雷電放電(最終).ppt

1、第七章 雷電放電及防雷保護裝置,張 寧 福州大學電力系7.1 雷電放電和雷電過電壓,雷電科學發(fā)展歷史,雷電科學的建立 著名的風箏試驗（17世紀，富蘭克林）： 240米長的纏繞鋼絲的麻繩上產生20cm的電火花 高速攝影、記錄示波器、雷電定向定位儀等現(xiàn)代化測量技術,一 雷電放電過程,基本過程：先導放電階段 ；主放電階段,1 先導放電通道；2 強游離區(qū)；3 主放電通道,30kV/cm,分級先導：多次先導 主放電的重復過程， 每次間歇時間為幾十毫秒，放電次數(shù)一般為23次，最多為次,雷電放電由帶電荷的雷云引起 大多數(shù)的放電發(fā)生在雷云之間不危險 少數(shù)的放電發(fā)生在雷云和大地之間危險

2、 對地放電的雷云大多數(shù)帶負電荷，實測7590 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 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，重要是流過被擊物體的電流,二 雷電參數(shù),雷電活動頻率雷暴日及雷暴小時 地面落雷密度 雷道波阻抗 雷電流幅值 雷電流的計算波形,三 雷電放電的計算模型,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），A點電位發(fā)生變化，從零突升到u=iZ 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Z(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）到達A點 由c圖得出其彼德遜等值電路,三 雷電放電的

3、計算模型,能夠測知的電量，主要是流過被擊物的電流。跟據(jù)計算模型（電流源模型）推出雷電波的參數(shù) 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,2i0,Z0,Z,A,雷電流源,被擊電路,四 感應過電壓,在雷電放電的先導階段（假設為負先導），線路處于雷云及先導通道與大地構成的電場之中。由于靜電感應，最靠近先導通道的一段導線上感應形成形成束縛電荷 主放電開始以后，先導通道中的負電荷自下而上被迅速中和。相應電場迅速減弱，使導線上的正束縛電荷迅速釋放，形成電壓波向兩側傳播 由于主放電的平均速度很快，導線上的束縛電荷的釋放過程也很快，所以形成的電壓波uiZ幅值可能很高。這種過電壓就是感應過電

4、壓的靜電分量,感應雷電過電壓與相鄰導線間的過電壓的區(qū)別,感應雷電過電壓的極性與雷云的極性相反，相鄰導線間的感應過電壓的極性與感應源同極性 感應雷電過電壓發(fā)生在主放電階段，相鄰導線間的感應過電壓與感應源同時發(fā)生 感應雷電過電壓的波前平緩、波長較長 感應雷電過電壓在三相導線上同時發(fā)生，且數(shù)值相等,7.2 防雷保護裝置,一 避雷針和避雷線,基本原理 保護范圍 繞擊率,一 避雷針和避雷線,電力系統(tǒng)中需要安裝直接雷擊防護裝置，廣泛采用的即為避雷針和避雷線（又稱架空地線）。 避雷針適宜用于變電所、發(fā)電廠這樣相對集中的保護對象；避雷線適宜用于象架空線路那樣伸展很廣的保護對象。,基本原理 當雷云放電接近于地面

5、時它使地面電場發(fā)生畸變，在避雷針（線）的頂端，形成局部電場強度集中的空間，以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，引導雷電向避雷針（線）放電，再通過接地線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊 保護范圍 保護范圍：表示避雷裝置的保護效能，保護范圍是相對的，每一個保護范圍都有規(guī)定的繞擊（概）率，繞擊指的是雷電繞過避雷裝置而擊中被保護物體的現(xiàn)象。我國有關規(guī)程所推薦的保護范圍對應于0.1的繞擊率。,(一)單支避雷針 h 避雷針高度 P 高度修正系數(shù) 當h30m時,P1 當30mh120m時,P rx- 被保護物的高度 hx- 保護范圍,（二）兩支等高避雷針（通過疊加求出聯(lián)合保護范圍）,避雷線的保

6、護范圍,保護線路 我國一般110kV以上線路采用避雷線 35kV線路的進線段 國外，如日本配電線路也用 保護500kV大型超高壓發(fā)變電站,（三）單根避雷線,因此單根避雷線的保護半徑要比單根避雷針的保護半徑小得多,(四)兩根等高避雷線 兩線外側的保護范圍按單根避雷線方法確定；兩線內側的保護高度由兩線及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧來確定。,二 避雷器的基本原理,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 避雷器的保護原理與避雷針不同。它實質上是一種放電器，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

7、他電氣設備免遭擊穿損壞,1. 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,避雷器有以下四種類型：,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 被保護電器設備,避雷器保護作用原理示意,具有良好的伏秒特性，以易于實現(xiàn)合理的絕緣配合 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,(a) (b) (c) 1電氣設備的伏秒特性， 2避雷器的伏秒特性,避雷器與電氣設備的伏秒特性配合圖,（一） 保護間隙,保護間隙與被保護絕緣并聯(lián)，它的擊穿電壓比后者低，使過電壓波被限制到保護間隙的擊穿電壓Ub。 缺點： 1

8、）伏秒特性很陡； 2）保護間隙沒有專門的滅弧裝置 3）產生大幅值的截波。 應用范圍：僅用于不重要和單相接地不會導致嚴重后果的場合。,（二）管式避雷器（亦稱排氣式避雷器）,它實質上是一只具有較強滅弧能力的保護間隙，其基本元件為裝在消弧管內的火花間隙，在安裝時再串接一只外火花間隙。 缺點： 1）續(xù)流太小時不能滅弧，太大時產氣過多，使管子爆裂 2）伏秒特性和產生截波方面與保護間隙相似,維護較麻煩 應用范圍：僅安裝在輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和用于變電所、發(fā)電廠的進線段保護中。,(三) 普通閥式避雷器,變電所的防雷保護主要依靠閥式避雷器，它在電力系統(tǒng)過電壓保護和絕緣配合中都起著重要的作用，它的保護特

9、性是選擇高電壓電力設備絕緣水平的基礎。 結構：主要由火花間隙F及與之串聯(lián)的工作電阻R兩大部分組成。,特點： 對工作電阻的首位要求是它應具有良好的非線性伏安特性，即在沖擊大電流下，阻值應很小，讓沖擊電流順利泄入地下，且殘壓不高；在工頻電流下，阻值要變大，以利滅弧。,(四)磁吹式避雷器,與普通閥式避雷器類似，主要區(qū)別采用了滅弧能力較強的磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片。 1、旋弧型磁吹避雷器 2、滅弧柵型磁吹避雷器,(五)金屬氧化物避雷器（MOA）,氧化鋅(ZnO)，具有極其優(yōu)異的非線性特性。 優(yōu)點： 1）可省去串聯(lián)火花間隙，結構大大簡單 2）由于具有極好的非線性伏安特性，保護性能優(yōu)越 3）無

10、續(xù)流、動作負載輕、能重復動作實施保護 4）流通容量大，能制成重載避雷器 5）耐污性好,保護間隙和管型避雷器在間隙擊穿后，保護回路再也沒有限流元件，保護動作都要造成接地故障或相間短路故障，保護作用增多電力系統(tǒng)故障率，影響電力系統(tǒng)的正常、安全運行。應用氧化鋅避雷器，從根本上避免保護作用產生接地故障或相間短路故障，且不用自動重合閘裝置就能減少線路雷害停電事故。,避雷器發(fā)展經歷：從放電間隙到氧化鋅避雷器,懸掛式避雷器應用于變電站,避雷器應用于室內變電站入口處,三 防雷接地,工作接地 保護接地 防雷接地,1 工作接地,交流電力系統(tǒng)根據(jù)中性點是否接地而分為中性點接地系統(tǒng)和中性點絕緣系統(tǒng)，另外還有中性點通過

11、電阻或電感接地的中性點非有效接地系統(tǒng) 定義：我國在110kV及以上的電力系統(tǒng)中多采用中性點接地的運行方式，其目的是為了降低電力設備的絕緣水平 目的：降低作用在設備絕緣上的電壓，因此設備的絕緣水平也可以降低，即達到縮小設備絕緣尺寸、降低設備造價的目的 在正常情況下，流過接地裝置的電流為系統(tǒng)的不平衡電流，而在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時將有數(shù)十千安的短路電路流過接地裝置，持續(xù)時間0.5s左右,2 保護接地,在電氣設備發(fā)生故障時，電氣設備的外殼將帶電，如果這時人接觸設備外殼，將產生危險。因此為了保證人身安全，所有電氣設備的外殼必須接地，這種接地稱為保護接地 當電氣設備的絕緣損壞而使外殼帶電時，流過保護接地裝置

12、的故障電流應使相應的繼電保護裝置動作，切除故障設備，另外也可以通過降低接地電阻保證外殼的電位在人體安全電壓值之下，從而避免因電氣設備外殼帶電而造成的觸電事故,3 防雷接地,為了防止雷電對電力系統(tǒng)及人身安全的危害，一般采用避雷針、避雷線及避雷器等雷電防護設備 雷電防護設備都必須與合適的接地裝置相連，以將雷電流導入大地，這種接地稱為防雷接地 流過防雷接地裝置的雷電流幅值很大，可以達到數(shù)百千安，但持續(xù)的時間很短，一般只有數(shù)十微秒,接地的功能,降低電力設備絕緣水平 確保電力系統(tǒng)安全運行 輸電線路桿塔接地裝置的接地電阻必須降低到一定值，以降低雷擊輸電線路桿塔時的塔頂電位與導線的電位差小于絕緣子串的50%

13、沖擊放電電壓來保證線路的正常運行 確保人身安全 當電氣設備絕緣損壞或老化而使外殼帶電時，保護接地能夠保證接觸設備外殼的人員的人身安全 另外發(fā)變電站接地裝置通過降低接地電阻和采取均壓措施來保證接觸電壓滿足人身安全要求,檢測接地故障 近年來為了保證人身和財產安全，低壓線路采用漏電斷路器等各種故障保護裝置。如果線路的一點產生接地故障，為了使保護裝置動作，則必須產生足夠大的接地故障電流。為確保滿足該條件，則在降壓變壓器二次側中性點接地，該接地可以稱為接地故障檢測用的接地 對中性點接地的線路，如果電氣設備外殼不接地，當由于絕緣破壞等原因使設備外殼帶電時，通過雜散電容構成回路產生的電流將不足以使保護設備可

14、靠動作，因此應將設備外殼接地,功能接地 有些設備在功能上即有加以接地的必要性。例如陰極保護利用電化學防止金屬的腐蝕，為了使防蝕電流流入土壤或水中，則應在系統(tǒng)中進行接地。另外為了保證計算機及其它電子設備的正常工作，必須采用具有穩(wěn)定電位的基準點，該基準點通過接地來實現(xiàn)。 作業(yè)用接地 在停電作用時，需要采用接地來泄放線路中的充電裝置中的能量，以及防止電磁干擾在線路中的感應電流的危害。另外也可以防止他人誤操作對作業(yè)人員的致命危害,4 接地電阻的定義及特性,接地電阻為接地體的地電位升與通過接地體流入地中電流的比值。它與土壤特性及接地體的幾何尺寸有關。 電流流經接地體向地中散流時所遇到的土壤電阻為散流電阻，通常所說的接地電阻包括接地引線的電阻、接地引線與接地裝置的接觸電阻、接地體本身的電阻、接地體和土壤間的接觸電阻及土壤的散流電阻。因為散流電阻