雷電及防雷裝置

1、雷電及防雷裝置第1頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第9章 雷電及防雷裝置 9.1 雷電放電的發(fā)展過程 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)第2頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)雷電過電壓：雷云放電在電力系統(tǒng)設(shè)備中產(chǎn)生的過電壓 。雷電過電壓的分類：感應(yīng)雷過電壓: 一般不超過500kV, 對35kV及以下電力設(shè)備有危害直擊雷過電壓: 對所有電力設(shè)備都有危害,電力系統(tǒng)防護的重點第3頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)9.1 雷電放電的發(fā)展過程先導(dǎo)：不

2、連續(xù)性（分級先導(dǎo)），歷時約 0.005 0.010 s。每一級先導(dǎo)發(fā)展速度相當高，但每發(fā)展到一定長度（平均約 50m）就有一個 10 100 s 的間隔。發(fā)展速度約為光速的 1/1000 。主放電：時間 50 100 s，移動速度為光速的 1/20 1/2；主放電時電流可達數(shù)千安，最大可達200 300kA。 余輝：雷云中剩下的電荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時間可達 0.03 0.15 s。 第4頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第5頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第6頁，共46頁，20

3、22年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)對雷電活動的理解雷電活動的監(jiān)測雷電的二次效應(yīng)人工雷電的產(chǎn)生及火箭引雷 雷云對地放電的實質(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，相當于一個電流源的作用過程人們能夠測知的電量，主要是流過被擊物體的電流國際上關(guān)于雷電的研究第7頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)9.2 雷電參數(shù) 雷電活動強度雷暴日及雷暴小時雷暴日：每年中有雷電的天數(shù)。 雷暴小時：每年中有雷電的小時數(shù)。 年平均雷暴日不超過 15 的地區(qū)為少雷區(qū)；超過 40 的為多雷區(qū)；超過 90 的地區(qū)及根據(jù)運行經(jīng)

4、驗雷害特別嚴重的地區(qū)為強雷區(qū)。 落雷密度地面落雷密度：每一個雷暴日、每平方公里對地面落雷次數(shù) 。電力行業(yè)標準DL/T620-1997建議取 = 0.07次平方公里. 雷電日。 雷電通道波阻抗 雷電通道如同一個導(dǎo)體，雷電流在導(dǎo)體中流動，對電流波呈現(xiàn)一定的阻抗，該阻抗叫做雷電通道波阻抗 （規(guī)程建議取 300 400）。 iLZ0ZA雷電流源被擊電路第8頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ) 雷電流的極性 國內(nèi)外實測結(jié)果表明，負極性雷占絕大多數(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，若被擊物阻抗為零，流過被擊物的電流。規(guī)程規(guī)定，雷電流是

5、指雷擊于電阻小于30歐姆的低接地電阻物體時，流過該物體的電流。一般區(qū)：少雷地區(qū)：第9頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ) 雷電流的波頭、陡度及波長 波頭： 1 5 s 范圍內(nèi)變化，多為 2.5 2.6 s，規(guī)程規(guī)定取2.6 s；波長： 20 100 s ，多數(shù)為 50 s 左右。為簡化計算，視為無限長；陡度：陡度 與幅值 I 有線性的關(guān)系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般認為陡度超過 50 kA/s 的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很?。s為0.04）。 雷電流的波形 標準波形斜角平頂波半余弦波第10頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)

6、9.3 避雷針和避雷線 避雷針（線）的保護原理 當雷云的先導(dǎo)向下發(fā)展，高出地面的避雷針（線）頂端形成局部電場強度集中的空間，以至有可能影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向，使其僅對避雷針（線）放電，從而使得避雷針（線）附近的物體免遭雷擊。 對避雷針（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）被保護設(shè)備全面位于避雷針（線）的保護范圍內(nèi)。但為了防止與被保護物之間的間隙擊穿（也稱為反擊），它們之間應(yīng)保持一定的距離。 第11頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第12頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第13頁，共46頁，202

7、2年，5月20日，14點39分，星期四第14頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第15頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第16頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四雙根等高避雷針保護范圍單根避雷針保護范圍高電壓工程基礎(chǔ)當 時：當 時：30mh 120m,避雷針的保護范圍第17頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ) 雙根不等高避雷針保護范圍雙根不等高避雷針保護范圍和兩支等高避雷針類似。第18頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四避雷線 作用原理同避雷針，主要用于輸電線路的保護，

8、也可用于保護發(fā)電廠和變電所保護范圍的長度與線路等長，而且兩端還有其保護的半個圓錐體空間在架空輸電線路上多采用保護角來表示避雷線的保護程度保護角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連線的夾角， 越小，雷擊導(dǎo)線的概率越小，對導(dǎo)線的屏蔽保護越可靠高電壓工程基礎(chǔ)第19頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第20頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第21頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第22頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第23頁，共46頁，2022年，5月2

9、0日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ) 單根避雷線保護范圍兩平行避雷線保護范圍避雷線保護角當hxh/2 rx=0.47(h-hx)P當hxh/2 rx=(h-1.53hx)P保護角越小，避雷線對導(dǎo)線的屏蔽保護作用越有效第24頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)9.4 避雷器 避雷器的保護原理 當雷電入侵波或操作波超過某一電壓值后，避雷器將優(yōu)先于與其并聯(lián)的被保護電力設(shè)備放電，從而限制了過電壓，使與其并聯(lián)的電力設(shè)備得到保護。 避雷器的技術(shù)要求（1）過電壓作用時，避雷器先于被保護電力設(shè)備放電，當然這要由兩者的全伏秒特性的配合來保證；（2）避雷器應(yīng)具有一定的熄弧能

10、力，以便可靠地切斷在第一次過零時的工頻續(xù)流。 避雷器的種類保護間隙，管式避雷器，閥式避雷器（包括金屬氧化物避雷器）第25頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四開發(fā)年代保護裝置類型19世紀7080年代棒型放電間隙和熔絲19世紀末角形保護間隙20世紀20年代鋁避雷器，氧化膜避雷器20世紀30年代管式避雷器20世紀40年代SiC避雷器20世紀50年代SIC磁吹避雷器，復(fù)合式避雷器20世紀60年代ZnO壓敏電阻20世紀70年代ZnO避雷器20世紀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)第26頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分

11、，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第27頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第28頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第29頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四避雷器保護作用原理示意圖 1 保護間隙 2 排氣式避雷器 3 閥型避雷器4 氧化鋅避雷器 5 被保護電氣設(shè)備高電壓工程基礎(chǔ)第30頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四 (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)第31頁，共46頁，2022年，5月

12、20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)一、保護間隙優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、價廉。缺點：保護效果差，與被保護設(shè)備的伏秒特性不易配合；動作后產(chǎn)生的截波，對變壓器匝間絕緣有很大的威脅。因此它往往與其它防護措施配合使用。保護間隙常用雙羊角狀間隙，取其有電弧上吹特性，我國常用于3 10kV電網(wǎng)中。保護間隙有一定的限制過電壓效果，但不能避免供電中斷。第32頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(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動作指示器 管式避雷器不但有一個切斷電流的下限，而且還有一個切斷電流的上限。其安裝點最大與最小短路電流要

13、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，故它主要用作保護線路弱絕緣，以及電站的進線保護段。 它實質(zhì)上是一只具有較強滅弧能力的保護間隙。第33頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)第34頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四三、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弧；當雷電過電壓擊穿時，電壓不

14、至于突然下降形成截斷波;工作原理：當過電壓達到間隙動作電壓，間隙動作，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，使流過的工頻續(xù)流受到限制，并在第一次過零瞬間，由間隙將此續(xù)流切斷。高電壓工程基礎(chǔ)第35頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ) 普通閥式避雷器（火花間隙、非線性電阻）單個火花間隙的結(jié)構(gòu)a.保證間隙中的電場為均勻電場，伏秒特性平緩；b.電暈可縮短間隙放電時間 閥片的伏安特性多個短間隙串聯(lián)易于切斷工頻續(xù)流。（復(fù)合與散熱） 多個問隙串聯(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. 當電

15、流增大時，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效果。b. 希望在工頻電壓升高后流過間隙閥片的續(xù)流不超過規(guī)定值，此時閥片呈現(xiàn)的電阻要有足夠的數(shù)值。 第36頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ)滅弧電壓：對于有間隙避雷器，續(xù)流第一次經(jīng)過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（8/20 s），在閥片電阻上產(chǎn)生的最大壓降。保護比：殘壓與滅弧電壓之比，保

16、護比的值越小越好。 避雷器的一些保護特性第37頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(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”，即利用磁場電弧的電動力作用，使電弧拉長或旋轉(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 間隙由一對角形電極 1 組成，磁場是軸向的，續(xù)流電弧被軸向磁場力拉長，吹入滅弧柵 4，電弧最終長度可達起始長度的數(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，故稱為限流間隙，它可切斷 450A 左右

17、的續(xù)流。 第38頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四高電壓工程基礎(chǔ) 金屬氧化物避雷器（MOA） 金屬氧化物主要成份是氧化鋅，有時也稱為氧化鋅避雷器。金屬氧化物避雷器有一系列優(yōu)點：非線性系數(shù)值很小。在額定電壓作用下，通過的電流極小，因此可以做成無間隙避雷器。保護性能好。它不需間隙動作，電壓一旦升高，即可迅速吸收過電壓能量，抑制過電壓的發(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續(xù)流，動作負載輕，耐重復(fù)動作能力強。通流容量大。避雷器容易吸收能量，沒有串聯(lián)間隙的制約，僅與閥片本身的強度有關(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

18、倍。結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于大批量生產(chǎn)，造價低。適用于多種特殊需要。第39頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四氧化鋅避雷器（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（Metal Oxide Surge Arresters，簡寫為MOA）MOA 的主要元件是金屬氧化物非線性電阻片（Metal Oxide Varistors簡寫為MOV）MOV的主要成份是氧化鋅（ZnO），俗稱MOV為氧化鋅閥片，MOA為氧化鋅避雷器第40頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四第41頁，共46頁，2022年，5月20日，14點39分，星期四懸掛式避雷器應(yīng)用于變電站高電壓工程基礎(chǔ)第42頁，共46頁，2022年，5月20日，