第4章电力系统大气过电压及防护1

1、 电力系统的过电压电力系统的过电压一、过电压定义一、过电压定义：超过正常运行电压并可使电力系统的绝缘或保护设备损坏的异常电压升高 。二、分类：二、分类：外部过电压和内部过电压过电压的分类（1）外部过电压直击雷过电压：流经被击物很大的雷电流造成的。感应过电压：由于电磁场剧烈改变而产生的。侵入波过电压（2）内部过电压电力系统内部因操作或发生故障，使系统常数发生变化所引起的过电压，其能量来自系统内部，幅值与最大工作相电压有一定比例关系。 形式：工频过电压、操作过电压及谐振过电压第4章 电力系统大气过电压及防护4.1 雷闪过电压雷闪过电压 雷电视频一雷电视频二上行雷是由接地物体顶部激发起，向雷云方向发

2、展的。下行雷是在雷云中产生并向大地发展的。先导放电阶段：先导放电阶段：云中电荷集中在几个带电中心，当云中某一点的电荷达到一定数量，电场强度达到使空气绝缘破坏（击穿）时（2530kV/cm），空气开始游离，变成导电通道，形成了先导放电通道，从云的带电中心向地面发展（逐级）。在其发展的初始阶段，方向不固定，会受到一些偶然因素的影响。主放电阶段：主放电阶段：先导通道头部接近地面时，先导通道头部对大地的极大电位差，使剩余间隙中产生极大的场强，造成强烈的游离，形成高导电通道，将先导通道头部与大地接通，即主放电阶段开始，发生闪电和巨大的雷响。该通道将大地电位带到通道上端， 使该处的电位接近于大地，使先导通

3、道 改变成更高电导的主放电通道。所以 主放电通道是从地面向云发展的。主放电时，沿着雷电流通道流过很大的雷电流（几万安培至几十万安培），使被雷击点周围的磁场发生很大变化，从而起到很大破坏作用。余辉放电阶段：余辉放电阶段：主放电完成后，云中 的剩余电荷沿雷电流 通道继续流向大地， 形成余辉放电。 由于雷云中存在几个电荷中心，所以雷电往往是重复的，一般23次。即在第一次放电后，经过几十ms后，沿着第一次的通道又开始第二次放电。二、雷电的特点和参数 1 1、 雷电特点：雷电特点：雷击具有冲击性雷击具有冲击性在很短的时间内（0.5s），电压、电流会迅速上升（1亿伏、几十万安），电能达到2500kW.h。

4、雷电具有重复性雷电具有重复性放电的平均数是3。雷击具有选择性雷击具有选择性雷云附近，因静电感应而产生的电荷的分布的特点是：地面上弯曲的部分比平坦的电荷多而密集，容易将带异性电荷的雷云拉过来，对其放电，造成定向雷击。 2、雷电参数： 雷电通道波阻抗雷电通道波阻抗 主放电时，雷电通道可看作与普通导线类似，具有一定的阻抗，其值为沿通道运动的电压波u0与电流波的比值： Z0= u0/i0=300400欧雷电流的波形雷电流的波形 主放电时电流波形的波前部分近似半余弦波，波头14s，一般取1=2.6s。波长处于20100s的范围内，多数处于40s左右。 雷电流的上升陡度为di iL/dt=IL/2.6（k

5、A/s）雷电流幅值及概率分布雷电流幅值及概率分布雷暴日雷暴日T T每年中有雷电的日数。每年中有雷电的日数。 T T与纬度及距海洋远近有关。与纬度及距海洋远近有关。 我国第我国第1 1大雷区：海南省那大镇大雷区：海南省那大镇130.7130.7日日/ /年年 我国第我国第2 2大雷区：海南省海口市大雷区：海南省海口市115115日日/ /年年 广州市广州市8484日日/ /年年地面落雷密度地面落雷密度r r每一雷暴日、每平方公里地面每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数。有关规程建议：遭受雷击的次数。有关规程建议： r r= 0.015= 0.015次次/ /kmkm2 2. . 雷暴日雷暴日

6、在进行防雷设计和采取防雷措施时，必须掌握该地区的雷在进行防雷设计和采取防雷措施时，必须掌握该地区的雷电活动规律。某一地区的雷电活动强度可用雷暴日表示。电活动规律。某一地区的雷电活动强度可用雷暴日表示。三、雷电冲击波过电压和伏秒特性1 1、雷电冲击波过电压、雷电冲击波过电压作用时间很短的非周期变化的过电压。作用时间很短的非周期变化的过电压。（几个微秒到几十个微秒）（几个微秒到几十个微秒）2 2、标准冲击电压波形：、标准冲击电压波形： 为了在模拟雷电放电引起的过电压时，使结果具备可比性，需为了在模拟雷电放电引起的过电压时，使结果具备可比性，需规定标准波形。规定标准波形。标准冲击电压波形的参数：标准

7、冲击电压波形的参数： 波前时间波前时间 1 1 = =（1.21.230%30%） s s， 波长波长 2 2 = =（505020%20%） s s 通常表示为：通常表示为：1.2 / 50 1.2 / 50 s s 3 3、放电时延：、放电时延： ts: :统计时延；统计时延；tf：放电形成时延：放电形成时延 4 4、50%50%冲击放电电压冲击放电电压U U50%50%： 由于冲击电压作用下放电的分散性，如果在某一冲击由于冲击电压作用下放电的分散性，如果在某一冲击电压作用下，间隙击穿的概率为电压作用下，间隙击穿的概率为50%50%时，称此电压为时，称此电压为50%50%冲击击穿电压，用冲

8、击击穿电压，用 U U50% 50% 表示。表示。 U U50% 50% 表示间隙耐受冲击电压的能力。表示间隙耐受冲击电压的能力。 冲击系数冲击系数 = U = U50% 50% / U/ U0 0 ，U U0 0 - -工频静态击穿电压 5 5、间隙（绝缘结构）的伏秒特性：、间隙（绝缘结构）的伏秒特性： 表示间隙放电电压与放电时间的关系曲线。表示间隙放电电压与放电时间的关系曲线。四、大气过电压的类型直击雷过电压直击雷过电压雷直接对设备或导线放电。雷直接对设备或导线放电。感应雷过电压感应雷过电压雷击于设备或导线附近地面雷击于设备或导线附近地面时，电磁场剧烈改变，在设备或导线上感应而时，电磁场剧

9、烈改变，在设备或导线上感应而产生的过电压。产生的过电压。侵入波过电压侵入波过电压当远方导线遇直击雷或感应当远方导线遇直击雷或感应雷时，电磁波沿导线以光速传递。雷时，电磁波沿导线以光速传递。五、防雷保护设备 避雷针避雷针主要用来防护直击雷过电压。主要用来防护直击雷过电压。 由接闪器、接地引下线、接地体组成。它应比由接闪器、接地引下线、接地体组成。它应比被保护的设备高，将雷电吸引到针尖，并安全地被保护的设备高，将雷电吸引到针尖，并安全地导入大地，从而保护设备。导入大地，从而保护设备。避雷线避雷线主要用来防护直击雷过电压。主要用来防护直击雷过电压。 其接闪器由悬挂在线路上的接地导线组成。其接闪器由悬

10、挂在线路上的接地导线组成。 封开江口电厂110KV户外升压站避雷针避雷针采用圆钢或焊接钢管。针长1m以下，圆钢直径不小于12mm，钢管直径不小于20 mm；针长12 m时，圆钢直径不小于16 mm，钢管直径不小于25 mm。装在烟囱顶端时，圆钢直径不小于20 mm，它通常安装在构架，支柱或建筑物上。避雷针的下端要经引下线与接地装置连接。避雷针避雷针的功能实质上是引雷作用。由于避雷针安装在高度高于被保护物，因此当雷电先导临近地面时，它能使雷电场畸变，改变雷电先导的通道方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连接的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地中去，使被保护物免受直接雷击。避雷针能否有效的对保护物进行保护，被保护物是否在其有效的保护范围内是很重要的。避雷针的保护范围，就是指避雷针下方免受直接雷击的安全空间。广东惠来石碑山风力发电厂避雷线避雷线的功能和原理与避雷针基本相同，它架设在空线路的上面，以保护架空线路或其它物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又是接地，因此它又称为架空地线。避雷线一般采用截面积不小于35 mm的镀锌钢绞线。避雷器 主要用来防护侵入波过电压和内部过电压。避雷器因与保护设备并联，当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的电阻急剧降低，使过电压对地放电，从而保护绝缘。两个基本要求：