1、,第七章 雷電放電及防雷保護(hù)裝置,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，從而會引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。,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(jī)械損壞。,一、雷電放電的過程 二、雷電參數(shù) 三、雷擊時計算雷電流的等值電路,7.1雷電放電和雷電過電壓,一、雷電放電的過程,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

2、氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。,雷云中的電荷分布,1.先導(dǎo)階段,2.主放電和迎面流注階段,3. 余輝階段,雷電放電的發(fā)展,二. 雷電參數(shù),雷暴日(Td)：一年中發(fā)生雷電的天數(shù)(30-40)。 雷暴小時(Th)：一年中發(fā)生雷電的小時數(shù)(100)。,表明雷電活動頻度的參數(shù),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)T,地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一個雷暴日 中受到的平均雷擊次數(shù)。,2. 表明雷擊次數(shù)的參數(shù),我國標(biāo)準(zhǔn)對Td=40的地區(qū)，取,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,雷電通道長度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類似于一

3、條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。,3、雷電通道的波阻抗,4. 雷電流幅值（I）：雷電流指雷擊于低接地電阻 （ ）的物體時流過雷擊點的電流。,5. 雷電流的波前時間 、波長 、陡度,我國在防雷設(shè)計中取,波前的平均陡度：,實測表明：,6. 雷電流極性及計算波形,7590%的雷電流是負(fù)極性，在防雷設(shè)計 中一般按負(fù)極性考慮,常用計算波形：,(1). 雙指數(shù)波,(2).等值斜角平頂波前,(3).等值半余弦波前,雷電流的模型,7.2 防雷保護(hù)裝置,一. 避雷針和避雷線,1 . 保護(hù)原理：當(dāng)雷云放電時使地面電場畸變，在避雷針的頂端形成局部場強(qiáng)集中的空間以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，使雷電

4、對避雷針放電，再經(jīng)過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。,防雷保護(hù)裝置：指能使被保護(hù)物體避免雷擊， 而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。,2 . 保護(hù)范圍、繞擊率,雷擊定向高度：雷電先導(dǎo)放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，才會在一定范圍內(nèi)受到避雷針的影響而對避雷針放電，H稱 為定向高度。,當(dāng)h30m時，H=20h; 當(dāng)h30m時，H600m,3 . 適用范圍,避雷針適宜于象變電所、發(fā)電廠那樣相對集中的保護(hù)對象；避雷線主要用于架空線路那樣伸展很廣的保護(hù)對象。,4 . 單支避雷針的保護(hù)范圍,在某一被保護(hù)物高度 水平面上，其保護(hù)半徑 為：,半高以上,半高以下,5 . 等高雙避雷針的保護(hù)范

5、圍, 兩針聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣的最低點高度, 在高度 的水平面上，保護(hù)范圍的最小寬度,一般情況下取,兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按單支避雷針的計算方法確定， 兩針中間的保護(hù)范圍用下式求得：,直徑10米，高10米的設(shè)備采用單根避雷針進(jìn)行保護(hù)，針距離設(shè)備外壁最少5米，試求該避雷針的高度，并畫出其保護(hù)范圍。,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,二. 避雷器,基本分類：,避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián) 運行，當(dāng)作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先 動作，泄放大量能量，限制過電壓，保護(hù)電氣設(shè)備。,對避雷器的基本技術(shù)要求：,1被保護(hù)絕緣 2保護(hù)間隙或管式避雷器 3閥式避雷器,（一）.保護(hù)

6、間隙和管式避雷器,結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以與被保護(hù)設(shè)備配合，動作產(chǎn)生截波、不能保護(hù)帶繞組的設(shè)備，主要用于10kV以下配電網(wǎng)線路的保護(hù)，往往與自動重合閘裝置配合使用。,保護(hù)間隙：,角形保護(hù)間隙 1主間隙; 2輔助間隙 3絕緣瓷瓶,管型避雷器利用電弧燃燒時產(chǎn)生的熱量使產(chǎn)氣管里的產(chǎn)氣材料（纖維、塑料、橡膠等）產(chǎn)生氣體縱吹電弧，使電弧熄滅。伏秒特性陡峭、動作產(chǎn)生截波、放電分散性大，主要用于輸電線路上絕緣比較薄弱的地方。,管式避雷器：,1產(chǎn)氣管；2棒電極 3環(huán)電極 4導(dǎo)線 S1滅弧間隙 S2外間隙,管式避雷器,（二）. 閥式避雷器,普通閥型避雷器通流容量較小，只能用于35220

7、kV變電站內(nèi)作雷電過電壓保護(hù)用，在內(nèi)部過電壓下不能動作 磁吹式避雷器通流容量大可用于超高壓變電站內(nèi)，除作雷電過電壓的保護(hù)外，還可作為內(nèi)部過電壓的后備保護(hù),1. 原理結(jié)構(gòu)圖,F火花間隙 R非線性閥片電阻,2. 結(jié)構(gòu)特征,火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙,單個平板火花間隙：1黃銅電極； 2云母墊圈；3間隙放電區(qū) 普通閥式避雷器的火花間隙由多個這種間隙串聯(lián)而成,非線性電阻,放電間隙,旋弧型磁吹間隙： 主要用于FCD系列中 1永磁鐵 2內(nèi)電極 3外電極 4電弧,滅弧柵型磁吹間隙：主要用于FCZ系列中 1磁吹線圈 2輔助間隙 3主間隙 4主電極 5滅弧柵 6分路電阻 7閥片電阻,閥片電阻：SiC閥片,閥片

8、的非線性伏安特性：,特點：流過小電流時（如工頻續(xù)流）， 電阻大 ;流過大電流時 （如雷電流），電阻小,sic（金剛砂）焙燒成55100mm園餅狀,1. 主要特性,（三）. 金屬氧化物避雷器（MOA）,普通閥型避雷器和磁吹式避雷器的閥片是SiC閥片 MOA閥片是以ZnO為主的金屬氧化物閥片,必須用 火花間隙,2. 主要優(yōu)點,8.3. 防雷接地,一.接地與分類,接地：指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通 過導(dǎo)體與大地保持等電位。,接地電阻,接地引下線,接地體,包括四個部分： 接地引線的電阻、接地體本身的電阻、接地體與土壤間的接觸電阻、大地的溢流電阻。,沖擊系數(shù),雷電流幅值大、等值頻率高,大,大,大,土壤局 部擊穿,相當(dāng)于接地體尺寸 土壤電導(dǎo),高頻下接地體感抗增大， 阻止電流向接地體遠(yuǎn)方流動,一般,火花效應(yīng),電感效應(yīng),二.接地裝置的形式,發(fā)電廠和變電所的接地： 首先根據(jù)工作接地和安全接地的要求，敷設(shè)一個統(tǒng)一的整個 變電所和發(fā)電廠的接地大網(wǎng)； 然后再在避雷針、避雷線和避雷器下面加設(shè)局部的集中接地 體，以滿足防雷接地的要