第四章-雷電放電特性及防雷裝置

1、高電壓技術(shù),第四章 雷電放電特性及防雷裝置,第一節(jié)雷電的放電過程,雷電放電是由帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象 雷云帶電機(jī)理：凍結(jié)起電、水滴分裂起電等,大多數(shù)的放電發(fā)生在雷云之間不危險(xiǎn) 少數(shù)的放電發(fā)生在雷云和大地之間危險(xiǎn),對(duì)地放電： 雷電的極性：雷云下行到大地的電荷的極性。 90% 負(fù)極性,雷電放電過程,先導(dǎo)放電主放電余光放電三個(gè)主要階段,1、先導(dǎo)放電,特點(diǎn)： 雷云下部伸出微弱的放電通道,向地面的發(fā)展分級(jí)推進(jìn)。,10200m/級(jí)，每級(jí)間歇時(shí)間10100us 下行速度0.10.8m/us, 電流較小，幾十幾百安培,2、主放電階段,（1）極大的電流（幾十幾百千安） （2）T極高（2萬C以上 ） （3）雷

2、鳴 （4）閃電 （5）t極短（ 50100us ）,3、余光放電,（1）電流較?。s為數(shù)百安） （2）t長（0.030.15s）,重復(fù)放電,由于雷云中存在多個(gè)電荷密集中心。 重復(fù)放電的次數(shù)，多數(shù)情況下為23次。,迎面先導(dǎo),雷電的熱效應(yīng)：雷電通道溫度15000 20000oC，森林大火； 雷電的機(jī)械效應(yīng)：氣體膨脹爆炸， 熱應(yīng)力，電動(dòng)力 雷電造成的事故：黃島油庫,一九八九年八月十二日上午九點(diǎn)五十分，黃島油庫裝有萬噸原油的五號(hào)油罐因雷擊爆炸起火。下午兩點(diǎn)四十分，熊熊燃燒的五號(hào)罐又相繼引爆了周圍的油罐。 人在火災(zāi)中不幸喪生，人受傷。,第二節(jié) 雷電參數(shù),易擊區(qū) 空曠地區(qū)：雷擊高的物體 山區(qū)：有時(shí)山頂物體

3、，有時(shí)迎風(fēng)面 與地質(zhì)條件有關(guān)：礦物質(zhì)的影響,1、雷電流峰值I,雷電流峰值概率曲線,陜南以外的西北地區(qū)及內(nèi)蒙古：,波前時(shí)間：14us，平均2.6us,半峰值時(shí)間：20100us，平均50us,陡度：,2、雷電流波形,(a) 雙指數(shù)波 (b) 斜角平頂波 (c) 半余弦波,3、雷暴日：,某地區(qū)一年中有雷電的天數(shù),雷暴小時(shí)：,一年中有雷電的小時(shí)數(shù),年平均雷暴日Td 年平均雷暴小時(shí)Th,因地制宜,我國年平均雷暴日分布：,北緯23.5以南 80個(gè) 北緯23.5至長江以南大部分地區(qū)：4080個(gè) 長江以北大部分地區(qū)，包括華北華東地區(qū) ：2040個(gè) 西北地區(qū) 20個(gè),強(qiáng)雷區(qū)：Td 90個(gè),多雷區(qū)：Td 40個(gè)

4、,少雷區(qū)：Td 15個(gè),4、地面落雷密度,指每個(gè)雷暴日每平方公里地面上的平均落雷次數(shù),對(duì)Td=40的地區(qū) 0.07 次/雷暴日 km2,5、架空線路年平均遭受雷擊次數(shù) N,N線路受雷擊次數(shù)（次/100km年），Td年平均雷電日數(shù)。,第三節(jié) 避雷針和避雷線,原理：,將雷電引入自身，經(jīng)接地線流入大地，從而使被保護(hù)設(shè)備避免雷擊。,避雷針：發(fā)電廠、變電所中,避雷線：架空線路中,一、避雷針,由接閃器（針頭）、引下線和接地裝置三部分組成,構(gòu)架避雷針,1、要求,（1）可靠接地 （2）對(duì)設(shè)備提供可靠屏蔽,2、單支避雷針的保護(hù)范圍,hx h/2 rx（hhx）p= ha p,hxh/2 rx=（1.5h2hx）

5、p,h避雷針高度（m）； ha（hhx）避雷針的有效高度； p高度影響系數(shù)。 h30m時(shí)，p1； 30h120m時(shí)， h120m時(shí)，按 中h=120m計(jì)算,3、兩支等高避雷針,（）定出保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn),（）兩針間被保護(hù)物高度水平面上保護(hù)范圍一側(cè)的最小寬度,（）為了保證兩針聯(lián)和保護(hù)的效果, h,4、兩支不等高避雷針,5、多支等高避雷針,二、避雷線的保護(hù)范圍,1、單根避雷線的保護(hù)范圍,當(dāng)hx h/2時(shí)， rx0.47（hhx）p 當(dāng)hxh/2時(shí)， rx=（h1.53hx）p,2、兩根等高避雷線的保護(hù)范圍,保護(hù)角： 指避雷線同外側(cè)導(dǎo)線的 連線與垂直線之間的夾角,越小，保護(hù)更可靠。 一般取=20

6、30，即可認(rèn)為導(dǎo)線處于避雷線的保護(hù)范圍內(nèi)。,第四節(jié) 避雷器,作用：限制作用于設(shè)備上的過電壓，保護(hù)設(shè)備 類型：保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器,1、保護(hù)間隙,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)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便 缺點(diǎn)： （1）滅弧能力低，造成誤跳閘（有工頻續(xù)流） 措施：與ZCH配合使用 （2）伏秒特性曲線比較陡，絕緣配合不理想,1被保護(hù)絕緣的伏秒特性， 2均勻電場(chǎng)間隙的伏秒特性， 3極不均勻電場(chǎng)間隙的伏秒特性,2、管型避雷器,工作原理：,（1）正常UN下： S1、S2絕緣，避雷

7、器不動(dòng)作 （2）過電壓時(shí)： 經(jīng)S2S1棒電極接地 （3）過電壓后： 有續(xù)流，產(chǎn)氣管產(chǎn)生氣體，吹弧熄滅,特點(diǎn)：工頻續(xù)流有上下限: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。 優(yōu)缺點(diǎn)： （1）熄弧能力比保護(hù)間隙要強(qiáng) （2）伏秒特性較陡且放電分散性大 （3）會(huì)形成截波 只用在線路保護(hù)和變電所進(jìn)線段保護(hù),3、閥型避雷器,分類：普通式、磁吹式,結(jié)構(gòu)：火花間隙 + 閥片電阻,（1）火花間隙,電場(chǎng)均勻，伏秒特性平坦,（2）閥片電阻（SiC)非線性電阻,工作原理：,（1）正常UN下： 間隙不擊穿，將帶電體與閥片電阻絕緣 （2）過電壓時(shí)： 間隙擊穿，電阻Z非常小，將I沖導(dǎo)入大地，電阻上的殘壓被保

8、護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓值 （3）過電壓后： 閥片電阻Z增大，限制過電流（工頻續(xù)流） 半個(gè)周期內(nèi)電弧熄滅，保護(hù)來不及動(dòng)作，電網(wǎng)恢復(fù)正常,4、ZnO避雷器,金屬氧化物避雷器（Metal Oxide Surge Arresters，簡(jiǎn)寫為MOA） MOA 的主要元件是金屬氧化物非線性電阻片（Metal Oxide Varistors簡(jiǎn)寫為MOV） MOV的主要成份是氧化鋅（ZnO），俗稱MOV為氧化鋅閥片，MOA為氧化鋅避雷器,特點(diǎn)：只有電阻，沒有間隙,ZnO和SiC非線性電阻片的UI特性的比較,特點(diǎn)：,（1）無間隙 （2）無續(xù)流 （3）耐污性能好 （4）適于大批量生產(chǎn)，造價(jià)低廉 （5）性能穩(wěn)定，壽命長,避雷器應(yīng)用于室內(nèi)變電站入口處,懸掛式避雷器應(yīng)用于變電站,第五節(jié) 防雷接地,接地:將地面上的金屬物體或電氣回路的某一節(jié)點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點(diǎn)與大地經(jīng)常保持等電位。 接地裝置：包括引線在內(nèi)的埋設(shè)在地中的一個(gè)或一組金屬體或由金屬導(dǎo)體組成的金屬網(wǎng)。（接地體+接地引下線）,一、接地的基本概念,接地電阻：接地裝置上電壓的幅值與通過接地裝置電流的幅值的比值。 工頻接地電阻R 沖擊接地電阻Ri,接地電阻越小越安全,接觸電壓,跨步電壓,二、接地的分類,1、工作接地,根據(jù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要而進(jìn)行的接地,R 0.5,2、保護(hù)接地,