第三章 接閃裝置與避雷器件.ppt

1、第三章 接閃裝置與避雷元件,掌握接閃桿的結(jié)構(gòu)和工作原理 了解接閃桿保護范圍的計算方法 掌握接閃線、接閃帶和接閃網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 了解接閃線保護范圍的計算方法 掌握接閃桿、接閃線、接閃帶和接閃網(wǎng)的安裝方法 掌握防感應雷的常見避雷器的結(jié)構(gòu)和原理 掌握常見低壓避雷器的選擇和安裝,教學目標：,概 述,18世紀中葉美國科學家富蘭克林通過大量實驗（風箏引雷電）建立了雷電學說，創(chuàng)立了避雷理論，發(fā)明了接閃桿。用接閃桿來保護高聳的房屋、教堂等，其方法是在物體的最高頂上固定一支更高的磨尖鐵棒，在其下端通過一導線通到地下即通過避雷器來引雷放電。 貝爾發(fā)明電話機以后，就出現(xiàn)了第二種避雷器導雷器，它實際上為一個火花隙

2、。 19世紀末出現(xiàn)了閥型避雷器的前身。 到了20世紀，人們開始注意到感應雷擊（靜電感應和電磁感應）的危害。 1968年日本松下電器公司研制出了一種金屬氧化物非線性電阻的新一代無間隙避雷器氧化鋅避雷器。 20世紀80年代以后，隨著微電子技術(shù)的廣泛應用與迅猛發(fā)展，由于微電子器件對雷電電磁脈沖極端敏感，因而雷電產(chǎn)生的危害面就進一步擴大，許多領(lǐng)域都需要防雷保護。,第一節(jié) 直擊雷的防范措施,防避直擊雷裝置： 接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。 接閃器又包括：接閃桿、接閃線、接閃帶和接閃網(wǎng)。它們都是用金屬做成，安裝在建筑物的頂端。,防避直擊雷的方法： 通過接閃器尖雷電流接收下來，然后通過引下線，接地體迅

3、速的將其送往大地。 防避直擊雷的基本原理（P26） 結(jié)論：1）接地電阻越小，雷電壓衰減的越快，雷擊時散流得越快。因而避雷裝置的接地電阻越小越好。 2）避雷裝置只能大大減少被雷擊的可能性。,一、工作原理與結(jié)構(gòu) 接閃桿是一種防直擊雷的避雷裝置，它是由兩百多年前富蘭克林發(fā)明的，其最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，成本低廉，維護方便。 1、接閃桿工作原理：裝設(shè)在比其他物體高得多的接閃桿，利用自身產(chǎn)生的向上先導來改變雷云的向下先導的走向，將落雷點吸引到自己身上來，以保護比它矮的物體不易遭受雷擊。 2、接閃桿的結(jié)構(gòu) 接閃桿是接閃器中的一種，采用熱鍍鋅圓鋼或度鋅焊接的鋼管制成，接閃桿的接閃端宜做成半球狀， 其彎

4、曲半徑為最小4 . 8 m m 至 最大1 2 . 7 m m 。,第二節(jié) 接閃桿,防直擊雷的避雷裝置：接閃器、引下線、接地裝置。 防高電壓引入（感應雷）的專用避雷器：電力避雷器、電信避雷器。 避雷器中的避雷元件（有些可獨力使用）：放電管、氧化鋅壓敏電阻、半導體二極管等。,部分防直擊雷接閃桿外形圖,5A3型優(yōu)化接閃桿,3A2型優(yōu)化接閃桿,ZGU-5AB型E.S.E針,普通接閃桿,優(yōu)化接閃桿： 它具有接閃、降低雷電流幅度及延長放電時間，使di/dt減小的功能 。 提前預放電接閃桿（E.S.E）： 接閃桿主要由激發(fā)器從自然界的電場中吸收并貯存能量。反射器及避雷器針尖與大地有良好的電氣連接，處于等電

5、位狀態(tài)。所以通常情況下，激發(fā)器與反射器之間有電場強度，每當雷閃發(fā)生前，電場強度會迅猛增大，激光激發(fā)器與反射器之間的電位差大致相當于雷云與大地之間的電位，它們之間的電壓降迅速增加會造成尖端打火，并使尖端周圍的空氣離子化，形成尖端放電現(xiàn)象。,3、接閃桿接閃器的最小直徑,二、接閃桿的保護范圍,1、接閃桿保護范圍的計算方法： 早期采用的有：改進折線法、曲線法、直線法 現(xiàn)在國際上普遍采用：滾球法。 滾球法：指以某一定半徑的球體，在裝有接閃器的建筑物上滾過，滾球被建筑物上所裝的接閃器撐起，這時球體的弧與建筑物之間的范圍。 根據(jù)建筑物被雷擊后引起后果的嚴重程度，我國防雷技術(shù)標準規(guī)范規(guī)定，把建筑物分為三類，其

6、滾球半徑如表： 保護圖：,2、單支接閃桿保護范圍的計算 （1）當接閃桿的高度hhr時：,說明：h：接閃桿到地的高度(m)； hr：滾球半徑(m) rx:接閃桿在高度hx的xx,平面上的保護半徑（m）。,距地面hr處作一平行于地面的平行線； 以針尖為圓心，hr為半徑，作弧線交于平行線A、B兩點； 以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該弧線與地面相交并與地面相切從弧線起到地面止就是保護范圍。保護范圍是一個對稱的錐體。 接閃桿在hx高度的xx，平面上的保護半rx為： 接閃桿在地面上的保護半ro為：,式中： rx 接閃桿在hx高度xx平面的保護半徑； hr 為滾球半徑； hx 被保護物的高度（m）； r

7、0 接閃桿在地面上的保護半徑 。,單支接閃桿的保護范圍剖面立體圖,（2）當接閃桿的高度h大于hr時，在接閃桿上取高度hr的一點代替單支接閃桿針尖作為圓心。接閃桿在地面上的保護半徑等于滾球半徑，即： r0 = hr （3）單支接閃桿保護范圍的計算程序已知輸入量：rx、hx、hr； 程序輸出量：h.,例一：第二類防雷建筑物，計算單支接閃桿的保護范圍時，滾球半徑為45m，若接閃桿離地高度為45m，代入公式得接閃桿在地面上的保護半徑為45m；若接閃桿的高度為8m，代入公式得： =25.6(m),3、雙支等高接閃桿的保護范圍（討論hhr的情況） （1）D （或者D2ro）時，各按單支接閃桿的方法確定。

8、（2） D （或者D2ro）時，,保護范圍的確定：外側(cè)按單支接閃桿的方法確定，兩針之間先作出O,點，以R為半徑作經(jīng)過兩針間的弧線。,R的大小為： C、E兩點為兩針間最外沿的保護點，在地面上每側(cè)的最小保護寬度bo為： 在高度為hx的xx，平面上，兩針間最外沿每側(cè)的最小保護寬度b為： 在AOB線上，距中心線任意距離X處，在其保護范圍上邊線上的保護高度hx 為：,4、雙支不等高接閃桿的保護 5、方形布置的四支等高接閃桿的保護,三、接閃桿的安裝： 磚木結(jié)構(gòu)接閃桿的安裝 平頂屋上接閃桿的安裝,注：舊規(guī)范中，接閃器防腐可以涂漆，新規(guī)范已經(jīng)不允許了 ，對材料作了相應規(guī)定，除以往采用的熱鍍鋅鋼外，還有銅、鍍錫

9、銅、鋁、鋁合金、不銹鋼、鍍銅鋼。,1、引下線：將接閃器與接地裝置連接起來，只有雷擊時才載流的金屬導線。 引 下 線 宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼， 宜優(yōu)先采用圓鋼。若用圓鋼直徑不得小于8mm，若采用扁鋼厚度不得小于4mm，寬度不得小于12mm（截面為48m）； 引下線應沿建筑物外墻外表明敷設(shè)，并經(jīng)最短路徑接地。建筑藝術(shù)要求較高者可暗敷設(shè)，但截面積應加大，若用圓鋼直徑不得小于10mm，若采用扁鋼截面積不得小于80mm； 采 用 多 根專設(shè)引下線時，應在各引下線上于距地面0 .3 m 至1 . 8 m 之間裝設(shè)斷接卡，便于測量接地電阻是否達到設(shè)計要求和檢驗引下線。 引下線盡量裝在行人不易碰撞的地方。 建

10、 筑 物 的鋼梁、鋼柱、消防梯等金屬構(gòu)件以及幕墻的金屬立柱宜作為引下線， 但其各部件之間均應連成電氣貫通。 2、接地裝置：埋設(shè)在地中直接與大地接觸作散流的金屬導體。 若人工接地體采用垂直埋設(shè)，一般宜用熱鍍鋅角鋼、鋼管等，若采用水平埋設(shè)，一般宜采用熱鍍鋅扁鋼或圓鋼； 接地電阻一般要求小于10。,四、引下線和接地裝置,防雷測試點（連接板）,引下線及斷接卡,接地裝置,當利用混凝土內(nèi)鋼筋、鋼柱作為自然引下線并同時采用基礎(chǔ)接地體時 ， 可不設(shè)斷接卡， 但利用鋼筋作引下線時應在室內(nèi)外的適當?shù)攸c設(shè)若 干連接板，這些連接板可供測量、接人工接地體和作等電位連接用 。,接地系統(tǒng),第三節(jié) 接閃線,一、工作原理 接閃

11、線：架設(shè)在輸電線的上方，以此來保護輸電線路免遭直接雷擊的接閃器。（架空電力線最上面的地線） 工作原理：同接閃桿基本相同，但引雷作用和保護寬度均比接閃桿小。 接閃線一般采用截面積不小于50mm2（舊規(guī)范為35mm2）的熱鍍鋅鋼絞線（或銅絞線）架設(shè)在被保護物上方而成。,接 閃 線,二、保護范圍的計算 計算方法：滾球法。,第四節(jié) 接閃帶和接閃網(wǎng),一、建筑物易受雷擊部位及重點保護 1、建筑物易受雷擊部位： 主要在：女兒墻、屋角、屋脊、屋檐、檐角等處。 2、重點保護部位： 以上易受雷擊部位，在屋角除裝暗設(shè)接閃帶以外，還應加裝接閃桿（一般在50cm左右）； 對屋頂上的特殊突出部位（如煙囪等）應另外采取保護

12、措施； 對屋頂上的突出部位（如水箱、鋼爬梯等）應加裝接閃桿，并很好接地（目前建筑物無需另設(shè)引下線，利用自身鋼筋接地體焊接好即可）。,二、接閃帶和接閃網(wǎng) 1、 接閃帶：在平頂房子屋頂四周的女兒墻或坡頂屋的屋脊、屋檐上裝上金屬帶（一般為8的圓鋼）作接閃器，并將其與大地良好連接來起到避雷效果。（見下圖）,2、接閃網(wǎng)：分為明裝和暗裝兩種，暗裝利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)進行雷電保護（必要時還可在保護物上加裝輔助接閃網(wǎng)）。,第五節(jié) 避雷器件,避雷器件可分為電力避雷器和電涌保護器（SPD）兩種。電力避雷器又分為保護間隙、排氣式避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器；電涌保護器（SPD）按用途不同可分為電源電涌保

13、護器、天饋電涌保護器和信號電涌保護器。 一、電力避雷器 電力避雷器是一種限制由輸配電線路傳播的雷電過電壓的電壓限制器。它實質(zhì)上是一種放電器，并聯(lián)在被保護設(shè)備的附近，當作用電壓超過電力避雷器的放電電壓時，避雷器放電，從而保護了其它電氣設(shè)備不被損壞。,一般工作原理： 當電網(wǎng)由于雷擊出現(xiàn)瞬時脈沖電壓時,防雷器在納秒內(nèi)導通，將脈沖電壓短路于地泄放，后又恢復為高阻狀態(tài)，從而不影響用戶設(shè)備的供電。,1、保護間隙 保護間隙是最簡單，最經(jīng)濟的電力防雷設(shè)備,其結(jié)構(gòu)簡單， 造價低廉，維護方便，但其保護性能較差。,主要不足點：強大的沖擊電流會造成三相變壓器的相間絕緣損壞。,等效電路,應用：常用于中性點不直接接地10

14、KV 以下的配電網(wǎng)絡中，一般安裝在高壓熔斷器的內(nèi)側(cè)，以減少變電所線路斷器的跳閘次數(shù)。,2、閥型避雷器 閥型避雷器是由放電間隙和非線性電阻閥片組成，裝在密封的瓷管內(nèi)。放電間隙的電極由黃銅材料沖壓成小圓盤狀，中間以云母墊圈隔開，間隙距離為0.51mm。非線性電阻閥片是由許多閥片串連而成的組合件，閥片是用碳化硅加結(jié)合劑在3003500C低溫下燒結(jié)而成。,3、氧化鋅避雷器 （1）氧化鋅避雷器的工作原理 1972年，日本研制成無間隙氧化鋅避雷器，主要用在電網(wǎng)的高、中、低壓保護，高壓保護可達500KV以上，低壓一般為220/380V，如圖所示。,氧化鋅避雷器主要由氧化鋅壓敏電阻構(gòu)成，每一塊壓敏電阻從制成時

15、起就有它一定的壓敏電壓（開關(guān)電壓），當加在壓敏電阻兩端的電壓低于該數(shù)值時，壓敏電阻呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，如果把它并聯(lián)在電路上，該閥片呈現(xiàn)斷路狀態(tài)；當加在壓敏電阻兩端的電壓高于該數(shù)值時，壓敏電阻即被擊穿，呈現(xiàn)低電阻，甚至接近短路狀態(tài)。,當電力線被雷擊時，雷電波的高電壓使壓敏電阻擊穿，雷電流通過壓敏電阻流入大地，使電力線上的雷電壓被箝制在安全范圍內(nèi)。當雷電流過后，壓敏電阻恢復高阻狀態(tài)，電力線恢復正常輸電。,高壓避雷器,低壓避雷器,（2）、避雷器的主要技術(shù)參數(shù),（實測）限制電壓（Um）:在SPD試驗中施加規(guī)定波形和輻值的沖擊電壓時,在SPD接線端子間測得的最大電壓峰值。 最大持續(xù)運行電壓（Uc）：可持續(xù)加于

16、電氣系統(tǒng)電涌保護器保護模式的最大方均根電壓或直流電壓；可持續(xù)加于電子系統(tǒng)電涌保護器端子上，且不致引起電涌保護器傳輸特性減低的最大方均根電壓或直流電壓。 標稱放電電流（In）：流過電涌保護器8 / 2 0 s 電流波的峰值。 殘壓（Ures）：放電電流流過SPD時,在其端子間的電壓峰值。 殘壓與所通過的雷電波峰值電流和波形有關(guān)。 響應時間：避雷器兩端加上的電壓為壓敏電壓時，其延遲一定時間才會導通，該延遲的時間就叫響應時間。響應時間越短，避雷器避雷效果越好，品質(zhì)越高。,ZGB148A-20型電源避雷器的技術(shù)指標：,二、電涌保護器（SPD） 1、電涌保護器的分類 （1）按使用非線性元件的特性來分,有

17、電壓開關(guān)型、電壓限制型和組合型。 電壓開關(guān)型SPD：無浪涌出現(xiàn)時，SPD呈高阻狀態(tài)；當沖擊電壓達到一定值時（即火花放電電壓），SPD的電阻突然下降為極低值。常用的非線性元件有放電間隙、氣體放電管、開關(guān)型SPD等。,電壓開關(guān)型電涌保護器具有大通流容量（標稱通流電流和最大通流電流）的特點，適用于易遭受直接雷擊部位的雷電過電壓保護（LPZ0A區(qū)），,開關(guān)型SPD為間隙放電型器件，其雷電能量瀉放能力大，在線路上使用的主要作用是泄放雷電能量 。, 電壓限制型SPD：當沒有浪涌出現(xiàn)時，SPD呈高阻狀態(tài)；隨著沖擊電流及電壓的逐步提高，SPD的電阻持續(xù)下降，當超過其起控電壓時，電阻突然下降為極低值。常用的非線

18、性元件有壓敏電阻、瞬態(tài)抑制二極管等 。,組合型SPD：由電壓開關(guān)型元件和電壓限制型元件混合而成。,限壓型電涌保護器具有連續(xù)的電壓/電流特性限壓型電涌保護器是較為常用的過電壓保護器，一般適用于LPZ0B區(qū)、LPZ 區(qū)或LPZ2n等后續(xù)防雷區(qū)的雷電過電壓防護。,（2）按使用的性質(zhì)分類 由于雷電過電壓可能沿供（配）電線路、信號線路、或天饋線路侵入，因此安裝在不同系統(tǒng)中的SPD必須滿足不同系統(tǒng)的特殊要求。按使用性質(zhì)將SPD可分為電源SPD、信號SPD和天饋SPD。,限壓型SPD為氧化鋅壓敏電阻器件，其雷電能量瀉放能力小，但其過電壓抑制能力好，在線路上使用的主要作用是限制過電壓。,2、SPD在低壓配電系

19、統(tǒng)中技術(shù)參數(shù)的名稱解釋 保護模式：SPD可連接在L（相線）、N（零線）、PE（保護線）間，如L-L、L-N、L-PE、N-PE，這些連接方式就稱為保護模式。（橫向避雷和縱向避雷） 額定電壓（標稱電壓）Un：制造廠商對SPD規(guī)定的電壓值。在低壓配電系統(tǒng)中一般指220VAC、380VAC等。 點火電壓（開關(guān)型SPD火花放電電壓）：在電涌沖擊下開關(guān)型SPD電極間擊穿電壓。 箝位電壓Uas：使SPD進入箝位狀態(tài)的浪涌電壓。 電壓保護水平Up：一個表征SPD限制電壓的特性參數(shù)，它可以從一系列的參考值中選?。ㄈ?.08、0.09、1、1.2、1.5、1.8、2、8、10KV等）該值應比在SPD端子測得的最

20、大限制電壓大，與設(shè)備的耐壓一致。 額定放電電流In：在8/20s電流波形作用下，通過SPD的額定電流值。 最大放電電流Imaxn：在8/20s電流波形作用下，通過SPD的電流峰值。 響應時間Tn：SPD兩端施加的壓敏電壓到SPD箝位電壓的時間。,3、電源SPD 在電子信息系統(tǒng)中，由現(xiàn)代微電子器件組成的電子電路對電網(wǎng)的質(zhì)量要求較高，對雷電過電壓的承受能力較弱，因此必須有電壓限制形式的精細保護。為了抑制雷電過電壓波的侵入，應安裝相應的電源SPD。 當前電源SPD大多采用氧化鋅壓敏電阻作為主要元件，一般分為三級保護設(shè)計，在8/20s電流波形作用下，第一級采用通流容量為6080KA的電源SPD保護，第

21、二級采用通流容量為4060KA的電源SPD保護，第三級采用通流容量為2040KA的電源SPD保護。如圖3.25、圖3.26所示為中光公司生產(chǎn)的ZGG系列電源SPD。,（1）、工作原理：,保護器在安裝前應檢查外貼標記是否損壞，若記損壞或顯示窗口的顏色呈紅色，表示已不能使用。 保護器應安裝在供電線路的保險絲之后， 應根據(jù)不同的供電系統(tǒng)按下圖進行安裝接線，連接線的截面積必須大于6m,并應盡量短。,在正常工作情況下，防雷模塊（壓敏元件）處于高阻狀態(tài)。當供電線路有雷電侵入或出現(xiàn)瞬時過電壓時，防雷模塊將以納妙級的響應速度立即導通，將雷電過電壓泄放到地。當雷電過電壓結(jié)束以后，防雷模塊又迅速地恢復到高阻狀態(tài)，

22、不影響電網(wǎng)地正常工作。,（2）、安裝方法（見圖）,ZGB148A、ZGB14電源避雷器,（1）、產(chǎn)品實物,該電源避雷器主要用于郵電通信、銀行、廣播電視、機場等一切非爆炸區(qū)的電源系統(tǒng)防雷，保證各類電子設(shè)備的安全運行。,（2）、工作原理,當有感應雷電波侵入電源傳輸線式，電源避雷器的防雷組件將以納秒級（50ns）的響應速度呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，迅速將雷電流泄放到地，將雷電流引起的過電壓限制在用電設(shè)備允許承受的耐壓范圍內(nèi)，以確保電器設(shè)備的安全運行。,（3）、安裝與維護,1）安裝接線圖：,2）、安裝方法：,安裝前，先檢查外觀，應無明顯損傷。然后用500型萬用表RX10K檔（不能用搖表）測量A、B、C、N(或L、

23、N）之間的電阻應為無窮大，A、B、C（或L）對PE的阻值大于100K，N對PE的阻值為無窮大。 按照上圖連接安裝，連線選用截面積為6m以上，耐壓不低于AC500V的絕緣銅導線。 連接完畢，接通電源，合上斷路器，面板上的指示等呈綠色，表示該電源避雷器開始工作。,3）、使用與維護：,本避雷器在正常使用中無需特別維護，為防止避雷器失效，在雷電過后應及時檢查，當發(fā)現(xiàn)面板上的指示燈由綠色變?yōu)榧t色時，應立即更換。 本避雷器在損壞后，斷路器會跳到“OFF”狀態(tài)，面板上的指示燈呈紅色。,4、天饋SPD 各種無線電通信設(shè)備（包括微波通信設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、短波及超短波通信設(shè)備等），雷達設(shè)備、電視及其轉(zhuǎn)播和發(fā)射設(shè)備、無線電廣播設(shè)備即使是在機房裝有防直擊雷的保護裝置時，從天線的饋線上也可能侵入感應產(chǎn)生的雷電流，而使電子設(shè)備遭到雷擊。天饋SPD就是將感生的雷電脈沖引入大地，而對射頻信號卻無干擾地保持正常的通信狀態(tài)。 現(xiàn)在使用的幾種天饋SP