量電荷將使線路發(fā)生很高的過電壓，勢(shì)必將絕緣薄弱處擊穿而將雷電流導(dǎo)入大地，這種過電壓為直擊雷過電壓。直擊雷電流（在短時(shí)光內(nèi)以脈沖的形式通過）的峰值有幾十千安，甚至上百千安。雷電流的峰值時(shí)光（從雷電流升高到1/2峰值開始，到下降到1/2峰值為止的時(shí)光間隔）通常有幾微秒到幾十微秒。防止直擊雷的措施主要采取避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)作為接閃器，把雷電流采納下來，通過接地引下線和接地裝置，將雷電流疾馳而安全送到大地。9.2.6雷電波的侵入雷電波的侵入主要是指直擊雷或感應(yīng)雷從輸電線路、通信光纜、無線天線等金屬的引入線引入建造物內(nèi)，發(fā)生閃擊和雷擊事故。因?yàn)橹睋衾自诮ㄔ煳锘蚪ㄔ煳锔浇氲?，通過接地網(wǎng)入地時(shí)，接地網(wǎng)上會(huì)有數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這些高電位可以通過系統(tǒng)中的N線、保護(hù)接地線或通信系統(tǒng)的地線，以波的形式傳入室內(nèi)，沿著導(dǎo)線的傳揚(yáng)方向擴(kuò)大范圍。防止雷電波侵入的主要措施是在輸電線路等能夠引起雷電波侵入的設(shè)備，在進(jìn)入建造物前裝設(shè)避雷器保護(hù)裝置，它可以將雷電高電壓限制在一定的范圍內(nèi)，保證用電設(shè)備不被高電壓沖擊擊穿。9.3.1接地地：通常將距接地體或接地短路點(diǎn)20米以外，電位等于零的地方，稱為電氣上的“地”或“大地”。對(duì)地電壓：電氣設(shè)備的接地部分，如接地體、接地的外殼等，與零電位的“大地”之間的電位差，稱為電氣設(shè)備接地部分的對(duì)地電壓，或稱接地裝置的電位。接地：指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點(diǎn)與大地保持等電位。9.3.2接地電阻接地點(diǎn)處的電位與接地電流的比值定義為該點(diǎn)的接地電阻（4-9-10）當(dāng)接地電流為定值時(shí)，接地電阻愈小，則電位愈低，反之則愈高。此時(shí)地面上的接地物體（例如變壓器外殼），也具有了電位。埋入地中的金屬接地體稱為接地體。最容易的接地體就是單獨(dú)的金屬管、金屬板或金屬帶。因?yàn)榻饘俚碾娮杪蔬h(yuǎn)小于土壤電阻率，所以接地體本身的電阻在接地電阻中可以忽略不計(jì)。9.3.3接觸電壓和跨步電壓1.接觸電壓當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障，接地電流流過接地體向大地流散時(shí)，大地表面形成分布電位。在地面上離設(shè)備水平距離為0.8米處與沿設(shè)備外殼離地面垂直距離1.8米處兩點(diǎn)之間的電位差，稱為接觸電勢(shì)。人站在發(fā)生接地故障的電氣設(shè)備旁邊，手觸及設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分，則人所接觸的兩點(diǎn)（如手與腳）之間所展示的電位差，稱為接觸電壓。2.跨步電壓在故障設(shè)備周圍的地面上，水平距離為0.8米的兩點(diǎn)間的電位差，稱為跨步電勢(shì)。人在接地故障點(diǎn)周圍行走，兩腳之間（人的跨步普通按0.8米計(jì)算）所展示的電位差，稱為跨步電壓?？紤]到人腳下的土壤電阻，所以接觸電壓和跨步電壓，應(yīng)小于接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)。9.4氧化鋅避雷器1.理想的非線性伏安特性ZnO的伏安特性如圖所示，可分為小電流區(qū)、非線性區(qū)和飽和區(qū)。在1mA以下的區(qū)域?yàn)樾‰娏鲄^(qū)，非線性系數(shù)較高，在0.2左右，電流在1mA到3kA范圍內(nèi)，避雷器的伏安特性通常為非線性區(qū)，值在0.02～0.05左右，電流大于3kA，普通進(jìn)入飽和區(qū)，隨電壓的增強(qiáng)電流增長不快。2.氧化鋅的優(yōu)點(diǎn)（1）無間隙。在工作電壓作用下，ZnO實(shí)際上相當(dāng)一絕緣體，工作電壓不會(huì)使閥片燒壞，可以不用串聯(lián)間隙來隔離工作電壓。（2）無續(xù)流。當(dāng)作用在閥片上電壓超過某一值時(shí)，將發(fā)生“導(dǎo)通”，其后，ZnO閥片上的殘壓受其良好的非線性特性所控制，當(dāng)系統(tǒng)電壓降至起始動(dòng)作電壓以下時(shí)，ZnO的“導(dǎo)通”狀態(tài)終止。相當(dāng)于一絕緣體，不存在工頻續(xù)流。也可使用于直流輸電系統(tǒng)。（3）電氣設(shè)備所受過電壓可以降低。ZnO避雷器在囫圇過電壓過程中都有電流流過，降低了作用在變電站電氣設(shè)備上的過電壓。（4）通流容量大。ZnO避雷器的通流容量較大，可以用來限制內(nèi)部過電壓。3.基本特性起始動(dòng)作電壓又稱轉(zhuǎn)折電壓，從這一點(diǎn)開始，電流將隨電壓升高而疾馳增強(qiáng)，也即其非線性系數(shù)將疾馳進(jìn)入0.02～0.05的區(qū)域。通常是以1mA下的電壓作為起始動(dòng)作電壓。其值約為最大允許工作電壓峰值的105％～115％。壓比是指氧化鋅避雷器通過大電流時(shí)的殘壓與通過1mA直流電流時(shí)電壓之比。例如10kA壓比是指通過沖擊電流10kA時(shí)的殘壓與1mA（直流）時(shí)電壓之比，壓比越小，意味著通過大電流時(shí)之殘壓越低，則ZnO避雷器的保護(hù)性能越好。目前，此值約為1.6～2.0。4.應(yīng)用氧化鋅避雷器在電壓等級(jí)較低時(shí)（如110kV及以下）大部分是采用無間隙。對(duì)于超高壓避雷器或帶大幅度降低壓比時(shí)，則采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的主意。為了降低大電流時(shí)的殘壓而又不加大閥片在正常運(yùn)行中的電壓負(fù)擔(dān)以減輕氧化鋅閥片的老化，往往也采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的主意。9.5.1避雷針的保護(hù)范圍避雷針主要是對(duì)雷電場(chǎng)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)（因?yàn)槔自茖?duì)避雷針產(chǎn)生靜電感應(yīng)引起），使雷電場(chǎng)畸變，從而將雷云放電的通路由本來可能向被保護(hù)物體發(fā)展的方向，吸引到避雷針本身，經(jīng)引下線到接地裝置，使被保護(hù)物免受直接雷擊。避雷針主要用于保護(hù)建造物、露天配電裝置、輸配電線路，防止直擊雷產(chǎn)生過電壓。1．單支避雷針單支避雷針的保護(hù)范圍在一定高度的避雷針下面，有一個(gè)安全區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域中的物體基本上不致遭遇雷擊，故稱為避雷針的保護(hù)范圍。單支避雷針保護(hù)范圍可以用滾球法求得，其形狀是一個(gè)對(duì)稱的錐體。單支避雷針的保護(hù)范圍，應(yīng)按下列主意決定：（1）當(dāng)避雷針高度≤時(shí)，距離地面處作一平行地面的平行線，以針尖為圓心，為半徑作弧線，交于平行線的A、B兩點(diǎn)，以A、B為圓心，為半徑作弧線，該弧線與針尖相交并與地面相切，則從此弧線起到地面止就是保護(hù)范圍。避雷針在高度的平面上的保護(hù)半徑，得：（4-9-12）式中──避雷針在高度的平面上的保護(hù)半徑，m；──滾球半徑，m；──被保護(hù)物的高度，m。（2）當(dāng)＞時(shí)，在避雷針上取高度的一點(diǎn)代替單支避雷針的針尖作為圓心。其余作法與（1）相同。2．雙支等高避雷針的保護(hù)范圍基本按單支避雷針?biāo)?guī)定的主意決定。3．雙支不等高避雷針的保護(hù)范圍4．矩形布置的四支等高避雷針的保護(hù)范圍9.5.2避雷線的保護(hù)范圍避雷線又叫架空地線，懸掛在高空的接地導(dǎo)線。避雷線主要用于保護(hù)變配電所的電氣設(shè)備、輸配電線路等免受直擊雷過電壓。沿每根支柱引下線與接地裝置相銜接，它的作用與避雷針一樣。1.單根避雷線的保護(hù)范圍當(dāng)單根避雷線的高度時(shí)，是無保護(hù)范圍的，故不應(yīng)采用。當(dāng)避雷線高度時(shí)，距離地面處作一平行于地面的平行線，以避雷線為圓心，為半徑作弧線，交于平行線的A、B兩點(diǎn)，以A、B為圓心，為