高電壓技術(shù)_第5章_雷電放電及防雷保護(hù)裝置4

1、第五章第五章 雷電放電及防雷保護(hù)裝置雷電放電及防雷保護(hù)裝置高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)2/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)3/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓u 雷電放電在電力系統(tǒng)中的危害雷電放電在電力系統(tǒng)中的危害p 雷電過電壓：雷電過電壓：造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故造成電力系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一；的主要原因之一；p 巨大雷電流：巨大雷電流：有可能使被擊物體炸毀、燃燒、使有可能使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通

2、過電動力引起機(jī)械損壞。導(dǎo)體熔斷或通過電動力引起機(jī)械損壞。 雷電的熱效應(yīng)：雷電的熱效應(yīng)：雷電流很大但作用時間很短，因此只雷電流很大但作用時間很短，因此只能產(chǎn)生局部高溫，可使體積較小的金屬熔化。雷電通能產(chǎn)生局部高溫，可使體積較小的金屬熔化。雷電通道溫度道溫度1500020000，可引起森林大火，可引起森林大火 雷電的機(jī)械效應(yīng)：雷電的機(jī)械效應(yīng)：雷電流流過物體，發(fā)熱導(dǎo)致物體內(nèi)雷電流流過物體，發(fā)熱導(dǎo)致物體內(nèi)的水分急劇蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體，氣體膨脹的機(jī)械作用可的水分急劇蒸發(fā)，產(chǎn)生氣體，氣體膨脹的機(jī)械作用可使樹木劈劈裂，器物的的破裂、爆炸。使樹木劈劈裂，器物的的破裂、爆炸。高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)

3、4/90雷云的形成雷云的形成第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓u 大水滴分裂成水珠和細(xì)大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電荷分微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水沫被上升氣流帶往高水沫被上升氣流帶往高空，形成空，形成大片帶負(fù)電的大片帶負(fù)電的雷云。雷云。u 帶正電的水珠，形成雨帶正電的水珠，形成雨水落向地面，或者懸浮水落向地面，或者懸浮在云中，形成在云中，形成雷云下部雷云下部局部正電荷區(qū)局部正電荷區(qū)u 雷云的形成機(jī)理獲得比較廣泛認(rèn)同的是雷云的形成機(jī)理獲得比較廣泛認(rèn)同的是水滴分裂起電理論水滴分裂起電理論高電壓技術(shù)

4、高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)5/901 1先導(dǎo)放電通道先導(dǎo)放電通道2 2強(qiáng)電離區(qū)強(qiáng)電離區(qū)3 3主放電通道主放電通道第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電放電過程雷電放電過程u 雷電放電的本質(zhì)是一種雷電放電的本質(zhì)是一種超長氣隙的不均勻放電（先導(dǎo)放電）超長氣隙的不均勻放電（先導(dǎo)放電）對地先導(dǎo)放電對地先導(dǎo)放電雷云中的負(fù)電荷積聚，同時在地面上感應(yīng)雷云中的負(fù)電荷積聚，同時在地面上感應(yīng)出正電荷，當(dāng)雷云與大地之間局部電場強(qiáng)度超過大氣擊穿場出正電荷，當(dāng)雷云與大地之間局部電場強(qiáng)度超過大氣擊穿場強(qiáng)時，開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展。強(qiáng)時，開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展。p先導(dǎo)

5、放電通道具有導(dǎo)電性，因此雷云中的負(fù)電荷沿通道分先導(dǎo)放電通道具有導(dǎo)電性，因此雷云中的負(fù)電荷沿通道分布，且繼續(xù)向地面延伸，地面上的感應(yīng)正電荷也逐漸增多布，且繼續(xù)向地面延伸，地面上的感應(yīng)正電荷也逐漸增多 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)6/901 1先導(dǎo)放電通道先導(dǎo)放電通道2 2強(qiáng)電離區(qū)強(qiáng)電離區(qū)3 3主放電通道主放電通道第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓迎面先導(dǎo)形成迎面先導(dǎo)形成u先導(dǎo)通道發(fā)展臨近地面時，由于局部空間電場強(qiáng)度的增先導(dǎo)通道發(fā)展臨近地面時，由于局部空間電場強(qiáng)度的增加，常在地面突起處出現(xiàn)正電荷的先導(dǎo)放電向天空發(fā)展加，常在地面突起處出現(xiàn)正電荷的先導(dǎo)放電向天空發(fā)展，這

6、種先導(dǎo)稱為迎面先導(dǎo)，這種先導(dǎo)稱為迎面先導(dǎo) 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)7/901 1先導(dǎo)放電通道先導(dǎo)放電通道2 2強(qiáng)電離區(qū)強(qiáng)電離區(qū)3 3主放電通道主放電通道第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓主放電階段主放電階段 u當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與迎面先導(dǎo)相遇以后，就在通道當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與迎面先導(dǎo)相遇以后，就在通道端部因大氣強(qiáng)烈電離而產(chǎn)生端部因大氣強(qiáng)烈電離而產(chǎn)生高密度的等離子區(qū)高密度的等離子區(qū)u此區(qū)域自下而上迅速傳播，形成一條此區(qū)域自下而上迅速傳播，形成一條高導(dǎo)電率的等離子高導(dǎo)電率的等離子體通道體通道，使先導(dǎo)通道以及雷云中的負(fù)電荷與大地的正電，使先導(dǎo)通道以及雷云中的負(fù)

7、電荷與大地的正電荷迅速中和，貫穿大地和雷云之間荷迅速中和，貫穿大地和雷云之間高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)8/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電參數(shù)雷電參數(shù)雷電活動頻度雷電活動頻度雷暴日雷暴日Td及雷暴小時及雷暴小時Thu 雷暴日雷暴日Td 一年中發(fā)生雷電的天數(shù)，以聽到雷聲為準(zhǔn)，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。日。u 雷暴小時雷暴小時Th 一年中發(fā)生雷電放電的小時數(shù)，在一個小一年中發(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

8、小時。時內(nèi)只要有一次雷電，即計為一個雷電小時。p 一個雷暴日折合三個雷暴小時。一個雷暴日折合三個雷暴小時。p Td 40，多雷區(qū)，多雷區(qū) p Td 90，強(qiáng)雷區(qū)，強(qiáng)雷區(qū)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)9/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓地面落雷密度地面落雷密度( )和雷擊選擇性和雷擊選擇性 u 地面落雷密度地面落雷密度 表示每平方公里地面在一個雷暴日受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)到的平均雷擊次數(shù)p 我國標(biāo)準(zhǔn)對我國標(biāo)準(zhǔn)對Td 40的地區(qū)，取的地區(qū)，取 0.07u 易擊區(qū)易擊區(qū)p 空曠地區(qū)：雷擊高的物體空曠地區(qū)：雷擊高的物體p 山區(qū)：有時山頂物

9、體，有時迎風(fēng)面山區(qū)：有時山頂物體，有時迎風(fēng)面p 與地質(zhì)條件有關(guān)：地質(zhì)有礦物質(zhì)與地質(zhì)條件有關(guān)：地質(zhì)有礦物質(zhì) 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)10/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷道波阻抗雷道波阻抗u 雷道波阻抗的概念雷道波阻抗的概念p 雷電通道長度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類似于一雷電通道長度數(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，稱為雷道條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。波阻抗。u 主放電過程可看作是主放電過程可看作是一個電流波沿著波阻抗為一個電流波沿著波阻抗為Z0的雷道的雷道投射到雷擊點(diǎn)的波過程投射到雷擊點(diǎn)的波過

10、程。 u 我國有關(guān)規(guī)程建議取我國有關(guān)規(guī)程建議取Z0 300 300 雷電的極性雷電的極性u 負(fù)極性雷擊均占負(fù)極性雷擊均占757590%90%，對設(shè)備絕緣危害較大，對設(shè)備絕緣危害較大，防雷防雷計算中一般均按負(fù)極性考慮。計算中一般均按負(fù)極性考慮。高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)11/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電流幅值（雷電流幅值（I）u 雷電流的定義雷電流的定義p 雷電流為雷擊于低接地電阻雷電流為雷擊于低接地電阻( 30)的物體時流過雷擊點(diǎn)的物體時流過雷擊點(diǎn)的電流。表示雷電強(qiáng)度的電流。表示雷電強(qiáng)度u 雷電流幅值大小雷電流幅值大小u 雷電流幅值超過雷電流幅值

11、超過I的概率的概率Pp 一般地區(qū)一般地區(qū)p 少雷區(qū)少雷區(qū)0ZZI002I ZI0電流入射波電流入射波Z0雷道波阻抗雷道波阻抗Z被擊物阻抗被擊物阻抗0002()I ZIZZ 0300( 30 )ZZ 忽略忽略Z02II lg88IP lg44IP 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)12/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電流的波前時間、陡度及波長雷電流的波前時間、陡度及波長u 波前時間波前時間T1：14us的范圍內(nèi)，平均為的范圍內(nèi)，平均為2.6us。u 波長（半峰值時間）波長（半峰值時間）T2： 20100us的范圍內(nèi)，多為的范圍內(nèi)，多為40us左右左右u 陡度：

12、陡度： 最大極限值一般可取最大極限值一般可取50 50 kA/us左右左右(kA/s)2.6I 雷電流的計算波形雷電流的計算波形u 雙指數(shù)波雙指數(shù)波u 斜角波斜角波u 斜角平頂波斜角平頂波u 半余弦波半余弦波高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)13/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時間雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時間u 重復(fù)放電次數(shù)重復(fù)放電次數(shù)p 重復(fù)放電兩次以上的占重復(fù)放電兩次以上的占55p 重復(fù)放電重復(fù)放電35次占次占25%p 重復(fù)放電重復(fù)放電10次以上的占次以上的占4%p 平均重復(fù)沖擊次數(shù)取平均重復(fù)沖擊次數(shù)取3次。次。u 一次雷電總延

13、續(xù)時間一次雷電總延續(xù)時間p 小于小于0.2s占占50%p 大于大于0.62s的只占的只占5%高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)14/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電的放電能量和功率雷電的放電能量和功率u 雷電的雷電的瞬時功率很大瞬時功率很大，但，但能量卻很小能量卻很小p 假設(shè)雷云電位假設(shè)雷云電位107V，放電電荷，放電電荷Q=20C，其，其能量能量為為55kWhp 但能量是在極短時間內(nèi)放出的，因而但能量是在極短時間內(nèi)放出的，因而功率很大功率很大。u 雷電能量的消耗方式雷電能量的消耗方式p 小部分使空氣發(fā)生電離、激勵和光輻射小部分使空氣發(fā)生電離、激勵和光輻射p

14、 大部分使雷道周圍空氣突然膨脹、產(chǎn)生巨響大部分使雷道周圍空氣突然膨脹、產(chǎn)生巨響高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)15/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓雷電過電壓的形成雷電過電壓的形成雷電放電計算模型雷電放電計算模型u S閉合前（先導(dǎo)放電）閉合前（先導(dǎo)放電）A A點(diǎn)電點(diǎn)電位為位為0 0p 先導(dǎo)放電通道具有分布參先導(dǎo)放電通道具有分布參數(shù)特征，稱為雷電通道，數(shù)特征，稱為雷電通道，其波阻抗為其波阻抗為Z0(300)u S閉合后（主放電），閉合后（主放電），A A點(diǎn)電點(diǎn)電位突升到位突升到u=i Zp 主放電過程，自雷云通過主放電過程，自雷云通過雷電通道向地面?zhèn)鞑サ碾娎纂娡?/p>

15、道向地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ù挪?u0、i0)到達(dá)到達(dá)A點(diǎn)點(diǎn)計算模型計算模型主放電主放電先導(dǎo)放電先導(dǎo)放電u0i0RRR高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)16/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓u 雷電放電彼德遜等值電路雷電放電彼德遜等值電路0ZRI02uA電壓源等值電路電壓源等值電路雷電壓源雷電壓源被擊電路被擊電路0ZRI02iA電流源等值電路電流源等值電路雷電流源雷電流源被擊電路被擊電路高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)17/90u注意：注意：實(shí)際中可測量的是流過實(shí)際中可測量的是流過Ri的的雷電流幅值雷電流幅值I，則有，則有p入射波幅值入射波幅值I0pA點(diǎn)電壓幅值

16、點(diǎn)電壓幅值第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓直擊雷過電壓典型算例直擊雷過電壓典型算例 雷擊于地面上接地良好的物體雷擊于地面上接地良好的物體u 已知已知：i0，Z0=300，接地電阻，接地電阻Ri=15。求流過。求流過A點(diǎn)的電流點(diǎn)的電流i000002 3002230015iZiiiiZR 02II AiUIR 0iAiiRO0ZiRi02iAO高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)18/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓 雷擊于導(dǎo)線或檔距中央的避雷線雷擊于導(dǎo)線或檔距中央的避雷線u 已知已知：雷電流幅值：雷電流幅值I，雷電通道，雷電通道Z0，線路阻抗，

17、線路阻抗Z。求。求A點(diǎn)的電流點(diǎn)的電流IA、電壓電壓UA0000A00022222UI ZIZIZZZZZZ0AA022Z ZZUIIZZ 0U0ZZZA0ZZ02UAOZAI高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)19/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓感應(yīng)雷擊過電壓感應(yīng)雷擊過電壓u 現(xiàn)象：現(xiàn)象：雷擊于線路附近大地或接地的線路桿塔頂部等，在絕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。緣的導(dǎo)線上引起感應(yīng)過電壓。 雷擊點(diǎn)與電力線路之間的距離雷擊點(diǎn)與電力線路之間的距離s65ms65m的情況下的情況下 雷擊于塔頂?shù)染o靠導(dǎo)線的接地物體雷擊于塔頂?shù)染o靠

18、導(dǎo)線的接地物體 無避雷線的導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓的計算無避雷線的導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓的計算25(kV)ciIhUs(kV)icUah I雷電流幅值雷電流幅值hc導(dǎo)線平均對地高度導(dǎo)線平均對地高度s雷擊點(diǎn)與線路之間距離雷擊點(diǎn)與線路之間距離a感應(yīng)過電壓系數(shù)；近似感應(yīng)過電壓系數(shù)；近似等于雷電流平均波前陡度等于雷電流平均波前陡度2 .6Ia 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)20/90第一節(jié)第一節(jié) 雷電放電和雷電過電壓雷電放電和雷電過電壓 有避雷線的導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓的計算有避雷線的導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓的計算 雷擊點(diǎn)與電力線路之間的距離雷擊點(diǎn)與電力線路之間的距離s65m的情況下的情況下 雷擊于塔頂?shù)染o靠導(dǎo)線的接地

19、物體雷擊于塔頂?shù)染o靠導(dǎo)線的接地物體0251(kV)gcichIhUksh01(kV)gicchUahkhhg避雷線平均對地高度避雷線平均對地高度k0 避雷線和導(dǎo)線間的避雷線和導(dǎo)線間的 耦合系數(shù)耦合系數(shù)hc導(dǎo)線平均對地高度導(dǎo)線平均對地高度s雷擊點(diǎn)與線路之間距離雷擊點(diǎn)與線路之間距離高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)21/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置避雷針和避雷線避雷針和避雷線避雷針避雷針u 作用：作用：直擊雷保護(hù)直擊雷保護(hù)u 避雷針的保護(hù)原理避雷針的保護(hù)原理p 實(shí)質(zhì)上是引雷作用，它能對雷電場產(chǎn)生一個附加電場實(shí)質(zhì)上是引雷作用，它能對雷電場產(chǎn)生一個附加電場(由由雷云對避雷針產(chǎn)生靜電

20、感應(yīng)引起的雷云對避雷針產(chǎn)生靜電感應(yīng)引起的)使雷電場畸變，而將使雷電場畸變，而將雷云的放電通道吸引到避雷針本身，由避雷針及與它相雷云的放電通道吸引到避雷針本身，由避雷針及與它相連的引下線和接地體將雷電流安全導(dǎo)入大地，使附近建連的引下線和接地體將雷電流安全導(dǎo)入大地，使附近建筑物和設(shè)備筑物和設(shè)備免受直接雷擊免受直接雷擊。u 保護(hù)范圍：保護(hù)范圍：具有具有0.1%繞擊率的空間范圍繞擊率的空間范圍高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)22/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 單支避雷針保護(hù)范圍計算單支避雷針保護(hù)范圍計算u 避雷針在被保護(hù)物高度避雷針在被保護(hù)物高度hx水平面上的保護(hù)半徑水平面上的保

21、護(hù)半徑rx，按下式計算：，按下式計算：u保護(hù)范圍的確定（設(shè)避雷針保護(hù)范圍的確定（設(shè)避雷針高度為高度為h）p從針頂向下作從針頂向下作4545的斜線的斜線，構(gòu)成錐形保護(hù)空間的上部，構(gòu)成錐形保護(hù)空間的上部p從距針底各方向從距針底各方向1.51.5h處向避處向避雷針雷針0.750.75h高處作連接線，高處作連接線，與與4545斜線相交，交點(diǎn)以斜線相交，交點(diǎn)以下的斜線構(gòu)成保護(hù)空間下部下的斜線構(gòu)成保護(hù)空間下部xxxx()(1.5/2/22)xxhhhhrhhprhhp 當(dāng)當(dāng) ，當(dāng)當(dāng)， 注意：注意： p為高度影響系數(shù)為高度影響系數(shù)30,130120,5.5/hm Pmhm Ph 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技

22、術(shù)高電壓技術(shù)23/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 兩支等高避雷針保護(hù)范圍計算兩支等高避雷針保護(hù)范圍計算u 兩針外側(cè)保護(hù)范圍按單針保護(hù)的計算方法確定兩針外側(cè)保護(hù)范圍按單針保護(hù)的計算方法確定u 兩針之間在兩針之間在hx水平面的保護(hù)范圍水平面的保護(hù)范圍07DhhP上部邊緣最低點(diǎn)上部邊緣最低點(diǎn)O的高度的高度在在0-0截面截面hx高度兩側(cè)的水平保護(hù)寬度高度兩側(cè)的水平保護(hù)寬度01.5()xxbhh高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)24/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置避雷線避雷線u 作用：作用：直擊雷保護(hù)直擊雷保護(hù)u 避雷線的保護(hù)原理避雷線的保護(hù)原理p 對架空輸電線路的導(dǎo)線進(jìn)行

23、屏蔽，將雷云對架空線路的對架空輸電線路的導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽，將雷云對架空線路的放電引向自身并泄人大地，使線路導(dǎo)線免遭放電引向自身并泄人大地，使線路導(dǎo)線免遭直接雷擊直接雷擊u 保護(hù)線路保護(hù)線路p 我國一般我國一般110kV以上線路采用避雷線以上線路采用避雷線p 35kV線路的進(jìn)線段線路的進(jìn)線段u 保護(hù)保護(hù)500kV大型超高壓發(fā)變電站大型超高壓發(fā)變電站高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)25/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)26/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 單支避雷線保護(hù)范圍計算單支避雷線保護(hù)范圍計算h 避雷線的高度避雷線的高度 hx

24、被保護(hù)物高度被保護(hù)物高度ha避雷線的有效高度避雷線的有效高度 rx避雷線每側(cè)保護(hù)半徑避雷線每側(cè)保護(hù)半徑u 單根避雷線的保護(hù)范圍是一個屋脊式單根避雷線的保護(hù)范圍是一個屋脊式保護(hù)空間保護(hù)空間(=25(=25) )p 避雷針在被保護(hù)物高度避雷針在被保護(hù)物高度h hx x水平面水平面上的保護(hù)半徑上的保護(hù)半徑r rx x，按下式計算：，按下式計算：xxxx0.47()(1.5/2/23)xxrhhhhhphhrhp 當(dāng)當(dāng) 當(dāng)當(dāng)， ， 注意：注意： p為高度影響系數(shù)為高度影響系數(shù)30,130120,5.5/hm Pmhm Ph 高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)27/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防

25、雷保護(hù)裝置 單支避雷線保護(hù)范圍計算單支避雷線保護(hù)范圍計算u 兩線外側(cè)保護(hù)范圍按單根避雷線保護(hù)的計算方法確定兩線外側(cè)保護(hù)范圍按單根避雷線保護(hù)的計算方法確定u 兩線之間保護(hù)范圍兩線之間保護(hù)范圍07DhhP上部邊緣最低點(diǎn)上部邊緣最低點(diǎn)O的高度的高度u 保護(hù)角保護(hù)角p 保護(hù)角越小，避雷保護(hù)角越小，避雷線對導(dǎo)線的屏蔽作線對導(dǎo)線的屏蔽作用越有效用越有效p 220330kV 20p 500kV：15高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)28/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置避雷器避雷器避雷器作用與保護(hù)原理避雷器作用與保護(hù)原理u 作用：作用：用以限制由線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內(nèi)用以限制由

26、線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內(nèi)部過電壓的一種電器設(shè)備部過電壓的一種電器設(shè)備u 原理：原理：并聯(lián)連接在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)作用電壓超過避雷器并聯(lián)連接在被保護(hù)設(shè)備附近，當(dāng)作用電壓超過避雷器的放電電壓時，避雷器先放電，限制了過電壓的發(fā)展，從而的放電電壓時，避雷器先放電，限制了過電壓的發(fā)展，從而保護(hù)了其他電氣設(shè)備免遭擊穿損壞。它實(shí)質(zhì)上是一種放電器保護(hù)了其他電氣設(shè)備免遭擊穿損壞。它實(shí)質(zhì)上是一種放電器高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)29/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置u 避雷器的基本要求避雷器的基本要求 系統(tǒng)正常工作時隔離導(dǎo)線與大地系統(tǒng)正常工作時隔離導(dǎo)線與大地 動作時限制雷電侵入波

27、動作時限制雷電侵入波 應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，以利于快速切斷應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，以利于快速切斷工頻續(xù)工頻續(xù)流流，使系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行，使系統(tǒng)得以繼續(xù)運(yùn)行p 工頻續(xù)流工頻續(xù)流過電壓消失后，間隙中仍有由工作電壓過電壓消失后，間隙中仍有由工作電壓所產(chǎn)生的工頻電弧電流。若不及時切斷，會使設(shè)備與所產(chǎn)生的工頻電弧電流。若不及時切斷，會使設(shè)備與大地短接，從而使斷路器跳閘，導(dǎo)致停電大地短接，從而使斷路器跳閘，導(dǎo)致停電 動作后不產(chǎn)生截波動作后不產(chǎn)生截波p 截波截波電壓在瞬間由很大的幅值突然下降為零的波電壓在瞬間由很大的幅值突然下降為零的波 具有良好的伏秒特性，易于實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合具有良好的伏秒特

28、性，易于實(shí)現(xiàn)合理的絕緣配合高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)30/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置避雷器與電氣設(shè)備的伏秒特性配合圖避雷器與電氣設(shè)備的伏秒特性配合圖1電氣設(shè)備的伏秒特性電氣設(shè)備的伏秒特性 2避雷器的伏秒特性避雷器的伏秒特性3電器設(shè)備上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓電器設(shè)備上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)31/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置避雷器的種類避雷器的種類 保護(hù)間隙保護(hù)間隙當(dāng)供電系統(tǒng)遭到大氣過電壓時，保護(hù)當(dāng)供電系統(tǒng)遭到大氣過電壓時，保護(hù)間隙間隙S1作為一個薄弱環(huán)節(jié)首先擊穿，作為一個薄弱環(huán)節(jié)首先擊穿，并將雷電流釋放到地中。從

29、而保護(hù)了并將雷電流釋放到地中。從而保護(hù)了設(shè)備的絕緣。設(shè)備的絕緣。輔助間隙輔助間隙S2的作用是為了防止主的作用是為了防止主間隙被異物短路引起誤動作間隙被異物短路引起誤動作。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)p 保護(hù)間隙是最簡單保護(hù)間隙是最簡單的防雷保護(hù)裝置，的防雷保護(hù)裝置，它由主間隙它由主間隙S1、輔、輔助間隙助間隙S2和支持瓷和支持瓷瓶組成。瓶組成。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)p 構(gòu)造簡單，成本低構(gòu)造簡單，成本低廉，維護(hù)方便廉，維護(hù)方便 保護(hù)原理保護(hù)原理高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)32/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 缺點(diǎn)缺點(diǎn)p 伏秒特性很陡伏秒特性很陡p 滅弧能力差，無法及時切除工頻續(xù)流，易導(dǎo)致斷路器跳閘滅弧

30、能力差，無法及時切除工頻續(xù)流，易導(dǎo)致斷路器跳閘、供電中斷、供電中斷p 產(chǎn)生大幅值的截波，產(chǎn)生大幅值的截波，危及變壓器的絕緣危及變壓器的絕緣 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍p 僅用于不重要和單相接地不會導(dǎo)致嚴(yán)重后果的場合。并且僅用于不重要和單相接地不會導(dǎo)致嚴(yán)重后果的場合。并且多與自動重合閘裝置配合使用多與自動重合閘裝置配合使用高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)33/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 管式避雷器管式避雷器 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)p 實(shí)質(zhì)上是一只具有較強(qiáng)滅實(shí)質(zhì)上是一只具有較強(qiáng)滅弧能力的保護(hù)間隙，其基弧能力的保護(hù)間隙，其基本元件為裝在消弧管內(nèi)的本元件為裝在消弧管內(nèi)的火花間隙，在安裝時再串火花間隙，

31、在安裝時再串接一只外火花間隙。接一只外火花間隙。 滅弧原理滅弧原理p 工頻續(xù)流電弧的高溫使管工頻續(xù)流電弧的高溫使管內(nèi)產(chǎn)氣材料分解大量的氣內(nèi)產(chǎn)氣材料分解大量的氣體，由環(huán)形電極的開口噴體，由環(huán)形電極的開口噴出，形成強(qiáng)烈的縱吹，使出，形成強(qiáng)烈的縱吹，使得電弧熄滅得電弧熄滅高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)34/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 缺點(diǎn)缺點(diǎn)p 工頻續(xù)流太小時不能滅弧，太大時產(chǎn)氣過多，使管子爆裂工頻續(xù)流太小時不能滅弧，太大時產(chǎn)氣過多，使管子爆裂p 伏秒特性很陡伏秒特性很陡p 產(chǎn)生大幅值的截波，產(chǎn)生大幅值的截波，危及變壓器的絕緣危及變壓器的絕緣 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍p 僅安裝在輸

32、電線路上絕緣比較薄弱的地方和用于變電所、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。發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)中。高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)35/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 閥式避雷器閥式避雷器 F 磁套磁套 R FVTI Ri 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)p 火化間隙：火化間隙：由多個單由多個單個火花間隙組成，易個火花間隙組成，易于切斷工頻續(xù)流及防于切斷工頻續(xù)流及防止電弧重燃止電弧重燃p 電阻閥片：電阻閥片：由由SiC（金（金剛砂）加結(jié)合劑（水剛砂）加結(jié)合劑（水玻璃等）在玻璃等）在300500oC燒結(jié)而成。一支避雷燒結(jié)而成。一支避雷器采用多個閥片串聯(lián)器采用多個閥

33、片串聯(lián)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)36/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置u 火化間隙的作用火化間隙的作用p 正常工作時正常工作時：將電阻閥片將電阻閥片與工作母線隔離，以免母與工作母線隔離，以免母線的工作電壓在電阻閥片線的工作電壓在電阻閥片中產(chǎn)生的電流使閥片燒壞中產(chǎn)生的電流使閥片燒壞p 出現(xiàn)過電壓且其幅值超過出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時：間隙放電電壓時：間隙擊間隙擊穿，沖擊電流通過閥片和穿，沖擊電流通過閥片和接地裝置流入大地接地裝置流入大地 F 磁套磁套 R FVTI Ri高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)37/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 F

34、磁套磁套 R FVTI Riu 閥片電阻的作用閥片電阻的作用u 電阻值與流過的電流有關(guān)，應(yīng)具有非電阻值與流過的電流有關(guān)，應(yīng)具有非線性特性線性特性p 沖擊電流階段沖擊電流階段電阻值小電阻值小p 能使沖擊電流迅速流入大地；能使沖擊電流迅速流入大地；p 同時在閥片上產(chǎn)生低于設(shè)備的同時在閥片上產(chǎn)生低于設(shè)備的沖擊耐壓值的沖擊耐壓值的殘壓殘壓。使得當(dāng)雷。使得當(dāng)雷電波消失后，設(shè)備上所承受的電波消失后，設(shè)備上所承受的電壓不會瞬時降為零，電壓不會瞬時降為零，防止了防止了截波的產(chǎn)生截波的產(chǎn)生p 工頻續(xù)流階段工頻續(xù)流階段電阻值大電阻值大p 限制了工頻續(xù)流的幅值，保證限制了工頻續(xù)流的幅值，保證火花間隙可靠滅弧火花間隙

35、可靠滅弧高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)38/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 金屬氧化物避雷器（又稱氧化鋅避雷器）金屬氧化物避雷器（又稱氧化鋅避雷器） 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)p 無間隙，是將相應(yīng)數(shù)量的氧無間隙，是將相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅電阻片（化鋅電阻片（MOVMOV）密封在）密封在瓷套或其他絕緣體內(nèi)而組成瓷套或其他絕緣體內(nèi)而組成 氧化鋅電阻的特點(diǎn)氧化鋅電阻的特點(diǎn)p ZnO電阻電阻具有優(yōu)異的非線性具有優(yōu)異的非線性，不僅殘壓大大降低，而且，不僅殘壓大大降低，而且有可能取消火化間隙，避免有可能取消火化間隙，避免放電間隙帶來的一系列問題放電間隙帶來的一系列問題，替代傳統(tǒng)的碳化硅避雷器，替代傳統(tǒng)的碳化

36、硅避雷器高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)39/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置u ZnO和和SiC非線性電阻片的非線性電阻片的UI 特性的比較特性的比較高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)40/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置 氧化鋅避雷器的優(yōu)點(diǎn)氧化鋅避雷器的優(yōu)點(diǎn)p 殘壓低，具有優(yōu)異的保護(hù)性能殘壓低，具有優(yōu)異的保護(hù)性能p 無續(xù)流，結(jié)構(gòu)簡單，耐重復(fù)動作能力強(qiáng)無續(xù)流，結(jié)構(gòu)簡單，耐重復(fù)動作能力強(qiáng)p 通流容量大，吸收過電壓能量的能力強(qiáng)通流容量大，吸收過電壓能量的能力強(qiáng)p 性能穩(wěn)定，抗老化能力強(qiáng)性能穩(wěn)定，抗老化能力強(qiáng)p 適宜于大批量生產(chǎn)，造價低適宜于大批量生產(chǎn)，造價低高電

37、壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)41/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置防雷接地防雷接地接地的相關(guān)概念接地的相關(guān)概念接地接地u 將地面上的金屬物體或電氣回路的某一節(jié)點(diǎn)通過導(dǎo)體與大將地面上的金屬物體或電氣回路的某一節(jié)點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點(diǎn)與大地經(jīng)常保持等電位地相連，使該物體或節(jié)點(diǎn)與大地經(jīng)常保持等電位接地裝置接地裝置u 包括引線在內(nèi)的埋設(shè)在地中的一個或一組金屬體或由金屬包括引線在內(nèi)的埋設(shè)在地中的一個或一組金屬體或由金屬導(dǎo)體組成的金屬網(wǎng)導(dǎo)體組成的金屬網(wǎng)接地電阻的定義接地電阻的定義u 接地點(diǎn)的電位接地點(diǎn)的電位U(相對無窮遠(yuǎn)處零電位相對無窮遠(yuǎn)處零電位)與通過接地極流入與通過接地極流入地中電流地中電流I的比值的比值高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)高電壓技術(shù)42/90第二節(jié)第二節(jié) 防雷保護(hù)裝置防雷保護(hù)裝置電力系統(tǒng)的接地的分類電力系統(tǒng)的接