雷电参数及防雷措施

1、第四章第四章 雷电参数及防雷雷电参数及防雷设施设施雷电参数雷电参数防雷保护装置防雷保护装置雷电及其危害雷电及其危害接地装置接地装置 避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器与电子设备防雷保护器件目目 录录 4.1.1 4.1.1 雷云的形成雷云的形成 雷云雷云： 带电的云带电的云( (是产生雷电放电的先决条件是产生雷电放电的先决条件) )一大块雷云同极性的总电荷可达数百库每个电荷中心的一大块雷云同极性的总电荷可达数百库每个电荷中心的电荷约为电荷约为0.10.110C10C5 510km10km的高度主要是正电荷的云的高度主要是正电荷的云1 15km5km的高度主要是负电荷的云的高度主要是负电荷的云

2、q4.1.2 4.1.2 雷电雷电放电放电雷电放电的三个段雷电放电的三个段 云、地间电场强度达到空气的击穿场强时(约10-30kV/cm)，空气发生电离，产生一个向地面发展的等离子通道先导放电 下行先导到达地面、或与地面上的突出物上产生的迎面先导相遇，产生雷云与大地的放电通道主放电 主放电结束后，云中剩余电荷沿主放电通道释放余光放电各阶段的特点各阶段的特点 下行负先导是逐级向下发展的； 电流小，约100A；先导放电 放电速度约为光速的1/20-1/2； 持续时间短，约50-100微秒； 放电电流大，达几十至上百千安；主放电 放电速度慢，约为光速的1/100； 持续时间长，约为0.03-0.15

3、秒； 放电电流不大。余光放电下行雷 雷电的危害直击雷感应雷侵入波跨步电压和接触电压高电位引外4.1.3 4.1.3 雷电雷电的的危害危害 雷电流幅值雷电流幅值雷电流波形雷电流波形地面落雷密度地面落雷密度最大陡度最大陡度4.2.1 4.2.1 雷暴雷暴日（日（T Td d）: : 雷暴日雷暴日一年中发生雷电放电的天数一年中发生雷电放电的天数规程规定：规程规定： T Td d 151515 T15 Td d 404040 T40 Td d 909090 T90 Td d少雷区少雷区 中雷区中雷区 多雷区多雷区 强雷区强雷区( (衡量雷电活动频繁的程度衡量雷电活动频繁的程度) )雷电的极性雷电的极性

4、4.2 4.2 雷电雷电参数参数标准雷暴日：标准雷暴日：4040 q0.070.07次次/ /平方公里平方公里雷暴日雷暴日4.2.2 4.2.2 地面落雷密度地面落雷密度: : 单位时间、单位面积的地面平均落雷次数单位时间、单位面积的地面平均落雷次数0.24T0.24Td d0.3 0.3 40dT 线路每百公里每年的线路每百公里每年的雷击次数雷击次数N N 雷电流幅值波形陡度a= I/Ta= I/T1 1 = I/2.6 = I/2.6 kA /s kA /s 极性90%是负极是负极性性4.2.3 4.2.3 雷电流雷电流 4.2.4 4.2.4 雷电雷电放电的计算模型放电的计算模型 4.3

5、 4.3 防雷保护装置防雷保护装置4.3.1 4.3.1 避雷针避雷针引 下 线6 m m接 地 体 接 闪 器 1 0 1 2 m m1.1.避雷针的结构避雷针的结构2.2.避雷针的作用避雷针的作用: :引雷引雷 、泄雷、泄雷 3. 3. 避雷针的保护范围避雷针的保护范围: :单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围避雷针的高度避雷针的高度系数系数 两支等高避雷针联合保护范围两支等高避雷针联合保护范围21 时时时时 两根避雷线的保护范围两根避雷线的保护范围 避雷线的保护角避雷线的保护角 4.4 4.4 避雷器避雷器与电子设备防雷保护器件与电子设备防雷保护器件避雷器的作用防止设备遭受雷电波（侵

6、入波）的危害防止设备遭受雷电波（侵入波）的危害 264.4.1 4.4.1 基本基本要求要求 （1 1）过电压限制器的放电）过电压限制器的放电电压应略高于电压应略高于系系统的最大统的最大工作电压。工作电压。（2 2）过电压限制器应具有良好的伏秒特性）过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与与被保护设备有合理的被保护设备有合理的绝缘配合。绝缘配合。（3 3）过电压限制器应有较强的绝缘强度）过电压限制器应有较强的绝缘强度自自恢复能力。恢复能力。 伏秒特性的配合伏秒特性的配合（a a）配合好；）配合好； （b b）配合不好）配合不好 （c c）带状伏秒曲线）带状伏秒曲线 1.1.保护间隙保护间隙多用于配

7、电变压器或中性点保护多用于配电变压器或中性点保护 缺点缺点: :熄弧能力差熄弧能力差 优点优点: :结构简单、结构简单、 价格便宜价格便宜要消除故障必须开关动作要消除故障必须开关动作4.4.2 4.4.2 避雷器避雷器 产生截波产生截波2.2.排气式避雷器排气式避雷器 存在问题：存在问题：3.3.阀式避雷器阀式避雷器 优点优点 伏伏- -秒特性平坦秒特性平坦, ,不产生截波不产生截波 防止截波防止截波: : 与间隙串联一个电阻与间隙串联一个电阻R R电阻的作用电阻的作用: : 防止截波防止截波阻尼振荡阻尼振荡 单个平板型放电间隙的结构单个平板型放电间隙的结构 阀片的伏安特性阀片的伏安特性 标准

8、放电间隙组标准放电间隙组 0.50.2 :C Siciu 0.040.01 :ZnO非线性系数非线性系数4 4、氧化锌避雷器氧化锌避雷器优点无间隙无续流耐重复动作能力強通流容量大易于制成直流系统用避雷器适用于大批量生产、造价低、经济性好无无间隙氧化锌避雷器的电气参数间隙氧化锌避雷器的电气参数1.1.标称标称放电电流放电电流冲击波形为冲击波形为8/208/20 s s的放的放电电流峰值电电流峰值1.5k kA A2.5k kA A5kAkA20kAkA10kAkA1kAkA2.2.残压残压 放电电流通过避雷器时在端子间的放电电流通过避雷器时在端子间的最大电压值最大电压值( (kV kV 峰值峰值

9、) ) 标称放电电流下的残压标称放电电流下的残压 陡波电流下的残压陡波电流下的残压 操作冲击电流下的残压操作冲击电流下的残压残压3.3.雷电雷电冲击保护水平冲击保护水平4.4.操作操作冲击保护水平冲击保护水平避雷器标称放电电流下的残压值避雷器标称放电电流下的残压值 避雷器在操作冲击电流避雷器在操作冲击电流( (波头时间为波头时间为3030至至100100 s)s)下的最大下的最大残压残压 5.5.额定电压额定电压6.6.最大持续运行电压最大持续运行电压施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值，单位：施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值，单位：kVkV 运行中允许持续地施加在避雷器上的最大允

10、许工频电压运行中允许持续地施加在避雷器上的最大允许工频电压有效值，单位：有效值，单位：kVkV 8.8.压比压比 施加在避雷器两端的最大允许工频电压施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值，单位：有效值，单位：kVkV NoImage压比愈小，表明通过冲击大电流时的压比愈小，表明通过冲击大电流时的残压愈低，避雷器的保护性能愈好残压愈低，避雷器的保护性能愈好 9. 9. 荷电率荷电率 AVRAVR所以所以 应根据具体电网确定合理的荷电率应根据具体电网确定合理的荷电率AVR AVR 持续运行电压持续运行电压u uc c 保护性能下降保护性能下降AVR AVR 单位阀片上的负荷单位阀片上的负荷加速老

11、化加速老化 4.4.3 4.4.3 电子电子设备防雷保护器件设备防雷保护器件电子设备的防雷器件分类电子设备的防雷器件分类 1.1.电源系统防雷器件电源系统防雷器件 电子设备防雷特点电子设备防雷特点 2.2.信号系统保护器件信号系统保护器件 1.1.工作电压低，几伏的脉冲电压就可造成电子设备损坏工作电压低，几伏的脉冲电压就可造成电子设备损坏 2.2.要求在纳秒级的时间内将被保护设备接入等电位系统，要求在纳秒级的时间内将被保护设备接入等电位系统， 并将雷电脉冲的能量释放到大地并将雷电脉冲的能量释放到大地 常用的常用的电子设备保护器件电子设备保护器件1.1.放电管放电管 通流容量大，可达通流容量大，

12、可达100kA100kA以以上；电压在上；电压在75-10000V75-10000V 残压高残压高2-4kV2-4kV，响应时间慢，响应时间慢100ns100ns 用于数据线、有线电视、用于数据线、有线电视、交流电源、电话系统等交流电源、电话系统等气体放电管1.1.放电管放电管( (续续) ) 响应速度较快响应速度较快10-20ns10-20ns、吸收电流、吸收电流大，动作电压稳定、重复性好、大，动作电压稳定、重复性好、寿命长寿命长 用于电源电路时需要采取限流措用于电源电路时需要采取限流措施串联电阻或快速熔断，使浪诵施串联电阻或快速熔断，使浪诵过后电流迅速恢复到维持值以下过后电流迅速恢复到维持

13、值以下 适用于网络、通信设备的浪涌保适用于网络、通信设备的浪涌保护护固体放电管3.3.压敏电阻压敏电阻 使用电压范围宽从几伏到几万伏以上，耐浪涌能力强，生产工艺简单、价格低、电压温度系数小优点 钳位特性相对差一些 缺点 可用于IC及其他电子设备的浪涌保护用途2.TVS-2.TVS-瞬变电压抑制二极管瞬变电压抑制二极管 响应时间快、瞬时功率大、击穿电压偏差小、鉗位电压容易控制、体积小优点 耐受重复性脉冲时有可能损坏缺点 广泛适用于家用电器、电子仪表、通信设备、电源、计算机等各个领域用途 4.5 4.5 接地装置接地装置 一、一、接地接地 将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，将电力系统及

14、其电气设备的某些部分与大地相连接，与大地保持等电位与大地保持等电位 二、二、接地接地分类分类 根据电力系统的正常运行方式根据电力系统的正常运行方式 的需要而将电网中某一点接地的需要而将电网中某一点接地 工作接地工作接地 某些某些电气设备的金属外壳必须妥善接地，电气设备的金属外壳必须妥善接地，以免绝缘损坏时外壳带电危及人身安全以免绝缘损坏时外壳带电危及人身安全 保护接地保护接地 金属杆塔、避雷针（线）和避雷器等金属杆塔、避雷针（线）和避雷器等的接地的接地 防雷接地防雷接地 三、三、接地电阻接地电阻电流电流I I经接地电极流入大地时，经接地电极流入大地时，接地体对地电压接地体对地电压U U与电流与

15、电流I I之比值之比值 工频接地电阻工频接地电阻 冲击接地电阻冲击接地电阻 引下线的电阻接地体的电阻接触电阻土壤的电阻四、四、屏蔽效应屏蔽效应利用系数，利用系数，1 1 2 2根并联其值约为根并联其值约为0.90.9 6 6根并联其值约为根并联其值约为0.70.7 五冲击接地电阻与工频接地电阻五冲击接地电阻与工频接地电阻eiRReiRR火花效应火花效应 电感效应电感效应 eiRR冲击系数冲击系数 ieRR1伸长接地体的有效长度，一般在伸长接地体的有效长度，一般在4060m 4060m 发电厂和变电站地网的作用发电厂和变电站地网的作用1. 1. 防雷防雷2. 2. 防止工频短路电流对发电厂和变电站人员及设备造成危害防止工频短路电流对发电厂和变电站人员及设备造成危害在中性点直接接地系统在中性点直接接地系统 工频短路电流，工频短路电流，A A 地网接地电阻，地网接地电阻， 六、发电厂和变电站的接地六、发电厂和变电站的接地 52变电站的地