第六章雷電及防雷設(shè)備

1、 雷電自然中最宏偉壯觀的現(xiàn)象，也是最普遍的現(xiàn)象之一，它對人類的生活環(huán)境、工作條件等都造成了很大的影響，因此對雷電的研究和防護(hù)意義重大。 早在18世紀(jì)初，富蘭克林等物理學(xué)家已經(jīng)揭示了“閃電就是電”的本質(zhì)，而隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識。第六章 雷電及防雷設(shè)備從電力工程的角度來看，最值得我們注意的兩個方面是： 雷電放電在電力系統(tǒng)中引起很高的雷電過電壓，它是造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過電動力引起機械損壞。 雷電放電實質(zhì)上是一種超長氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會引起巨大

2、的電磁效應(yīng)、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)。第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷云的形成 雷電放電過程 雷電參數(shù) 雷電過電壓的形成雷云的形成機理獲得比較廣泛認(rèn)同的是水滴分裂起電理論：大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水沫被上升氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。雷云下部局部正電荷區(qū)。一、雷云的形成 二、雷電放電過程三、雷電參數(shù)(一)雷電活動頻度雷暴日及雷暴小時 雷暴日Td是一年中發(fā)生雷電的天數(shù)，以聽到雷聲為準(zhǔn)，在一天內(nèi)只要聽到過雷聲，無論次數(shù)多少，均計為一個雷暴日。 雷暴小時Th是一年中發(fā)生雷電放電的小時數(shù)，在一個小時內(nèi)只要有一次雷電，即計為一個雷電小時。 一個雷暴日

3、折合三個雷暴小時。 雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān) Td 40，多雷區(qū)；90，強雷區(qū) (二)地面落雷密度( )和雷擊選擇性 表示每平方公里地面在一個雷暴日受到的平均雷擊次數(shù)。 我國標(biāo)準(zhǔn)對Td 40的地區(qū)，取 0.07 (三)雷道波阻抗（Z0） 雷電通道長度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。 主放電過程可看作是一個電流波沿著波阻抗為Z0的雷道投射到雷擊點的波過程。 我國有關(guān)規(guī)程建議取Z0 300 負(fù)極性雷擊均占7590%，對設(shè)備絕緣危害較大,防雷計算中一般均按負(fù)極性考慮。(四)雷電的極性02II 88lgIPI(五)雷電流幅值

4、（ ） 0I 通常定義雷電流為雷擊于低阻接地電阻( 30)的物體時流過雷擊點的電流。它近似等于電流入射波 的兩倍，即 I一般地區(qū)，雷電流幅值超過 的概率可按下式計算波前陡度的最大極限值一般可取50kA/us左右。(六)雷電流的波前時間、陡度及波長 雷電流的波前時間T1處于14us的范圍內(nèi)，平均為2.6us。波長T2 處于20100us的范圍內(nèi)，多數(shù)為40us左右。 我國防雷設(shè)計采用2.6/40us的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50us6 . 2Ia 雷電流波前的平均陡度 (kA/us)(0tteeIiati )(1Ttati)(11TtIaTi)cos1(2

5、tIi (七)雷電流的計算波形1、雙指數(shù)波2、斜角波3、斜角平頂波 4、半余弦波在防雷計算中，按不同要求采用不同的計算波形(八)雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時間 有55的對地雷擊包含兩次以上的重復(fù)沖擊；35次沖擊者有25%；10次以上者有4%。平均重復(fù)沖擊次數(shù)取3次。一次雷電總延續(xù)時間，有50%小于0.2s(九)放電能量 A=QU=107V20C20107W. .s，放電能量不大，但是在極短時間內(nèi)放出的，因而功率很大。四、雷電過電壓的形成 (一)雷電放電的計算模型(三)感應(yīng)雷擊過電壓 雷擊于線路附近大地或接地的線路桿塔頂部等，在絕緣的導(dǎo)線上引起感應(yīng)過電壓。AiUIR100AUI(二)直接雷擊過電

6、壓 雷擊于地面上接地良好的物體雷擊于導(dǎo)線或檔距中央避雷線在先導(dǎo)放電階段，雖然有束縛電荷的存在，但是由于負(fù)電荷移動較慢，故線路上產(chǎn)生的的電流較小，相應(yīng)的電壓也較小，可忽略。主放電階段，負(fù)電荷迅速被中和，束縛的正電荷產(chǎn)生的電場使導(dǎo)線對地形成一定電壓，而雷電流產(chǎn)生的磁通在導(dǎo)線也感應(yīng)出一定電壓。這兩者之和就是感應(yīng)雷擊過電壓，分別稱為雷擊過電壓的靜電分量和電磁分量。小 結(jié)獲得比較廣泛認(rèn)同的雷云形成機理為水滴分裂起電理論。 雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長氣隙的火花放電。其發(fā)展過程分為三個階段：第一次主放電、箭狀先導(dǎo)、第三次主放電。 從雷電過電壓計算和防雷設(shè)計的角度來看，值得注意的雷電參數(shù)有雷暴日及雷暴小時

7、、雷電流幅值、雷電流的計算波形等。 感應(yīng)雷擊過電壓的形成機理與直接雷擊過電壓完全不同。第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置避雷針和避雷線 保護(hù)間隙和避雷器 防雷接地現(xiàn)代電力系統(tǒng)中實際采用的防雷保護(hù)裝置主要有：避雷針、避雷線、保護(hù)間隙、各種避雷器、防雷接地、電抗線圈、電容器組、消弧線圈、自動重合閘等等。一、避雷針和避雷線一、避雷針和避雷線 電力系統(tǒng)中需要安裝直接雷擊防護(hù)裝置，廣泛采用的即為避雷針和避雷線（又稱架空地線）。 避雷針適宜用于變電所、發(fā)電場這樣相對集中的保護(hù)對象；避雷線適宜用于象架空線路那樣伸展很廣的保護(hù)對象。保護(hù)原理：避雷針（線）一般均高于被保護(hù)對象，它們的迎面先導(dǎo)往往開始得最早，發(fā)展得最快，最先影

8、響雷電下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使之擊向避雷針（線），并順利泄入地下，使處于它們周圍的較低物體受到屏蔽保護(hù)、免遭雷擊。保護(hù)范圍：保護(hù)范圍：表示避雷裝置的保護(hù)效能，保護(hù)范圍是相對表示避雷裝置的保護(hù)效能，保護(hù)范圍是相對的，每一個保護(hù)范圍都有規(guī)定的繞擊（概）率，繞擊指的，每一個保護(hù)范圍都有規(guī)定的繞擊（概）率，繞擊指的是雷電繞過避雷裝置而擊中被保護(hù)物體的現(xiàn)象。我國的是雷電繞過避雷裝置而擊中被保護(hù)物體的現(xiàn)象。我國有關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍對應(yīng)于有關(guān)規(guī)程所推薦的保護(hù)范圍對應(yīng)于0.10.1的繞擊率。的繞擊率。 ( (一一) )單支避雷針單支避雷針()()2xxxhrhhPh(1.52 )()2xxxhrhh Phx

9、hxrh 避雷針高度避雷針高度 P 高度修正系數(shù)高度修正系數(shù) - - 被保護(hù)物的高度被保護(hù)物的高度 - - 保護(hù)范圍保護(hù)范圍mh30當(dāng)當(dāng) 時時 P P1 1 mhm12030hP5 .5當(dāng)當(dāng) 時時( (二二) )多只避雷針（通過疊加求出聯(lián)合保護(hù)范圍）多只避雷針（通過疊加求出聯(lián)合保護(hù)范圍） 因此單根避雷線的保護(hù)半徑要比單根避雷針的保護(hù)半徑小得多0.47()()2xxxhrhhPh(1.53 )()2xxxhrhh Ph(三)單根避雷線 兩線外側(cè)的保護(hù)范圍按單根避雷線方法確定；兩線內(nèi)側(cè)的保護(hù)高度由兩線及保護(hù)范圍上部邊緣最低點O的圓弧來確定(四)兩根等高避雷線 應(yīng)用范圍：僅用于不重要和單相接地不會導(dǎo)

10、致嚴(yán)重后果的場合。二、保護(hù)間隙和避雷器 保護(hù)間隙與被保護(hù)絕緣并聯(lián)，它的擊穿電壓比后者低，使過電壓波被限制到保護(hù)間隙F的擊穿電壓Ub。缺點：1）伏秒特性很陡； 2）保護(hù)間隙沒有專門的滅弧裝置3）產(chǎn)生大幅值的截波。（一）保護(hù)間隙 （二）管式避雷器（亦稱排氣式避雷器） 它實質(zhì)上是一只具有較強滅弧能力的保護(hù)間隙，其基本元件為裝在消弧管內(nèi)的火花間隙，在安裝時再串接一只外火花間隙。缺點：2）伏秒特性和產(chǎn)生截波方面與保護(hù)間隙相似,維護(hù)較麻煩。3）應(yīng)用范圍：僅安裝在輸電線路上絕緣比較薄弱的地方和用于變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)中。1）續(xù)流太小時不能滅弧，太大時產(chǎn)氣過多，使管子爆裂。結(jié)構(gòu)：主要由火花間隙F及與之串

11、聯(lián)的工作電阻R兩大部分組成。(三)普通閥式避雷器 變電所的防雷保護(hù)主要依靠閥式避雷器，它在電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)和絕緣配合中都起著重要的作用，它的保護(hù)特性是選擇高電壓電力設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。 (四)磁吹式避雷器 與普通閥式避雷器類似，主要區(qū)別采用了滅弧能力較強的磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片。1、旋弧型磁吹避雷器2、滅弧柵型磁吹避雷器特點： 對工作電阻的首位要求是它應(yīng)具有良好的非線性伏安特性，即在沖擊大電流下，阻值應(yīng)很小，讓沖擊電流順利泄入地下，且殘壓不高；在工頻電流下，阻值要變大，以利滅弧。 (五)金屬氧化物避雷器（MOA）氧化鋅(ZnO)，具有極其優(yōu)異的非線性特性。優(yōu)點：1）可省去串聯(lián)火

12、花間隙，結(jié)構(gòu)大大簡單2）由于具有極好的非線性伏安特性，保護(hù)性能優(yōu)越3）無續(xù)流、動作負(fù)載輕、能重復(fù)動作實施保護(hù)4）流通容量大，能制成重載避雷器5）耐污性好三、防雷接地三、防雷接地（一）接地一般概念 電工中“地”是指地中不受入地電流的影響而保持著零電位的土地。電氣設(shè)備導(dǎo)電部分和非導(dǎo)電部分與大地的人為連接稱為接地。電力系統(tǒng)的接地分為三類：1）工作接地：正常工作需要而設(shè)置的接地。0.5102）保護(hù)接地：為了保護(hù)人身安全金屬接地。110 3）防雷接地：將雷電流順利泄如地下，以減小它所引起的過電壓。eeeIUReiiRRiReRi沖擊接地電阻 ，工頻或直流下的接地電阻 ，二者之比稱為沖擊系數(shù) 。i 的值一般小于1，但在接地體很長時也有可能大于1。 接地電阻Re等于從接地體到地下遠(yuǎn)處零位面之間的電壓Ue與流過的工頻或直流電流Ie之比。)18(ln2dllRenRRee)(ln22AhdLLRe 常見的一些接地體的工頻接地電阻計算公式1、單根垂直接地體2、多根垂直接地體3、水平接地體(二)防雷接地及有關(guān)計算防雷接地所泄放的電流是沖擊大電流。 接地體單位長度電感L0，壓降L0di/dt很可觀，使接地體變成非等電位物體。L0的影響使伸長接地體的沖擊接地電阻Ri增大接地體周圍會出現(xiàn)一個火花放電區(qū)，使沖擊接地電阻Ri變小。兩者對接地電阻的影響相反?？?/p>