第四章-雷电放电特性及防雷装置

1、高电压技术,第四章 雷电放电特性及防雷装置,第一节雷电的放电过程,雷电放电是由带电荷的雷云引起的放电现象 雷云带电机理：冻结起电、水滴分裂起电等,大多数的放电发生在雷云之间不危险 少数的放电发生在雷云和大地之间危险,对地放电： 雷电的极性：雷云下行到大地的电荷的极性。 90% 负极性,雷电放电过程,先导放电主放电余光放电三个主要阶段,1、先导放电,特点： 雷云下部伸出微弱的放电通道,向地面的发展分级推进。,10200m/级，每级间歇时间10100us 下行速度0.10.8m/us, 电流较小，几十几百安培,2、主放电阶段,（1）极大的电流（几十几百千安） （2）T极高（2万C以上 ） （3）雷

2、鸣 （4）闪电 （5）t极短（ 50100us ）,3、余光放电,（1）电流较小（约为数百安） （2）t长（0.030.15s）,重复放电,由于雷云中存在多个电荷密集中心。 重复放电的次数，多数情况下为23次。,迎面先导,雷电的热效应：雷电通道温度15000 20000oC，森林大火； 雷电的机械效应：气体膨胀爆炸， 热应力，电动力 雷电造成的事故：黄岛油库,一九八九年八月十二日上午九点五十分，黄岛油库装有万吨原油的五号油罐因雷击爆炸起火。下午两点四十分，熊熊燃烧的五号罐又相继引爆了周围的油罐。 人在火灾中不幸丧生，人受伤。,第二节 雷电参数,易击区 空旷地区：雷击高的物体 山区：有时山顶物体

3、，有时迎风面 与地质条件有关：矿物质的影响,1、雷电流峰值I,雷电流峰值概率曲线,陕南以外的西北地区及内蒙古：,波前时间：14us，平均2.6us,半峰值时间：20100us，平均50us,陡度：,2、雷电流波形,(a) 双指数波 (b) 斜角平顶波 (c) 半余弦波,3、雷暴日：,某地区一年中有雷电的天数,雷暴小时：,一年中有雷电的小时数,年平均雷暴日Td 年平均雷暴小时Th,因地制宜,我国年平均雷暴日分布：,北纬23.5以南 80个 北纬23.5至长江以南大部分地区：4080个 长江以北大部分地区，包括华北华东地区 ：2040个 西北地区 20个,强雷区：Td 90个,多雷区：Td 40个

4、,少雷区：Td 15个,4、地面落雷密度,指每个雷暴日每平方公里地面上的平均落雷次数,对Td=40的地区 0.07 次/雷暴日 km2,5、架空线路年平均遭受雷击次数 N,N线路受雷击次数（次/100km年），Td年平均雷电日数。,第三节 避雷针和避雷线,原理：,将雷电引入自身，经接地线流入大地，从而使被保护设备避免雷击。,避雷针：发电厂、变电所中,避雷线：架空线路中,一、避雷针,由接闪器（针头）、引下线和接地装置三部分组成,构架避雷针,1、要求,（1）可靠接地 （2）对设备提供可靠屏蔽,2、单支避雷针的保护范围,hx h/2 rx（hhx）p= ha p,hxh/2 rx=（1.5h2hx）

5、p,h避雷针高度（m）； ha（hhx）避雷针的有效高度； p高度影响系数。 h30m时，p1； 30h120m时， h120m时，按 中h=120m计算,3、两支等高避雷针,（）定出保护范围上部边缘最低点,（）两针间被保护物高度水平面上保护范围一侧的最小宽度,（）为了保证两针联和保护的效果, h,4、两支不等高避雷针,5、多支等高避雷针,二、避雷线的保护范围,1、单根避雷线的保护范围,当hx h/2时， rx0.47（hhx）p 当hxh/2时， rx=（h1.53hx）p,2、两根等高避雷线的保护范围,保护角： 指避雷线同外侧导线的 连线与垂直线之间的夹角,越小，保护更可靠。 一般取=20

6、30，即可认为导线处于避雷线的保护范围内。,第四节 避雷器,作用：限制作用于设备上的过电压，保护设备 类型：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器,1、保护间隙,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。,优点：结构简单、制造方便 缺点： （1）灭弧能力低，造成误跳闸（有工频续流） 措施：与ZCH配合使用 （2）伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理想,1被保护绝缘的伏秒特性， 2均匀电场间隙的伏秒特性， 3极不均匀电场间隙的伏秒特性,2、管型避雷器,工作原理：,（1）正常UN下： S1、S2绝缘，避雷

7、器不动作 （2）过电压时： 经S2S1棒电极接地 （3）过电压后： 有续流，产气管产生气体，吹弧熄灭,特点：工频续流有上下限: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。 优缺点： （1）熄弧能力比保护间隙要强 （2）伏秒特性较陡且放电分散性大 （3）会形成截波 只用在线路保护和变电所进线段保护,3、阀型避雷器,分类：普通式、磁吹式,结构：火花间隙 + 阀片电阻,（1）火花间隙,电场均匀，伏秒特性平坦,（2）阀片电阻（SiC)非线性电阻,工作原理：,（1）正常UN下： 间隙不击穿，将带电体与阀片电阻绝缘 （2）过电压时： 间隙击穿，电阻Z非常小，将I冲导入大地，电阻上的残压被保

8、护设备的冲击耐压值 （3）过电压后： 阀片电阻Z增大，限制过电流（工频续流） 半个周期内电弧熄灭，保护来不及动作，电网恢复正常,4、ZnO避雷器,金属氧化物避雷器（Metal Oxide Surge Arresters，简写为MOA） MOA 的主要元件是金属氧化物非线性电阻片（Metal Oxide Varistors简写为MOV） MOV的主要成份是氧化锌（ZnO），俗称MOV为氧化锌阀片，MOA为氧化锌避雷器,特点：只有电阻，没有间隙,ZnO和SiC非线性电阻片的UI特性的比较,特点：,（1）无间隙 （2）无续流 （3）耐污性能好 （4）适于大批量生产，造价低廉 （5）性能稳定，寿命长,避雷器应用于室内变电站入口处,悬挂式避雷器应用于变电站,第五节 防雷接地,接地:将地面上的金属物体或电气回路的某一节点通过导体与大地相连，使该物体或节点与大地经常保持等电位。 接地装置：包括引线在内的埋设在地中的一个或一组金属体或由金属导体组成的金属网。（接地体+接地引下线）,一、接地的基本概念,接地电阻：接地装置上电压的幅值与通过接地装置电流的幅值的比值。 工频接地电阻R 冲击接地电阻Ri,接地电阻越小越安全,接触电压,跨步电压,二、接地的分类,1、工作接地,根据电力系统正常运行的需要而进行的接地,R 0.5,2、保护接地,