1、天福強(qiáng)副教授牽引電源研究所Email:辦公室：電氣大樓808辦公電話(huà)：010-516985212-604手機(jī)高壓技術(shù)，第一節(jié)閃電放電和閃電過(guò)電壓第二節(jié)防雷裝置，本章的主要內(nèi)容巨大的張藝興電流：轟炸物體會(huì)飛、燃燒、溶解導(dǎo)體，或通過(guò)電動(dòng)力引起機(jī)械損傷。雷和閃電的熱效應(yīng)：雷電流大，但作用時(shí)間短，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫，熔化大小較小的金屬。閃電通道溫度1500020000，森林火災(zāi)，閃電，機(jī)械效果發(fā)生：閃電電流流向物體，熱量從物體中迅速蒸發(fā)水分，產(chǎn)生氣體，氣體膨脹的機(jī)械作用使樹(shù)木裂開(kāi)，器物破裂，爆炸。4/46，腦云的形成，水滴分裂成水滴和細(xì)小的泡沫，出現(xiàn)了電荷分離現(xiàn)象。大水滴帶正

2、電荷，小氣泡帶負(fù)電荷，微氣泡被上升氣流輸送到高空，形成了帶負(fù)電荷的大雷暴云。帶正電荷的水滴，雨水落到地面上或漂浮在云中，形成腦云下部局部的正電荷區(qū)域。地面下降4-5公里以上，水滴凍結(jié)，冰晶與空氣發(fā)生摩擦后，帶負(fù)電荷，向下運(yùn)動(dòng)變成帶負(fù)電荷的水滴，空氣帶正電荷向上運(yùn)動(dòng)。雷云的形成機(jī)制得到了比較廣泛的認(rèn)可，包括水滴分割超電理論、5/46、1節(jié)雷電放電和雷電過(guò)電壓、2、雷電放電過(guò)程、雷電放電的本質(zhì)是長(zhǎng)氣隙的非均勻性放電(先導(dǎo)放電)、對(duì)地面波電的雷電電荷積累，同時(shí)檢測(cè)地面上的正電荷、腦云和地面之間的局部電場(chǎng)先導(dǎo)放電通道具有導(dǎo)電性，因此張藝興云的負(fù)電荷沿通道分布，并繼續(xù)擴(kuò)展到地面，地面上的劉濤正電荷也逐漸

3、增多。6/46，由于局部空間電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，在引導(dǎo)通道接近地面時(shí)，經(jīng)常將正電荷的先導(dǎo)放電面對(duì)天空，這種先導(dǎo)稱(chēng)為先導(dǎo)，7/46，由于主放電階段引導(dǎo)通道到達(dá)地面或與前端飛行員相遇時(shí)大氣的強(qiáng)電離，高密度等離子區(qū)域自上而下快速傳播，形成電導(dǎo)率高的等離子通道，在引導(dǎo)通道和雷云中負(fù)電荷閃電活動(dòng)頻率以雷暴日Td及雷暴時(shí)間Th、雷暴日Td一年中聽(tīng)到雷聲的事情等為標(biāo)準(zhǔn)，一天內(nèi)聽(tīng)到雷聲的次數(shù)無(wú)論雷雨日。雷雨時(shí)間Th一年中閃電放電發(fā)生的時(shí)間數(shù)計(jì)算為一小時(shí)內(nèi)只有一次閃電，即一次閃電時(shí)間。雷雨的日子結(jié)束了3個(gè)小時(shí)的雷雨。Td 40，更雷場(chǎng)Td 90，更強(qiáng)雷場(chǎng)9/46，2。地面雷密度和閃電選擇性，地面雷密度為每平方公里1

4、平方公里(2平方公里)的雷暴日發(fā)生的平均雷數(shù)，我們標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Td 40地區(qū)，0.07漏洞開(kāi)放地區(qū)：雷高的山區(qū)：有時(shí)山頂物體，有時(shí)刮風(fēng)的一面與地質(zhì)條件有關(guān)：地質(zhì)上有礦物，10/46，3。雷波導(dǎo)阻抗、雷波導(dǎo)阻抗的概念雷和閃電通道長(zhǎng)度只有幾千，半徑數(shù)厘米。類(lèi)似于具有某種各向同性波阻抗的分布參數(shù)線(xiàn)。主放電過(guò)程可以看作是電流波阻抗為Z0的射線(xiàn)沿閃電點(diǎn)投射的波過(guò)程。我國(guó)相關(guān)規(guī)定是Z0 300，4。雷電的極性、陰極型雷擊都占7590%，設(shè)備絕緣的危害較大，防雷計(jì)算一般建議考慮陰極。11/46，5。張藝興電流振幅(I)，張藝興電流被定義為在低接地電阻(30)的物體上閃電時(shí)通過(guò)閃電點(diǎn)的電流。閃電強(qiáng)度雷電流振幅大小雷

5、電流振幅超過(guò)I的概率p一般區(qū)域小雷區(qū)，Z，12/46，6。雷電流的波前時(shí)間、陡度和波長(zhǎng)、波前時(shí)間t1: 14us的范圍、平均2.6us。波長(zhǎng)(半峰值時(shí)間)在T2: 20100us范圍內(nèi)，大部分40us左右陡度：最大限值通常約為50 kA/us，7。張藝興電流的計(jì)算波形，雙指數(shù)波斜波斜余弦波，13/46，8。雷電的多次放電數(shù)及總持續(xù)時(shí)間，重復(fù)放電數(shù)2次以上，重復(fù)放電35次以上，25%重復(fù)放電10次以上，平均重復(fù)沖擊數(shù)3次?？傞W電持續(xù)時(shí)間比0.2s低50%，比0.62s低5%，14/46，9。雷電的放電能量和電力，雷電的瞬時(shí)功率很大，但能量很小雷聲云電位107V，放電電荷Q=20C，能量是55千瓦

6、時(shí)，但在很短的時(shí)間內(nèi)釋放，所以功率很大。雷電能量消耗方式的一小部分是空氣電離，這里和光輻射的大部分是雷路周?chē)目諝馔蝗慌蛎?，產(chǎn)生巨大的聲音，15/46，4，閃電過(guò)電壓形成，1。閃電放電計(jì)算模型，S閉合前(先導(dǎo)放電)A點(diǎn)電位具有被稱(chēng)為0先導(dǎo)放電通道、閃電通道的分布參數(shù)特性，波阻抗為Z0(300) S閉合后(主放電)，A點(diǎn)電位為u=i Z主放電過(guò)程，突然通過(guò)雷電通道傳播到地面的電磁波(u0)直擊雷過(guò)電壓的典型例子，已知地面接地良好的物體有閃電：i0，通過(guò)z0 A點(diǎn)的電流I，18/46，電線(xiàn)或文件從中央閃電的避雷線(xiàn)，已知：雷電流振幅I，閃電通道z0，線(xiàn)路阻抗z. A點(diǎn)的電流為具荷拉IA，電壓uu劉濤

7、閃電過(guò)電壓，現(xiàn)象：線(xiàn)路附近的大地或接地線(xiàn)路塔的上部有閃電等絕緣的電線(xiàn)產(chǎn)生劉濤過(guò)電壓。在閃電點(diǎn)與電力線(xiàn)之間的距離s65m的情況下，接近導(dǎo)線(xiàn)的接地物體(如塔頂)，沒(méi)有避雷線(xiàn)的電線(xiàn)的劉濤過(guò)電壓計(jì)算，I張藝興電流振幅HC電線(xiàn)是平均地面高度s閃電點(diǎn)與線(xiàn)路道路之間的距離，a劉濤過(guò)電壓系數(shù)；大約雷電流的平均波前陡度為20/46，計(jì)算有避雷線(xiàn)的導(dǎo)體的感應(yīng)過(guò)電壓，閃電點(diǎn)與電力線(xiàn)之間的距離為s65m，在塔頂上閃電般近線(xiàn)的接地物體，Hg避雷線(xiàn)平均與地面高度k0避雷線(xiàn)與導(dǎo)線(xiàn)之間的耦合系數(shù)HC導(dǎo)線(xiàn)平均地面高度s閃電點(diǎn)與線(xiàn)路道路之間的距離，21/46，第二節(jié)防雷裝置，第二節(jié)避雷針，作用：直擊雷針的保護(hù)原理實(shí)質(zhì)上是感應(yīng)雷作

8、用，它會(huì)對(duì)雷電場(chǎng)產(chǎn)生額外的電場(chǎng)(雷電對(duì)避雷針產(chǎn)生靜電)，將雷電的放電通道引到避雷針本身，通過(guò)避雷針和與之連接的感應(yīng)線(xiàn)和地線(xiàn)，將雷的電流安全地流入大地，從而保護(hù)附近建筑和設(shè)備免受直雷的傷害。，保護(hù)范圍：空置率為0.1%的空間范圍，22/46，23/46，計(jì)算單個(gè)避雷針保護(hù)范圍，保護(hù)物高度hx水平面上避雷針的保護(hù)半徑rx，基準(zhǔn)計(jì)算：確定保護(hù)范圍(設(shè)定避雷針高度h)從針腳上方向斜線(xiàn)傾斜保護(hù)空間45注意：p表示高度影響系數(shù)，24/46，計(jì)算兩個(gè)高避雷針保護(hù)范圍，根據(jù)單針保護(hù)范圍的計(jì)算方法，兩個(gè)針之間的hx水平面保護(hù)范圍，頂角的最低點(diǎn)o高度，0-0截面hx高度兩側(cè)的水平保護(hù)寬度，25/46，2。避雷線(xiàn)，

9、作用：直擊雷保護(hù)，避雷線(xiàn)的保護(hù)原理，切斷架空輸電線(xiàn)的導(dǎo)線(xiàn)，引導(dǎo)線(xiàn)路云的架空線(xiàn)路放電到自己，切斷電線(xiàn)，保護(hù)線(xiàn)我國(guó)一般110kV以上線(xiàn)路使用避雷線(xiàn)35kV線(xiàn)路的入口段，保護(hù)500kV大型EHV輸電線(xiàn)，26/46，27/46，單避雷線(xiàn)基準(zhǔn)計(jì)算：p為高度影響系數(shù)，28/46，計(jì)算兩條避雷線(xiàn)保護(hù)范圍，雙線(xiàn)外部保護(hù)范圍為兩條線(xiàn)之間的保護(hù)范圍，頂角的最低點(diǎn)o高度，保護(hù)角保護(hù)角度越小，22330 kv 20 500 kv: 15，29/46 避雷器功能及保護(hù)原理，功能：限制從線(xiàn)路進(jìn)入的雷電過(guò)電壓或操作引起的內(nèi)部過(guò)電壓的電氣裝置原理：在保護(hù)裝置附近并行連接，如果作用電壓超過(guò)避雷器的放電電壓，避雷器將首先放電，限

10、制過(guò)電壓開(kāi)發(fā)，以保護(hù)其他電氣裝置免受破壞。這基本上是放電器、30/46、避雷器的基本要求系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)隔離電線(xiàn)和地面動(dòng)作時(shí)，閃電侵入波必須具有很強(qiáng)的絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力，以快速切斷工頻連續(xù)性，因此系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行工頻電流過(guò)電壓，其間隔還留有工作電壓引起的工頻弧電流。否則，可以將設(shè)備與場(chǎng)地連接得很短，從而使斷路器跳閘，從而在停電后不產(chǎn)生波波電壓。瞬間大幅度突然降到零的波具有優(yōu)良的伏秒特性，很容易實(shí)現(xiàn)合理的絕緣。31/46，避雷器與電氣裝置的螺栓秒特性一致，1電氣裝置的螺栓秒特性2避雷器的螺栓秒特性3電氣裝置可能發(fā)生的最大功率頻率電壓，32/46，2。用避雷器的種類(lèi)保護(hù)間隙，電源系統(tǒng)暴露在大氣過(guò)電

11、壓下，保護(hù)間隙S1首先作為薄弱環(huán)節(jié)破損，向地面發(fā)射雷電流。保護(hù)設(shè)備的絕緣。輔助間隙S2工作以防止主間隙因異物短路引起的誤操作。結(jié)構(gòu)保護(hù)間隔是最簡(jiǎn)單的防雷裝置，由主間隔S1、次間隔S2和支撐瓷瓶組成。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，裴珉姬管理方便，保護(hù)原理，33/46，缺點(diǎn)伏秒特性極陡，弧消化能力不足，不能適當(dāng)消除工頻更新，斷路器跳閘，斷電產(chǎn)生大值的切斷，變壓器絕緣的危險(xiǎn)，不重要，只有在單相接地不會(huì)造成嚴(yán)重后果的情況下才適用范圍。和自動(dòng)重合閘裝置，34/46，管避雷器，結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是具有較強(qiáng)消弧能力的保護(hù)間隙，其基本組件是安裝在消弧管上的火花間隙，安裝時(shí)螺紋另一個(gè)外部火花間隙。由于工頻連續(xù)流電弧的高溫，管內(nèi)

12、氣體生產(chǎn)材料分解了大量氣體，由環(huán)形電極開(kāi)口噴射形成了強(qiáng)垂直吹煉，電弧關(guān)閉，35/46，缺點(diǎn)工頻連續(xù)流太長(zhǎng)時(shí)間不能電弧消化，產(chǎn)生太大的氣體，管爆裂秒特性極陡的大波，危及變壓器絕緣，應(yīng)用范圍僅安裝在輸電線(xiàn)路絕緣比較弱的地方和變電站、電站的入口段保護(hù)上。36/46，閥門(mén)避雷器，結(jié)構(gòu)化妝間隙：切斷工頻連續(xù)流，配置為多個(gè)單位間隙，便于防止電弧再燃電阻值：SiC(金鋼)加結(jié)合劑(水玻璃等)在300500oC上燒結(jié)。多個(gè)薄片系列，37/46，如果火焰間隔正常工作：將電阻值與操作總線(xiàn)分開(kāi)，總線(xiàn)的操作電壓因電阻而過(guò)電壓燃燒，其振幅超過(guò)間隙放電電壓：間隙擊穿，沖激電流通過(guò)閥門(mén)和接地裝置流入地球，38/46，閥門(mén)電

13、阻的電阻值應(yīng)與電流通過(guò)的電流相關(guān)，非線(xiàn)性特性沖激同時(shí)在閥桿上產(chǎn)生低于設(shè)備沖擊耐壓值的殘余壓力。雷電波消失后，設(shè)備接收的電壓不會(huì)瞬間降到零，產(chǎn)生波的工頻速流階段電阻受到很大限制，火花間隙的可靠性保證，39/46，金屬氧化物避雷器(也稱(chēng)為氧化鋅避雷器)，結(jié)構(gòu)無(wú)間隙氧化鋅電阻器(MOV)的適當(dāng)數(shù)量密封在瓷套或其他絕緣體中，構(gòu)成了氧化鋅電阻的特性ZnO電阻40/46，ZnO和SiC非線(xiàn)性電阻片的UI特性比較，42/46，氧化鋅避雷器的優(yōu)點(diǎn)殘留，沒(méi)有良好的保護(hù)性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重復(fù)電阻強(qiáng)流容量，吸收過(guò)電壓能量的強(qiáng)大性能穩(wěn)定性，適合批量生產(chǎn)的抗衰老能力，成本低，43/46 接地的相關(guān)概念，地面上金屬物體或電路的一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)導(dǎo)體與地面連接，物體或節(jié)點(diǎn)與地面經(jīng)常等電位，接地裝置由包含引線(xiàn)的埋設(shè)金屬主體或金屬導(dǎo)體組成的金屬網(wǎng)，定義接地電阻的接地點(diǎn)的電位u(相對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)的零電位)和通過(guò)接地極流入地面的電流I的比率，44/46，第二防雷裝置，第二接地目的：降低作用于設(shè)備絕緣的電壓，也可以降低設(shè)備的絕緣水平。也就是說(shuō)，可以減少設(shè)備的絕緣尺寸，降低設(shè)備成本。要求電阻：0.510，工作接地，45/46，復(fù)蓋范圍：電氣設(shè)備故障時(shí)，電氣設(shè)備外殼充電，此時(shí)如果人暴露在設(shè)備外殼內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。因此，為了確保個(gè)人安全，所有電氣設(shè)備的護(hù)套必須接地