第9章雷電及防雷裝置

第9章雷電及防雷裝置9.1雷電放電的發(fā)展過(guò)程9.2雷電參數(shù)9.3避雷針和避雷線9.4避雷器9.5防雷接地高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)雷電過(guò)電壓：雷云放電在電力系統(tǒng)設(shè)備中產(chǎn)生的過(guò)電壓

。雷電過(guò)電壓的分類(lèi)：感應(yīng)雷過(guò)電壓:

一般不超過(guò)500kV,對(duì)35kV及以下電力設(shè)備有危害直擊雷過(guò)電壓:

對(duì)所有電力設(shè)備都有危害,電力系統(tǒng)防護(hù)的重點(diǎn)高電壓工程基礎(chǔ)9.1雷電放電的發(fā)展過(guò)程先導(dǎo)：不連續(xù)性（分級(jí)先導(dǎo)），歷時(shí)約0.005~0.010s。每一級(jí)先導(dǎo)發(fā)展速度相當(dāng)高，但每發(fā)展到一定長(zhǎng)度（平均約50m）就有一個(gè)10~100μs的間隔。發(fā)展速度約為光速的1/1000。主放電：時(shí)間50~100μs，移動(dòng)速度為光速的1/20~1/2；主放電時(shí)電流可達(dá)數(shù)千安，最大可達(dá)200~300kA。余輝：雷云中剩下的電荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱(chēng)為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá)0.03~0.15s。

高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)對(duì)雷電活動(dòng)的理解雷電活動(dòng)的監(jiān)測(cè)雷電的二次效應(yīng)人工雷電的產(chǎn)生及火箭引雷

雷云對(duì)地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放被擊物體的電位取決于雷電流和被擊物體阻抗的乘積從電源性質(zhì)看，相當(dāng)于一個(gè)電流源的作用過(guò)程人們能夠測(cè)知的電量，主要是流過(guò)被擊物體的電流國(guó)際上關(guān)于雷電的研究高電壓工程基礎(chǔ)9.2雷電參數(shù)雷電活動(dòng)強(qiáng)度——雷暴日及雷暴小時(shí)雷暴日：每年中有雷電的天數(shù)。雷暴小時(shí)：每年中有雷電的小時(shí)數(shù)。年平均雷暴日不超過(guò)15的地區(qū)為少雷區(qū)；超過(guò)40的為多雷區(qū)；超過(guò)90的地區(qū)及根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)雷害特別嚴(yán)重的地區(qū)為強(qiáng)雷區(qū)。

落雷密度地面落雷密度γ：每一個(gè)雷暴日、每平方公里對(duì)地面落雷次數(shù)。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620-1997建議取γ=0.07次／平方公里.雷電日。

雷電通道波阻抗雷電通道如同一個(gè)導(dǎo)體，雷電流在導(dǎo)體中流動(dòng)，對(duì)電流波呈現(xiàn)一定的阻抗，該阻抗叫做雷電通道波阻抗

（規(guī)程建議取300~400Ω）。iLZ0ZA雷電流源被擊電路高電壓工程基礎(chǔ)雷電流的極性國(guó)內(nèi)外實(shí)測(cè)結(jié)果表明，負(fù)極性雷占絕大多數(shù)，約占75~90%。

雷電流幅值雷電流：雷擊具有一定參數(shù)的物體時(shí)，若被擊物阻抗為零，流過(guò)被擊物的電流。規(guī)程規(guī)定，雷電流是指雷擊于電阻小于30歐姆的低接地電阻物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流。一般區(qū)：少雷地區(qū)：高電壓工程基礎(chǔ)

雷電流的波頭、陡度及波長(zhǎng)

波頭：

1~5μs

范圍內(nèi)變化，多為2.5~2.6μs，規(guī)程規(guī)定取2.6μs；波長(zhǎng)：

20~100μs

，多數(shù)為50μs

左右。為簡(jiǎn)化計(jì)算，視為無(wú)限長(zhǎng)；陡度：陡度α與幅值I有線性的關(guān)系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般認(rèn)為陡度超過(guò)50kA/μs

的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很?。s為0.04）。雷電流的波形

標(biāo)準(zhǔn)波形斜角平頂波半余弦波高電壓工程基礎(chǔ)9.3避雷針和避雷線

避雷針（線）的保護(hù)原理

當(dāng)雷云的先導(dǎo)向下發(fā)展，高出地面的避雷針（線）頂端形成局部電場(chǎng)強(qiáng)度集中的空間，以至有可能影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使其僅對(duì)避雷針（線）放電，從而使得避雷針（線）附近的物體免遭雷擊。

對(duì)避雷針（線）的要求（1）為了使雷電流順利地泄入大地，故要求避雷針（線）應(yīng)有良好的接地裝置。（2）被保護(hù)設(shè)備全面位于避雷針（線）的保護(hù)范圍內(nèi)。但為了防止與被保護(hù)物之間的間隙擊穿（也稱(chēng)為反擊），它們之間應(yīng)保持一定的距離。雙根等高避雷針保護(hù)范圍單根避雷針保護(hù)范圍高電壓工程基礎(chǔ)當(dāng)時(shí)：當(dāng)時(shí)：30m<h≤120m,避雷針的保護(hù)范圍高電壓工程基礎(chǔ)雙根不等高避雷針保護(hù)范圍雙根不等高避雷針保護(hù)范圍和兩支等高避雷針類(lèi)似。避雷線

作用原理同避雷針，主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所保護(hù)范圍的長(zhǎng)度與線路等長(zhǎng)，而且兩端還有其保護(hù)的半個(gè)圓錐體空間在架空輸電線路上多采用保護(hù)角α來(lái)表示避雷線的保護(hù)程度保護(hù)角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連線的夾角，α越小，雷擊導(dǎo)線的概率越小，對(duì)導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)越可靠高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)單根避雷線保護(hù)范圍兩平行避雷線保護(hù)范圍避雷線保護(hù)角當(dāng)hx≥h/2rx=0.47(h-hx)P當(dāng)hx<h/2rx=(h-1.53hx)P保護(hù)角越小，避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)作用越有效高電壓工程基礎(chǔ)9.4避雷器

避雷器的保護(hù)原理當(dāng)雷電入侵波或操作波超過(guò)某一電壓值后，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護(hù)電力設(shè)備放電，從而限制了過(guò)電壓，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護(hù)。

避雷器的技術(shù)要求（1）過(guò)電壓作用時(shí)，避雷器先于被保護(hù)電力設(shè)備放電，當(dāng)然這要由兩者的全伏秒特性的配合來(lái)保證；（2）避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次過(guò)零時(shí)的工頻續(xù)流。

避雷器的種類(lèi)保護(hù)間隙，管式避雷器，閥式避雷器（包括金屬氧化物避雷器）開(kāi)發(fā)年代保護(hù)裝置類(lèi)型19世紀(jì)7080年代棒型放電間隙和熔絲19世紀(jì)末角形保護(hù)間隙20世紀(jì)20年代鋁避雷器，氧化膜避雷器20世紀(jì)30年代管式避雷器20世紀(jì)40年代SiC避雷器20世紀(jì)50年代SIC磁吹避雷器，復(fù)合式避雷器20世紀(jì)60年代ZnO壓敏電阻20世紀(jì)70年代ZnO避雷器20世紀(jì)80年代合成絕緣ZnO避雷器避雷器發(fā)展歷史：從放電間隙到氧化鋅避雷器高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)避雷器保護(hù)作用原理示意圖

1—保護(hù)間隙2—排氣式避雷器3—閥型避雷器4—氧化鋅避雷器5—被保護(hù)電氣設(shè)備高電壓工程基礎(chǔ)

(a)(b)(c)1——電氣設(shè)備的伏秒特性；2——避雷器的伏秒特性3——電氣設(shè)備上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓

避雷器與電氣設(shè)備的伏秒特性配合高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)一、保護(hù)間隙優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉。缺點(diǎn)：保護(hù)效果差，與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性不易配合；動(dòng)作后產(chǎn)生的截波，對(duì)變壓器匝間絕緣有很大的威脅。因此它往往與其它防護(hù)措施配合使用。保護(hù)間隙常用雙羊角狀間隙，取其有電弧上吹特性，我國(guó)常用于3~10kV電網(wǎng)中。保護(hù)間隙有一定的限制過(guò)電壓效果，但不能避免供電中斷。高電壓工程基礎(chǔ)二、管型避雷器外間隙內(nèi)間隙1—產(chǎn)氣管；2—膠木管套；3—棒電極；4—環(huán)形電極；5—貯氣室；6—?jiǎng)幼髦甘酒?/p>

管式避雷器不但有一個(gè)切斷電流的下限，而且還有一個(gè)切斷電流的上限。其安裝點(diǎn)最大與最小短路電流要分別小于和大于管式避雷器的上、下限。

管式避雷器伏秒特性陡，放電分散性大，動(dòng)作產(chǎn)生截波，放電特性受大氣條件影響，故它主要用作保護(hù)線路弱絕緣，以及電站的進(jìn)線保護(hù)段。

它實(shí)質(zhì)上是一只具有較強(qiáng)滅弧能力的保護(hù)間隙。高電壓工程基礎(chǔ)三、閥型避雷器基本元件火花間隙：短間隙，V-S特性平坦火花間隙的并聯(lián)電阻（均壓有利于提高熄弧電壓和工頻放電電壓）FZ型（電站型）無(wú)并聯(lián)電阻FS型（線路型）閥片（非線性電阻）閥片的作用：限制工頻續(xù)流，保證火花間隙可靠熄??；當(dāng)雷電過(guò)電壓擊穿時(shí)，電壓不至于突然下降形成截?cái)嗖?工作原理：當(dāng)過(guò)電壓達(dá)到間隙動(dòng)作電壓，間隙動(dòng)作，沖擊電流經(jīng)閥片流入大地；之后，閥片僅受到工頻電壓作用，由于非線性關(guān)系，閥片電阻值增高，使流過(guò)的工頻續(xù)流受到限制，并在第一次過(guò)零瞬間，由間隙將此續(xù)流切斷。高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)普通閥式避雷器（火花間隙、非線性電阻）單個(gè)火花間隙的結(jié)構(gòu)a.保證間隙中的電場(chǎng)為均勻電場(chǎng)，伏秒特性平緩；b.電暈可縮短間隙放電時(shí)間閥片的伏安特性多個(gè)短間隙串聯(lián)易于切斷工頻續(xù)流。（復(fù)合與散熱）

多個(gè)問(wèn)隙串聯(lián)電壓分布不均勻，使避雷器滅弧能力降低?？墒褂貌⒙?lián)電阻使電壓分布均勻。a.當(dāng)電流增大時(shí)，閥片呈現(xiàn)低阻值，使避雷器上電壓降低，增加了避雷器的保護(hù)效果。b.希望在工頻電壓升高后流過(guò)間隙閥片的續(xù)流不超過(guò)規(guī)定值，此時(shí)閥片呈現(xiàn)的電阻要有足夠的數(shù)值。

高電壓工程基礎(chǔ)滅弧電壓：對(duì)于有間隙避雷器，續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值保證不重燃的條件下，允許作用在避雷器上的最高工頻電壓。切斷比：避雷器間隙的工頻放電電壓（下限）與續(xù)流過(guò)零后間隙所能承受的最大工頻電壓（滅弧電壓）之比，其值越小越好。殘壓：流過(guò)避雷器的沖擊電流一定幅值（普通閥式避雷器為5kA），一定波形（8/20μs），在閥片電阻上產(chǎn)生的最大壓降。保護(hù)比：殘壓與滅弧電壓之比，保護(hù)比的值越小越好。避雷器的一些保護(hù)特性高電壓工程基礎(chǔ)磁吹閥式避雷器提高避雷器切斷工頻續(xù)流值的方法之一是“磁吹”，即利用磁場(chǎng)電弧的電動(dòng)力作用，使電弧拉長(zhǎng)或旋轉(zhuǎn)，以提高間隙滅弧能力。1—電極；2—滅弧盒；3—分路電阻；4—滅弧柵；5—主間隙；6—磁吹線圈；7—輔助間隙間隙由一對(duì)角形電極1組成，磁場(chǎng)是軸向的，續(xù)流電弧被軸向磁場(chǎng)力拉長(zhǎng)，吹入滅弧柵4，電弧最終長(zhǎng)度可達(dá)起始長(zhǎng)度的數(shù)十倍，滅弧盒2用陶瓷或云母、玻璃等材料制成，電弧在滅弧柵中受到強(qiáng)烈的去游離作用，因而電弧電阻很大，能起到限制續(xù)流的作用，故稱(chēng)為限流間隙，它可切斷450A左右的續(xù)流。高電壓工程基礎(chǔ)金屬氧化物避雷器（MOA）金屬氧化物主要成份是氧化鋅，有時(shí)也稱(chēng)為氧化鋅避雷器。金屬氧化物避雷器有一系列優(yōu)點(diǎn)：非線性系數(shù)α值很小。在額定電壓作用下，通過(guò)的電流極小，因此可以做成無(wú)間隙避雷器。保護(hù)性能好。它不需間隙動(dòng)作，電壓一旦升高，即可迅速吸收過(guò)電壓能量，抑制過(guò)電壓的發(fā)展；有良好的陡度響應(yīng)特性；性能穩(wěn)定。金屬氧化物避雷器基本無(wú)續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)。通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒(méi)有串聯(lián)間隙的制約，僅與閥片本身的強(qiáng)度有關(guān)。同碳化硅（SiC）閥片比較，氧化物閥片單位面積的通流能力大4~4.5倍。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，易于大批量生產(chǎn)，造價(jià)低。適用于多種特殊需要。氧化鋅避雷器（MOA）是將相應(yīng)數(shù)量的氧化鋅電阻片（MOV）密封在瓷套或其他絕緣體內(nèi)而組成金屬氧化物避雷器（MetalOxideSurgeArresters，簡(jiǎn)寫(xiě)為MOA）MOA的主要元件是金屬氧化物非線性電阻片（MetalOxideVaristors—簡(jiǎn)寫(xiě)為MOV）MOV的主要成份是氧化鋅（ZnO），俗稱(chēng)MOV為氧化鋅閥片，MOA為氧化鋅避雷器懸掛式避雷器應(yīng)用于變電站高電壓工程基礎(chǔ)避雷器應(yīng)用于室內(nèi)變電站入口處高電壓工程基礎(chǔ)9.5防雷接地接地：就是把設(shè)備與電位參照點(diǎn)的地球作電氣上的連接，使其對(duì)地保持一個(gè)低的電位差。

辦法：在大地表面土層中埋設(shè)金屬電極，這種埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體，叫做接地體，有時(shí)也稱(chēng)為接地裝置。分類(lèi)：工作接地：為了運(yùn)行的需要，將電網(wǎng)某一點(diǎn)接地，其目的是為了穩(wěn)定對(duì)地電位與繼電保護(hù)上的需要。保護(hù)接地：為了保護(hù)人身安全，防止因電氣設(shè)備絕緣劣化，外殼可能帶電而危及工作人員安全。防雷接地：導(dǎo)