第3章防雷保護(hù)

第3章防雷保護(hù)1、防雷裝置的種類與作用2、電力設(shè)施和建筑物的防雷第1節(jié)防雷裝置的種類與作用1、過(guò)電壓及其分類2、雷電特性3、常用防雷裝置的種類和作用4、避雷針5、避雷器6、防雷接地1、過(guò)電壓及其分類概念：

在正常的情況時(shí)，電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的絕緣處于額定電壓情況下。但是，由于雷擊和操作等原因，電力系統(tǒng)的某些部分的電壓可能升高，甚至?xí)蟠蟪^(guò)正常情況下的數(shù)值。這種對(duì)電氣設(shè)備絕緣造成危險(xiǎn)的電壓升高，稱為過(guò)電壓1、大氣過(guò)電壓概念

由于雷云放電或雷電感應(yīng)引起的過(guò)電壓稱為大氣過(guò)電壓，也叫雷電過(guò)電壓。它與電力系統(tǒng)本身運(yùn)行情況無(wú)關(guān)，因而這種過(guò)電壓也稱為外部過(guò)電壓。2、內(nèi)部過(guò)電壓概念：

由于電力系統(tǒng)內(nèi)部電磁能量的轉(zhuǎn)換或傳送引起的過(guò)電壓，稱為內(nèi)部過(guò)電壓。例如：斷路器分與合、線路斷線、斷路與接地等故障均會(huì)引起程度不同的過(guò)電壓。這種內(nèi)部過(guò)電壓的過(guò)電壓數(shù)值一般不是很大。2、雷電特性雷電作為之中無(wú)法抑制的強(qiáng)大的自然力的爆發(fā)，不僅威脅著人類的生命安全，而且常使電力、航空、通信、建筑等許多部門遭到破壞。所以，雷電現(xiàn)象極其防護(hù)問(wèn)題的研究日趨迫切。雷電的形成雷電的原因很多，現(xiàn)象也比較復(fù)雜。大氣中的水蒸氣和地面的濕氣受熱上升，在空中不同冷、熱氣團(tuán)相遇，凝結(jié)成水滴或冰晶，形成積云。積云運(yùn)動(dòng)，使電荷發(fā)生分離，亦即在上下氣流的強(qiáng)烈摩擦和撞擊下，形成帶正、負(fù)不同電荷的積云，也稱雷云。大氣過(guò)電壓的基本形式直接雷過(guò)電壓感應(yīng)雷過(guò)電壓侵人波過(guò)電壓直接雷過(guò)電壓概念：雷云直接擊中房屋、桿塔、電力裝置等物體時(shí)，強(qiáng)大的雷電流流過(guò)該物體而泄人大地，在該物體上將產(chǎn)生很高的電壓降，稱為直接雷過(guò)電壓。采取的防雷措施：避雷針避雷線避雷帶避雷網(wǎng)感應(yīng)雷過(guò)電壓概念：當(dāng)雷擊設(shè)備或架空線路附近地面時(shí)，在設(shè)備或?qū)Ь€上由于靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的過(guò)電壓，稱為感應(yīng)雷過(guò)電壓。侵人波過(guò)電壓由于架空線路或架空金屬管道上遭受直接雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高壓沖擊雷電荷，可能沿線路或管道侵入室內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電力系統(tǒng)中，由于雷電波侵人而造成的雷害事故，約占雷害總數(shù)的一半以上雷電參數(shù)為了統(tǒng)計(jì)雷電活動(dòng)頻繁度，我們采用雷暴日為單位，在一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個(gè)雷暴日。全年雷暴日的總和叫年雷暴日我國(guó)把每年平均雷暴日不超過(guò)15日的地區(qū)叫少雷區(qū)，超過(guò)40日的叫多雷區(qū)，超過(guò)90日的叫強(qiáng)雷區(qū)。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，廣東省雷州半島和海南島一帶是雷電活動(dòng)最頻繁地區(qū)，年平均雷暴日高達(dá)100～130日；廣東、廣西、云南等省部分地區(qū)雷暴日約在80日以上；長(zhǎng)江流域以南地區(qū)雷暴日約40～80日；長(zhǎng)江以北大部分地區(qū)雷暴日約20～40日；西北地區(qū)雷暴日約20日以下。雷電流的幅值、波形雷電流的幅值是一個(gè)隨機(jī)變量，只有通過(guò)大量實(shí)測(cè)才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律雷電流的幅值隨氣象條件相差很大，但測(cè)得的雷電流波形卻基本是一致的，雷電流波形具有沖擊特性常用防雷裝置的種類和作用防雷工作包括電氣設(shè)備的防雷和建（構(gòu)）筑物的防雷兩大內(nèi)容。電氣設(shè)備的防雷主要包括發(fā)電廠、變配電所和架空電力線路的防雷；建（構(gòu)）筑物的防雷則分工業(yè)和民間兩大類，它們按危險(xiǎn)程度和設(shè)施的重要性又可分成三種類型。防雷的種類 * FootnoteSource: Source防雷工作電氣設(shè)備的防雷發(fā)電廠變配電所架空線路建筑物的防雷工業(yè)民間各種防雷裝置的作用（1）避雷針。利用尖端放電原理，使其保護(hù)范圍內(nèi)所有電氣設(shè)備或建筑物免遭直擊雷的破壞。（2）避雷線。避雷線主要用來(lái)保護(hù)輸電線路。線路上的避雷線稱架空地線。（3）避雷器。它可進(jìn)一步防止沿線侵人變電所（或發(fā)電廠）的雷電侵人波對(duì)電氣設(shè)備的破壞，把雷電侵人波限制在避雷器殘壓值范圍內(nèi)，從而使變壓器及其他電氣設(shè)備可免受過(guò)電壓的危害。（4）避雷帶。沿建筑物屋頂四周易受雷擊部位明設(shè)的作為防雷保護(hù)用的金屬帶作為接閃器、沿外墻作弓；下線和接地網(wǎng)相連的裝置稱為避雷帶。多用在民用建筑特別是山區(qū)。由于雷擊選擇性較強(qiáng)（可能從側(cè)面橫向發(fā)展對(duì)建筑物放電），故使用避雷帶（網(wǎng)）的保護(hù)性能比避雷針的要好。（5）避雷網(wǎng)。分為明裝避雷網(wǎng)和籠式避雷同兩大類。沿建筑物屋頂上部明裝金屬網(wǎng)格作為接閃器，沿外墻裝引下線接到接地裝置上，稱為明裝避雷網(wǎng)。一般建筑物中常采用這種方法。而把整個(gè)建筑物中的鋼筋結(jié)構(gòu)連成一體，構(gòu)成一個(gè)大型金屬同籠，稱為籠式避雷器避雷針

避雷針是由接問(wèn)器（針尖），接地引線和接地裝置三部分組成。避雷針就其本質(zhì)功能而言，并不是避雷，相反卻是招雷或引雷。它是利用高聳空間的有利位置，當(dāng)附近空中有雷電放射時(shí)，便不斷地把雷電引向自身并將雷電流迅速地泄人大地消散，從而防止避雷針保護(hù)范圍內(nèi)的建（構(gòu)）筑物或電氣設(shè)備遭受直擊雷的破壞。單支避雷針保護(hù)范圍單支避雷針保護(hù)范圍，像一個(gè)由它所支撐的錐形“帳篷”，當(dāng)避雷針的高度為h時(shí)，“帳篷”的上半部空間為從針頂向下作45度的斜線，在距地面h／2處轉(zhuǎn)折，與地面上距針底1.

5h處的連線構(gòu)成保護(hù)空間的下部，如圖所示。避雷針在地面上的保護(hù)半徑按下式計(jì)算：r=1.5h式中r-保護(hù)半徑,mh-避雷針的高度,m在被保護(hù)高度hx，水平面上的保護(hù)半徑應(yīng)按下式確定：hx大于等于h/2時(shí)r=（h-h0）p=haphx小于h/2時(shí)r=（1.5h-2hx）p式中rx-避雷針在hx水平面上的保護(hù)半徑，mHx-被保護(hù)物的高度，mha-避雷針的有效高度，mP-高度影響系數(shù)，h小于等于30m時(shí)，p=1；30<h<120m時(shí)，p=5.5hh〉30m，rx需要乘以p，p<1。

兩支等高避雷針的保護(hù)范圍多支等高避雷針的保護(hù)范圍三支等高避雷針?biāo)纬傻娜切瓮鈧?cè)保護(hù)范圍，應(yīng)分別按兩支等高避雷針的計(jì)算方法確定。若可使三角形內(nèi)被保護(hù)物的最大高度hx水平面上，各相鄰避雷針間保護(hù)范圍一側(cè)的最小寬度bx＞0時(shí)，全部面積即能夠受到保護(hù)。四支和超過(guò)四支等高避雷針?biāo)纬傻乃慕切位蚨嘟切?，可先將其分成兩個(gè)或幾個(gè)三角形，然后分別按三支等高避雷針的方法計(jì)算。避雷器避雷針能保護(hù)發(fā)電廠、變電所的設(shè)備不遭受直接雷擊，但電氣設(shè)備還可能受到沿輸電線路傳播來(lái)的侵入波的威脅。這時(shí)，我們應(yīng)采用避雷器限制過(guò)電壓以保護(hù)電氣設(shè)備。避雷器是用來(lái)限制過(guò)電壓、保護(hù)電氣設(shè)備絕緣的電器。通常將它接于導(dǎo)線和地之間，與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)

避雷器實(shí)現(xiàn)良好的保護(hù)應(yīng)滿足的基本要求應(yīng)具有良好的伏秒特性，以利于實(shí)現(xiàn)絕緣配合。應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣自恢復(fù)能力，以利于在過(guò)電壓作用過(guò)去以后，能迅速切斷在工頻電壓作用下的工頻續(xù)流電弧，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，避免供電中斷。避雷器的類型保護(hù)間隙管型避雷器閥型避雷器氧化鋅避雷器保護(hù)間隙

保護(hù)間隙由兩個(gè)電極組成，常用的角型保護(hù)間隙如圖所示。保護(hù)間隙與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)于線路上，為了是被保護(hù)設(shè)備得到可靠保護(hù)，間隙的伏秒特性上限應(yīng)低于被保護(hù)設(shè)備絕緣沖擊放電伏秒特性的下限，并有一定的安全裕度。管型避雷器管型避雷器實(shí)質(zhì)上是一種具有高熄弧能力的保護(hù)間隙，當(dāng)大氣過(guò)電壓波傳來(lái)，達(dá)到避雷器沖擊放電電壓時(shí)，使內(nèi)、外間隙擊穿，工作母線接地，避免了被保護(hù)設(shè)備上的電壓升高，從而保護(hù)了設(shè)備絕緣。當(dāng)過(guò)電壓消失后，間隙中仍有由工作電壓所產(chǎn)生的工頻續(xù)流。工頻續(xù)流電弧的高溫使產(chǎn)氣管內(nèi)產(chǎn)氣材料分解出大量氣體，管內(nèi)壓力急劇升高。氣體在高溫壓力作用下由噴氣口噴出，形成強(qiáng)烈的“縱吹”作用，從而使電弧在工頻續(xù)流過(guò)零時(shí)熄滅，使電網(wǎng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。

管型避雷器的缺點(diǎn)伏秒特性較陡且放電分散性較大，而一般變壓器或其他電氣設(shè)備絕緣的沖擊放電伏秒特性較平，二者不能很好地配合；管型避雷器動(dòng)作以后工作母線直接接地形成電壓截波，對(duì)變壓器絕緣有損害；管型避雷器放電特性受到大氣條件影響較大。因此，管型避雷器目前只適用于發(fā)電廠、變電所的進(jìn)線段保護(hù)以及輸電線路絕緣弱點(diǎn)的保護(hù)，如大跨距和交叉擋距處。管型避雷器的安裝要求串聯(lián)一個(gè)空氣間隙（即外間隙），并要保證外間隙穩(wěn)定不變。同時(shí)裝設(shè)簡(jiǎn)單可靠的動(dòng)作指示器安裝時(shí)應(yīng)注意，避免避雷器動(dòng)作時(shí)排出的氣體相交，引起相間短路。為了防止管內(nèi)積水，管型避雷器應(yīng)開口向下，且宜垂直安裝或傾斜安裝（與水平線夾角不小于15”），在污穢地區(qū)則應(yīng)增大傾斜角度。額定電壓10kV及以下的管型避雷器，為了防止雨水造成短路，其外間隙的電極切不可垂直布置。閥型避雷器閥型避雷器與管型避雷器相比，在保護(hù)性能上有重大改進(jìn)。它具有較平的伏秒特性和較強(qiáng)的滅弧能力，可避免截波的發(fā)生，在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。閥型避雷器主要由瓷套、火花間隙和非線性電阻組成。其中，瓷套是絕緣，起支撐和密封作用；火花間隙是由多個(gè)間隙串聯(lián)而成，每個(gè)火花間隙由兩個(gè)黃銅電極和一個(gè)云母墊圈組成，非線性電阻（閥片電阻）呈餅狀，它由金剛”砂（SIC）顆粒燒結(jié)而成。閥片電阻值與流過(guò)的電流有關(guān)，電流越大，電阻越小；反之，電流越小，電阻越大?；鸹ㄩg隙和非線性電阻組裝在套管中做成避雷器的標(biāo)準(zhǔn)單元，然后再組合成各種電壓等級(jí)的避雷器以供電力防雷使用閥型避雷器的工作原理將不會(huì)很高，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓值，設(shè)備得到保護(hù)。當(dāng)過(guò)電壓消失后，間隙中由工作電壓產(chǎn)生的工頻續(xù)流仍將繼續(xù)流過(guò)避雷器，此續(xù)流由于受閥片電阻的限制遠(yuǎn)較沖擊電流為小。故閥片電阻變得很大，從而進(jìn)一步限制了工頻續(xù)流的數(shù)值。使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)就將電弧切斷，電網(wǎng)恢復(fù)正常運(yùn)行。普通閥型避雷器FS系列主要用于保護(hù)小容量的配電裝置，如配電變壓器，電纜頭，柱上開關(guān)等。有Fr3；Fe6；FS－－10三種型號(hào)，分別用于3kV、6kV和10kV三個(gè)電壓等級(jí)。FZ系列主要用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所的變壓器和電氣設(shè)備，額定電壓等級(jí)為3～220kV。磁吹避雷器進(jìn)一步提高閥型避雷器的保護(hù)能力，在普通閥型避雷器的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一種磁吹避雷器。磁吹避雷器的基本原理和結(jié)構(gòu)與普通閥型避雷器相同，其主要區(qū)別在于采用了滅弧能力較強(qiáng)的磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片電阻，因而具有更高的滅弧性能和通流能力，除用以限制雷電過(guò)電壓以外，還可用來(lái)限制電力系統(tǒng)的內(nèi)部．過(guò)電壓。閥型避雷器的電氣特性對(duì)各類問(wèn)型避雷器的主要電氣參數(shù)的意義和選用說(shuō)明如下：（1）額定電壓。指正常工作時(shí)加在避雷器上的工頻電壓。避雷器的額定電壓應(yīng)與避雷器安裝地點(diǎn)電力系統(tǒng)的額定電壓等級(jí)相同。（2）滅弧電壓。指保證避雷器能夠在工頻續(xù)流第一次過(guò)零時(shí)滅弧的條件下，允許加在避雷器上的最高工頻電壓。滅弧電壓應(yīng)當(dāng)大于避雷器工作母線上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓，否則避雷器可能因?yàn)椴荒軠缁《?。?）工頻放電電壓。指在工頻電壓作用下，避雷器將發(fā)生放電的電壓值，是說(shuō)明避雷器火花間隙的絕緣強(qiáng)度的指標(biāo)。普通避雷器在內(nèi)過(guò)電壓下不允許動(dòng)作，因此通常規(guī)定其工頻放電電壓的下限應(yīng)不低于該系統(tǒng)可能出現(xiàn)的內(nèi)過(guò)電壓值。。（4）沖擊放電電壓。指在沖擊電壓作用下避雷器放電的電壓值（幅值），通常給一出的是上限值。避雷器的伏秒特性應(yīng)當(dāng)?shù)陀诒槐Ｗo(hù)設(shè)備絕緣的沖擊擊穿電壓的伏秒特性，才能起到保護(hù)作用。（5）殘壓。指雷電流通過(guò)避雷器時(shí)在鬧片上產(chǎn)生的電壓降。由問(wèn)型避雷器的保護(hù)原理可知，避雷器放電以后就相當(dāng)于以殘壓突然作用在被保護(hù)設(shè)備上，由此避雷器的殘壓愈低保護(hù)性能愈好。根據(jù)分析及實(shí)際統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：通過(guò)避雷器的額定雷電沖擊電流，220kV及以下系統(tǒng)取skA；330kV及以上的超高壓系統(tǒng)取10hA／因此，避雷器上的殘壓都是以上述電流作用下的壓降為標(biāo)準(zhǔn)。該電流下的殘壓也作為各類電網(wǎng)防雷設(shè)計(jì)和絕緣配合的依據(jù)。＿（6）保護(hù)比。指避雷器的殘壓與滅弧電壓之比。保護(hù)比愈小，說(shuō)明殘壓愈低或滅：弧電壓愈高，因而保護(hù)性能愈好。氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器（簡(jiǎn)稱MOA）是一種新型的避雷器。這種避雷器的閥片以氧化鋅（ZnO）為主要原料，附以少量能產(chǎn)生非線性特征的金屬氧化物，經(jīng)高溫熔燒而成。氧化鋅閥片具有很理想的伏安特性，其非線性系數(shù)很小，一般為0．01～0．04，當(dāng)作用在氧化鋅閥片上的電壓超過(guò)某一值（此值稱為動(dòng)作電壓）時(shí)，閥片將發(fā)生“導(dǎo)通”。“導(dǎo)通”后氧化鋅閥片上的殘壓與流過(guò)它的電流基本無(wú)關(guān)，為一定值。在工作電壓下，流經(jīng)氧化鋅閥片的電流很小，僅為1mA，不會(huì)便氧化鋅購(gòu)片燒壞，囚此氧化避雷器不用串聯(lián)間隙來(lái)隔離工作電壓。MOA優(yōu)點(diǎn)（1）無(wú)間隙（2）無(wú)續(xù)流（3）流通容量大（4）性能穩(wěn)定（5）適于大批量生產(chǎn)，造價(jià)低廉防雷接地1．接地與接地電阻為降低雷電流通過(guò)時(shí)在避雷針（線）或避雷器上產(chǎn)生的過(guò)電壓，保證輸配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行和人身安全