《雷电放电最终》ppt课件

1、第七章 雷电放电及防雷维护安装7.1 雷电放电和雷电过电压雷电科学开展历史雷电科学开展历史4雷电科学的建立雷电科学的建立4著名的风筝实验著名的风筝实验1717世纪，富兰克林：世纪，富兰克林： 240 240米长的缠绕钢丝的麻绳上产生米长的缠绕钢丝的麻绳上产生20cm20cm的电火花的电火花4高速摄影、记录示波器、雷电定向定位仪等现高速摄影、记录示波器、雷电定向定位仪等现代化丈量技术代化丈量技术一一 雷电放电过程雷电放电过程4根本过程：先导放电阶段根本过程：先导放电阶段 ；主放电阶段；主放电阶段1 先导放电通道；2 强游离区；3 主放电通道30kV/cm4分级先导：多次先导分级先导：多次先导 主

2、放电的反复过程，主放电的反复过程， 每次间歇时每次间歇时间为几十毫秒，放电次数普通为间为几十毫秒，放电次数普通为2323次，最多为次次，最多为次u雷电放电由带电荷的雷云引起雷电放电由带电荷的雷云引起u大多数的放电发生在雷云之间不危险大多数的放电发生在雷云之间不危险u少数的放电发生在雷云和大地之间危险少数的放电发生在雷云和大地之间危险u对地放电的雷云大多数带负电荷，实测对地放电的雷云大多数带负电荷，实测75759090u 了解以下几点：了解以下几点：u雷云对地放电的本质是雷云电荷向大地的忽然释放雷云对地放电的本质是雷云电荷向大地的忽然释放u从电源性质看，相当于一个电流源的作用过程从电源性质看，相

3、当于一个电流源的作用过程u人们可以测知的电量，重要是流过被击物体的电流人们可以测知的电量，重要是流过被击物体的电流二二 雷电参数雷电参数u 雷电活动频率雷暴日及雷暴小时雷电活动频率雷暴日及雷暴小时u 地面落雷密度地面落雷密度u 雷道波阻抗雷道波阻抗u 雷电流幅值雷电流幅值u 雷电流的计算波形雷电流的计算波形三三 雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型4开关开关S S闭合前后对应不同的闭合前后对应不同的雷电放电阶段先导放电和雷电放电阶段先导放电和主放电，主放电，A A点电位发生变点电位发生变化，从零突升到化，从零突升到u=iZu=iZ4先导放电通道具有分布参数先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电

4、通道，其波特征，称为雷电通道，其波阻抗为阻抗为Z(300Z(300 ) )4主放电过程，自雷云经过雷主放电过程，自雷云经过雷电通道向地面传播的电磁波电通道向地面传播的电磁波u0u0、i0i0到达到达A A点点4由由c c图得出其彼德逊等值电图得出其彼德逊等值电路路三 雷电放电的计算模型可以测知的电量，主要是流过被击物的电流。跟据计算模可以测知的电量，主要是流过被击物的电流。跟据计算模型电流源模型推出雷电波的参数型电流源模型推出雷电波的参数国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定国际上定义雷击小接地阻抗物体时，流过该物体的电流定义为雷电流义为雷电流000022iZZZii2i0Z0ZA

5、雷电流源被击电路四四 感应过电压感应过电压v在雷电放电的先导阶段假设为负先导，线路处于雷在雷电放电的先导阶段假设为负先导，线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应，云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应，最接近先导通道的一段导线上感应构成构成束缚电荷最接近先导通道的一段导线上感应构成构成束缚电荷v主放电开场以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速主放电开场以后，先导通道中的负电荷自下而上被迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速中和。相应电场迅速减弱，使导线上的正束缚电荷迅速释放，构成电压波向两侧传播释放，构成电压波向两侧传播v由于主放电的平均速度很快，导线上

6、的束缚电荷的释放由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷的释放过程也很快，所以构成的电压波过程也很快，所以构成的电压波u uiZiZ幅值能够很高。这幅值能够很高。这种过电压就是感应过电压的静电分量种过电压就是感应过电压的静电分量感应雷电过电压与相邻导线间的过电压的区别感应雷电过电压与相邻导线间的过电压的区别v感应雷电过电压的极性与雷云的极性相反，相邻导线感应雷电过电压的极性与雷云的极性相反，相邻导线间的感应过电压的极性与感应源同极性间的感应过电压的极性与感应源同极性v感应雷电过电压发生在主放电阶段，相邻导线间的感感应雷电过电压发生在主放电阶段，相邻导线间的感应过电压与感应源同时发生应过电压与

7、感应源同时发生v感应雷电过电压的波前平缓、波长较长感应雷电过电压的波前平缓、波长较长v感应雷电过电压在三相导线上同时发生，且数值相等感应雷电过电压在三相导线上同时发生，且数值相等7.2 防雷维护安装一一 避雷针和避雷线避雷针和避雷线4 根本原理根本原理4 维护范围维护范围4 绕击率绕击率一一 避雷针和避雷线避雷针和避雷线 电力系统中需求安装直接雷击防护安装，广泛电力系统中需求安装直接雷击防护安装，广泛采用的即为避雷针和避雷线又称架空地线。采用的即为避雷针和避雷线又称架空地线。 避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中避雷针适宜用于变电所、发电厂这样相对集中的维护对象；避雷线适宜用于象架空线路那

8、样的维护对象；避雷线适宜用于象架空线路那样伸展很广的维护对象。伸展很广的维护对象。 根本原理根本原理 当雷云放电接近于地面时它使地面电场发生畸变，当雷云放电接近于地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针线的顶端，构成部分电场强度集中的在避雷针线的顶端，构成部分电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的开展方向，引导雷电空间，以影响雷电先导放电的开展方向，引导雷电向避雷针线放电，再经过接地线和接地安装将向避雷针线放电，再经过接地线和接地安装将雷电流引入大地，从而使被维护物体免遭雷击雷电流引入大地，从而使被维护物体免遭雷击维护范围维护范围 维护范围：表示避雷安装的维护效能，维护范围维护范围：表示避雷安装

9、的维护效能，维护范围是相对的，每一个维护范围都有规定的绕击概是相对的，每一个维护范围都有规定的绕击概率，绕击指的是雷电绕过避雷安装而击中被维护物率，绕击指的是雷电绕过避雷安装而击中被维护物体的景象。我国有关规程所引荐的维护范围对应于体的景象。我国有关规程所引荐的维护范围对应于0.10.1的绕击率。的绕击率。 (一)单支避雷针 h 避雷针高度 P 高度修正系数 当h30m时,P1 当30mh120m时,P rx- 被维护物的高度 hx- 维护范围h5.5Phhrxx)(Phhrxx)25 . 1 (）（2hhx）（2hhx二两支等高避雷针经过叠加求出结合维护范围避雷线的维护范围避雷线的维护范围u

10、维护线路维护线路u我国普通我国普通110kV110kV以上线路采用避雷线以上线路采用避雷线u35kV35kV线路的进线段线路的进线段u国外，如日本配电线路也用国外，如日本配电线路也用u维护维护500kV500kV大型超高压发变电站大型超高压发变电站三单根避雷线三单根避雷线Phhrxx)(47.0Phhrxx)53. 1( ）（2hhx）（2hhx 因此单根避雷线的维护半因此单根避雷线的维护半径要比单根避雷针的维护半径要比单根避雷针的维护半径小得多径小得多 (四)两根等高避雷线 两线外侧的维护范围按单根避雷线方法确定；两线内侧的维护高度由两线及维护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定。二二 避雷器的

11、根本原理避雷器的根本原理u避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引避雷器是用以限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压的一种电气设备起的内部过电压的一种电气设备u避雷器的维护原理与避雷针不同。它本质上是一种放电避雷器的维护原理与避雷针不同。它本质上是一种放电器，并联衔接在被维护设备附近，当作用电压超越避雷器，并联衔接在被维护设备附近，当作用电压超越避雷器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的开器的放电电压时，避雷器即先放电，限制了过电压的开展，从而维护了其他电气设备免遭击穿损坏展，从而维护了其他电气设备免遭击穿损坏1. 1. 维护间隙维护间隙2. 2. 管式排气式避雷器

12、管式排气式避雷器3. 3. 阀型避雷器阀型避雷器4. 4. 氧化锌避雷器氧化锌避雷器避雷器有以下四种类型：避雷器有以下四种类型：1 1 维护间隙维护间隙 2 2 排气式避雷器排气式避雷器 3 3 阀型避雷器阀型避雷器 4 4 氧化锌避雷器氧化锌避雷器 5 5 被维护电器设备被维护电器设备 避雷器维护作用原理表示避雷器维护作用原理表示 u具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合u应有较强的绝缘强度自恢复才干，以利于快速切断工应有较强的绝缘强度自恢复才干，以利于快速切断工频续流，使系统得以继续运转频续流，使系统得以继续运转 避雷器的根本要求 (a)

13、(b) (c) 1电气设备的伏秒特性， 2避雷器的伏秒特性避雷器与电气设备的伏秒特性配合图避雷器与电气设备的伏秒特性配合图一一 维护间隙维护间隙 维护间隙与被维护绝缘并联，它的击穿电压维护间隙与被维护绝缘并联，它的击穿电压比后者低，使过电压波被限制到维护间隙的击比后者低，使过电压波被限制到维护间隙的击穿电压穿电压UbUb。缺陷：缺陷： 1 1伏秒特性很陡；伏秒特性很陡； 2 2维护间隙没有专门的灭弧安装维护间隙没有专门的灭弧安装 3 3产生大幅值的截波。产生大幅值的截波。 运用范围：仅用于不重要和单相接地不会导运用范围：仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果的场所。致严重后果的场所。二管式避雷

14、器亦称排气式避雷器 它本质上是一只具有较强灭弧才干的维护间隙，其根它本质上是一只具有较强灭弧才干的维护间隙，其根本元件为装在消弧管内的火花间隙，在安装时再串接本元件为装在消弧管内的火花间隙，在安装时再串接一只外火花间隙。一只外火花间隙。缺陷：缺陷： 1 1续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂续流太小时不能灭弧，太大时产气过多，使管子爆裂 2 2伏秒特性和产生截波方面与维护间隙类似伏秒特性和产生截波方面与维护间隙类似, ,维护较费维护较费事事 运用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方运用范围：仅安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所、发电厂的进线段维护中。和用于变电所、发

15、电厂的进线段维护中。( (三三) ) 普通阀式避雷器普通阀式避雷器 变电所的防雷维护主要依托阀式避雷器，它在变电所的防雷维护主要依托阀式避雷器，它在电力系统过电压维护和绝缘配合中都起着重要电力系统过电压维护和绝缘配合中都起着重要的作用，它的维护特性是选择高电压电力设备的作用，它的维护特性是选择高电压电力设备绝缘程度的根底。绝缘程度的根底。 构造：主要由火花间隙构造：主要由火花间隙F F及与之串联的任务电阻及与之串联的任务电阻R R两大部分组成。两大部分组成。特点： 对任务电阻的首位要求是它应具有良好的非线性伏安特性，即在冲击大电流下，阻值应很小，让冲击电流顺利泄入地下，且残压不高；在工频电流下

16、，阻值要变大，以利灭弧。(四)磁吹式避雷器 与普通阀式避雷器类似，主要区别采用了灭弧才干较强的磁吹火花间隙和通流才干较大的高温阀片。 1、旋弧型磁吹避雷器 2、灭弧栅型磁吹避雷器(五)金属氧化物避雷器MOA氧化锌氧化锌(ZnO)(ZnO)，具有极其优良的非线性特性。，具有极其优良的非线性特性。优点：优点： 1 1可省去串联火花间隙，构造大大简单可省去串联火花间隙，构造大大简单 2 2由于具有极好的非线性伏安特性，维护性能由于具有极好的非线性伏安特性，维护性能优越优越 3 3无续流、动作负载轻、能反复动作实施维护无续流、动作负载轻、能反复动作实施维护 4 4流通容量大，能制成重载避雷器流通容量大

17、，能制成重载避雷器 5 5耐污性好耐污性好 维护间隙和管型避雷器在间隙击穿后，维护回路再也没有限流元件，维护动作都要呵斥接地缺点或相间短路缺点，维护作用增多电力系统缺点率，影响电力系统的正常、平安运转。运用氧化锌避雷器，从根本上防止维护作用产生接地缺点或相间短路缺点，且不用自动重合闸安装就能减少线路雷害停电事故。开发年代开发年代维护安装类型维护安装类型1919世纪世纪70708080年年代代棒型放电间隙和熔丝棒型放电间隙和熔丝1919世纪末世纪末角形维护间隙，防止雷击损坏设备绝缘而呵斥事故角形维护间隙，防止雷击损坏设备绝缘而呵斥事故2020世纪世纪2020年代年代铝避雷器，氧化膜避雷器铝避雷器

18、，氧化膜避雷器2020世纪世纪3030年代年代管式避雷器，主要用于发电厂、变电所进线和线路的维管式避雷器，主要用于发电厂、变电所进线和线路的维护护2020世纪世纪4040年代年代SiCSiC避雷器，用于交直流系统发变电设备的维护，避雷器，用于交直流系统发变电设备的维护，4040年代年代至至5050年代迅速开展，并不断运用至今年代迅速开展，并不断运用至今2020世纪世纪5050年代年代SICSIC磁吹避雷器，复合式避雷器磁吹避雷器，复合式避雷器2020世纪世纪6060年代年代ZnOZnO压敏电阻，用于电子设备的维护压敏电阻，用于电子设备的维护2020世纪世纪7070年代年代ZnOZnO避雷器，用

19、于交直流电力系统发、变电设备的维护，避雷器，用于交直流电力系统发、变电设备的维护，正逐渐取代正逐渐取代SiCSiC避雷器避雷器2020世纪世纪8080年代年代合成绝缘合成绝缘ZnOZnO避雷器，用于发、变电设备维护外，还包括避雷器，用于发、变电设备维护外，还包括线路防雷及深度限制操作过电压等线路防雷及深度限制操作过电压等避雷器开展阅历：从放电间隙到氧化锌避雷器悬挂式避雷器运用于变电站避雷器运用于室避雷器运用于室内变电站入口处内变电站入口处三三 防雷接地防雷接地4 任务接地任务接地4 维护接地维护接地4 防雷接地防雷接地1 1 任务接地任务接地交流电力系统根据中性点能否接地而分为中性点接交流电力

20、系统根据中性点能否接地而分为中性点接地系统和中性点绝缘系统，另外还有中性点经过电地系统和中性点绝缘系统，另外还有中性点经过电阻或电感接地的中性点非有效接地系统阻或电感接地的中性点非有效接地系统定义：我国在定义：我国在110kV110kV及以上的电力系统中多采用中及以上的电力系统中多采用中性点接地的运转方式，其目的是为了降低电力设备性点接地的运转方式，其目的是为了降低电力设备的绝缘程度的绝缘程度目的：降低作用在设备绝缘上的电压，因此设备的目的：降低作用在设备绝缘上的电压，因此设备的绝缘程度也可以降低，即到达减少设备绝缘尺寸、绝缘程度也可以降低，即到达减少设备绝缘尺寸、降低设备造价的目的降低设备造

21、价的目的在正常情况下，流过接地安装的电流为系统的不平在正常情况下，流过接地安装的电流为系统的不平衡电流，而在系统发生短路缺点时将有数十千安的衡电流，而在系统发生短路缺点时将有数十千安的短路电路流过接地安装，继续时间短路电路流过接地安装，继续时间0.5s0.5s左右左右2 2 维护接地维护接地在电气设备发生缺点时，电气设备的外壳将带在电气设备发生缺点时，电气设备的外壳将带电，假设这时人接触设备外壳，将产生危险。电，假设这时人接触设备外壳，将产生危险。因此为了保证人身平安，一切电气设备的外壳因此为了保证人身平安，一切电气设备的外壳必需接地，这种接地称为维护接地必需接地，这种接地称为维护接地当电气设

22、备的绝缘损坏而使外壳带电时，流过当电气设备的绝缘损坏而使外壳带电时，流过维护接地安装的缺点电流应使相应的继电维护维护接地安装的缺点电流应使相应的继电维护安装动作，切除缺点设备，另外也可以经过降安装动作，切除缺点设备，另外也可以经过降低接地电阻保证外壳的电位在人体平安电压值低接地电阻保证外壳的电位在人体平安电压值之下，从而防止因电气设备外壳带电而呵斥的之下，从而防止因电气设备外壳带电而呵斥的触电事故触电事故3 3 防雷接地防雷接地为了防止雷电对电力系统及人身平安的危害，为了防止雷电对电力系统及人身平安的危害，普通采用避雷针、避雷线及避雷器等雷电防护普通采用避雷针、避雷线及避雷器等雷电防护设备设备

23、雷电防护设备都必需与适宜的接地安装相连，雷电防护设备都必需与适宜的接地安装相连，以将雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地以将雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地流过防雷接地安装的雷电流幅值很大，可以到流过防雷接地安装的雷电流幅值很大，可以到达数百千安，但继续的时间很短，普通只需数达数百千安，但继续的时间很短，普通只需数十微秒十微秒 接地的功能接地的功能4降低电力设备绝缘程度降低电力设备绝缘程度4确保电力系统平安运转确保电力系统平安运转4 输电线路杆塔接地安装的接地电阻必需降输电线路杆塔接地安装的接地电阻必需降低到一定值，以降低雷击输电线路杆塔时的塔低到一定值，以降低雷击输电线路杆塔时的塔顶电位

24、与导线的电位差小于绝缘子串的顶电位与导线的电位差小于绝缘子串的50%50%冲冲击放电电压来保证线路的正常运转击放电电压来保证线路的正常运转4 确保人身平安确保人身平安4当电气设备绝缘损坏或老化而使外壳带电时，当电气设备绝缘损坏或老化而使外壳带电时，维护接地可以保证接触设备外壳的人员的人身维护接地可以保证接触设备外壳的人员的人身平安平安4另外发变电站接地安装经过降低接地电阻和采另外发变电站接地安装经过降低接地电阻和采取均压措施来保证接触电压满足人身平安要求取均压措施来保证接触电压满足人身平安要求4检测接地缺点检测接地缺点4近年来为了保证人身和财富平安，低压线路采用漏电近年来为了保证人身和财富平安

25、，低压线路采用漏电断路器等各种缺点维护安装。假设线路的一点产生接断路器等各种缺点维护安装。假设线路的一点产生接地缺点，为了使维护安装动作，那么必需产生足够大地缺点，为了使维护安装动作，那么必需产生足够大的接地缺点电流。为确保满足该条件，那么在降压变的接地缺点电流。为确保满足该条件，那么在降压变压器二次侧中性点接地，该接地可以称为接地缺点检压器二次侧中性点接地，该接地可以称为接地缺点检测用的接地测用的接地4对中性点接地的线路，假设电气设备外壳不接地，当对中性点接地的线路，假设电气设备外壳不接地，当由于绝缘破坏等缘由使设备外壳带电时，经过杂散电由于绝缘破坏等缘由使设备外壳带电时，经过杂散电容构成回

26、路产生的电流将缺乏以使维护设备可靠动作，容构成回路产生的电流将缺乏以使维护设备可靠动作，因此应将设备外壳接地因此应将设备外壳接地4功能接地功能接地4有些设备在功能上即有加以接地的必要性。例有些设备在功能上即有加以接地的必要性。例如阴极维护利用电化学防止金属的腐蚀，为了如阴极维护利用电化学防止金属的腐蚀，为了使防蚀电流流入土壤或水中，那么应在系统中使防蚀电流流入土壤或水中，那么应在系统中进展接地。另外为了保证计算机及其它电子设进展接地。另外为了保证计算机及其它电子设备的正常任务，必需采器具有稳定电位的基准备的正常任务，必需采器具有稳定电位的基准点，该基准点经过接地来实现。点，该基准点经过接地来实现。4作业用接地作业用接地4在停电作用时，需求采用接地来泄放线路