广告传媒第5章 雷电及防雷设备模版课件

1、 研究雷电过电压的必要性： 雷电现象极为频繁，产生的雷电过电压可达数千kV，足以使电气设备绝缘发生闪络和损坏，引起停电事故。有必要理解雷电产生的原因、过程及参数，以理解防雷原理及设计防雷设备。有必要对输电线路、发电厂和变电所的电气装置采取防雷保护措施。第5章 雷电及防雷设备 雷电的电气参数 避雷针、避雷线的保护范围 管型避雷器和阀型避雷线 金属氧化物避雷器5.5 防雷接地装置本章内容5.1 雷电的电气参数 从电力工程的角度来看，雷电放电最值得我们注意的两个方面是： 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一 产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使

2、导体熔断或通过电动力引起机械损坏。先导放电阶段 负极性雷在地面上感应出正电荷，雷云与地面之间形成强电场，雷云中的负电荷受电场作用不断向下延伸，形成了一个不断伸长的通道（先导），最终与地面短接主放电阶段 通道产生突发的明亮，发出巨大的声响，通道流过幅值很大的，延续时间近百微秒的冲击电流 主放电是造成破坏作用，形成过电压、电动力、爆破力的主要因素余辉放电阶段 剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地。电流逐渐衰减，约为100010A，持续时间约为几ms。 余辉放电是造成物体热效应的主要因素。 雷电放电过程 雷击时计算雷电流电放电过程1 雷击地面时 电荷线密度 雷电放电速度 雷电流2 雷击中避雷针、地线或

3、导线时 有关的雷电参数 雷电放电受气象条件、地形和地质等许多自然因素影响，带有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参数也就具有统计的性质。 主要的雷电参数有： 雷电日及雷电小时、地面落雷密度、雷电流幅值、雷电流等值波形等。 1.雷电日及雷电小时 雷电日Td 该地区一年内有雷电放电的平均天数。雷电小时Th 平均一年内的有雷电的小时数。雷电日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关 Td 40，多雷区； 90，强雷区2. 地面落雷密度 每一雷电日每平方公里地面遭受雷击的次数。 地面落雷密度和雷电日的关系式为： DL/T 6201997标准取 为基准，则3.雷电流幅值 按DL/T 6201997

4、标准，一般我国雷电日超过20的地区雷电流的概率分布为P：雷电流超过I的概率4.雷电流等值波形 雷电流的幅值随各国自然条件的不同而差别较大，而测得的雷电流波形却基本一致雷电流的波头在15us的范围内，多为；波尾多在20100us的范围内，平均约为50us；按DL/T6201997标准，取为。 雷电冲击试验和防雷设计中常用的雷电流等值波形有双指数波、斜角波和半余弦波三种。雷电流的等值波形(a)双指数波 (b)斜角波 (c)半余弦波双指数波特点:与实际波形最为接近,但比较麻烦斜角波特点:比较便于计算，用来分析波过程很方便半余弦波特点:较接近于实际,仅在特殊场合使用返回小 结雷电的放电过程 先导放电阶

5、段 主放电阶段 余辉放电阶段雷击时的等值电路主要的雷电参数有： 雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、雷电流幅值、雷电流等值波形返回 雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千kV，如不采取防护措施，将引起电力系统故障，造成大面积停电。 目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器等防雷保护装置。 避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压 避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所或发电厂的过电压。5.2 避雷针、避雷线的保护范围5.2.1 避雷针防雷原理及保护范围1 避雷针防雷原理 避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或

6、钢管制成作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。 2. 避雷针的保护范围 避雷针的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受直接雷击,是按照保护概率99.9%确定的空间范围。（1） 单支避雷针 P:高度影响系数 两线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定；两线内侧的保护高度由两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定。(2)两支等高避雷针 式中：两针间保护范围上部边缘最低点高度，mD 两避雷针间的距离，m。任一高度的水平面上保护范围 (3)两支不等高避雷针两支不等高避雷针的保护范

7、围从低针顶点作一水平线，与高针保护范围交于3点；以3针为一假想避雷针，作出低针2和3之间的保护范围5.2.2 避雷线（地线）防雷原理及保护范围 避雷线的防雷原理与避雷针相同，主要用于输电线路的保护(1) 单根避雷线在hx水平面上每侧保护范围的宽度：当时 时 式中：rxhx水平面上每侧保范围的宽度，m；hx被保护物的高度，m；h避雷线的高度，m。(2)两根平行避雷线两线外侧按单根确定。两线间的保护范围由通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点O的圆弧确定。 ：两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度，m； D：避雷线间的距离，m。避雷线对导线的保护程度，工程中常用保护角来表示。保护角是指避雷线和外

8、侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角。保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。一般=2030，即认为导线已处于避雷线的保护范围之内。避雷线的保护角返回（3）保护角 管型避雷器和阀型避雷线 避雷针(线)不能完全避免设备不受雷击;从输电线路上也可能有危及设备绝缘的过电压波传入发电厂和变电所。 避雷器实质上是一种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压损坏。 避雷器的常用类型有：保护间隙、管型避雷器、阀式避雷器和金属氧化物避雷器。1.对避雷器的基本要求绝缘强度的合理配合 避雷器与被保护设备的伏秒特

9、性应有合理的配合。在绝缘强度的配合中，要求避雷器的伏秒特性比较平直、分散性小。绝缘强度的自恢复能力 避雷器一旦在冲击电压作用下放电，就造成对地短路。随之工频短路电流（工频续流）要流过此间隙，避雷器应当具有自行截断工频续流，恢复绝缘强度的能力，使电力系统得以继续正常工作2.保护间隙 保护间隙是一种简单的避雷器，按其形状可分为：角型、棒形、环形和球型等，常用角形保护间隙如图所示。1角型电极 2主间隙 3支柱绝缘子 4辅助间隙 5电弧的运动方向作用原理： 当雷电侵入波要危及它所保护的电气设备的绝缘时，间隙首先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。优缺点： 优点：结构简单、

10、制造方便 缺点： 伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理想； 间隙动作后会形成截波； 熄弧能力低，需配合自动重合闸使用；应用范围： 仅用于不重要和单相接地不会导致严重后果的场合。 排气式避雷器1产气管 2棒形电极 3环形电极 S1内间隙 S2外间隙3 管形避雷器（排气式避雷器）作用原理由于产气材料在泄漏电流作用下会分解，因此管子不能长时间接在工作电压上，正常运行靠外间隙来隔离工作电压。当排气式避雷器受到雷电波入侵时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；过电压消失后，在工作电压作用下，流经间隙的工频续流电弧的高温使管内产气材料分解出大量气体，管内压力升高，气体从开口孔喷出，从而使工频续流在第一次经

11、过零值时就熄灭。特点工频续流太大，产气过多，易使管子炸裂；续流太小，产气不足以熄弧对工频续流有上下限要求，需在型号中说明G:管形X:线路用W：产气材料为纤维35：额定电压为35kV1-5：最小、最大续流（kA)优缺点 熄弧能力比保护间隙要强但伏秒特性较陡且放电分散性大，且会形成截波，并受大气条件影响较大应用范围： 只用在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所、发电厂的进线段保护。 4.阀式避雷器 保护间隙和管形避雷器动作时会产生截波，伏秒特性陡，不能用来承担主变、发电机及变电站内重要设备的保护任务，必须对其加以改进。 阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成。它

12、分普通型和磁吹型两大类。（1）普通阀式避雷器a) 工作原理系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免由工作电压在阀片电阻中产生电流使阀片烧坏。 当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，由于间隙放电的伏秒特性低于被保护设备的冲击耐压，设备得到保护。由于阀片的非线性特性，其电阻在流过大的冲击电流时变得很小，故阀片上产生的残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备得到保护； 当过电压消失后，工频续流受阀片的非线性特性限制而很小，从而可在第一次过零时就将电弧切断，而使继电保护来不及动作。b) 阀片（非线性电阻） 阀片用碳化硅颗料,以陶料粘合剂低

13、温（300-350）焙烧而成。其伏安特性如下图 i1工频续流 u1工频电压 i2雷电流 u2避雷器残压C：常数,与阀片材料、尺寸有关：非线性系数,与阀片材料有关阀片的作用限制工频续流,保证火花间隙可靠熄弧当雷电过电压击穿时，不至于突然下降而形成截断波基本结构和工作原理与普通阀式避雷器相同,不同点在于采用了磁吹式火花间隙，从而提高了灭弧能力。 阀片为碳化硅通过高温(1350-1390）焙烧而成,通流容量很大（2）磁吹阀式避雷器（3）阀式避雷器的主要参数额定电压： 避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值灭弧电压： 保证能够在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工频电压。 灭

14、弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压，否则将不能保证续流灭弧而使阀片烧坏。冲击放电电压： 在冲击电压作用下避雷器动作的最小电压幅值 一般低于被保护设备冲击绝缘水平的20%-25%残压： 指雷电流通过避雷器时在阀片电阻上产生的压降 残压应低于被保护设备冲击绝缘水平的20%-25%，太低容易产生截波。保护比： 指避雷器残压与灭弧电压之比。保护比愈小，说明残压愈低或灭弧电压愈高，显示保护性能愈好 间隙的存在会使放电电压受避雷器内部气压的变化而变化, 不能用在高原地区。金属氧化物避雷器(MOA)出现于20世纪70年代，其结构非常简单，仅由相应数量的氧化锌阀片密封在瓷套内组成，也称氧化锌

15、避雷器。 金属氧化物避雷器的阀片是由以氧化锌（ZnO）为主要原料，并添加其它微量的氧化铋（Bi2O3）、氧化钴（Co2O3）、氧化锰（MnO2）、氧化锑（Sb2O3）、氧化铬（Cr2O3）等金属氧化物作添加剂。 5.4 金属氧化物避雷器 （1）氧化锌阀片的伏安特性若10kA下阀片的残压相同，则工作电压下SiC阀片流过的电流达到100-400A，必须加间隙ZnO阀片则只有10-5A的数量级，可不加间隙 （2）氧化锌阀片的优点可做成无间隙 正常工作条件下，流过ZnO阀片的电流很小,不会烧坏阀片无续流 正常工作电压下流过阀片的电流极小,相当于一个绝缘体,不存在工频续流保护性能优越 在过电压作用的全部

16、过程中都有电流,吸收过电压能力强通流容量大 单位面积通流容量比SiC阀片大倍,可用来限制操作过电压（3）氧化锌避雷器的电气参数最大持续运行电压： 允许持续加在避雷器两端的最大工频电压的有效值。取决于系统最大工作相电压额定电压： 避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值残压： 放电电流通过避雷器时，两端之间出现的电压峰值保护比： 标称放电电流下的残压与最大持续运行电压峰值之比。 保护比越小，说明残压越小，最大持续运行电压越大。避雷针作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷线主要用于输电线路的保护。避雷器实质上是一种过电压限制器。保护间隙管型避雷器阀式避雷器金属氧化物避雷器小 结返回5.5 防雷接地装置（1）保护接地 为了保证人身安全，无论在发、配电还是用电系统中都将电气设备的金属外壳接地，以保证金属外壳固定为地电位。（2）工作接地 工作接地是根据电力系统正常运行方式的需要而设置的接地，如中性点接地。（3）防雷接地 当带电体有接地故障时，故障电流向大地流散，以接地点为圆心，半径20 m的圆面积内形成散流场(分布电位)。人站在散流场中，两脚之间(以0.8 m计算)的电位差称为跨步电压。 接触电压是指人触及漏电设备的外壳，加在人手和脚之间的电位差（脚距漏电设备，手触及设备处距地面垂直距离）。 离接地点越近、两脚距离越大，跨步电