高电压技术8,9讲义

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1、1 8 雷电及防雷装置 8-1 雷电参数 8-2 避雷针、避雷线的保护范围 8-3 避雷器 8-4 接地装置 2 8-1 雷电参数 一、等值电路 雷电流：雷击于接地阻抗为零的物体时流经接地 体的电流。国际规定接地体阻抗小于30。 实际上可将雷击物体看成一个入射波为 /2( 为 雷电流) 的电流波沿一条波阻抗为雷通道波阻抗 的通道向被击物体传播的过程。彼得逊等值电路如 图（8-1-3）所示或看成电流形式的彼得逊等值电路 。 3 式(8-1-2) 因为 为雷通道 电流的两倍。 二、雷电流波形 波形用峰值、波前时间和半峰值时间来表示（ 大多为负极性雷）。如5kA, 2.6/50s即表示波前时 间为2

2、.6s,半峰值时间为50s,峰值为5kA的电流。 4 电气设备的雷击试验和防雷设计时将雷电流波形等值 为可用公式表示的典型波形。常用的雷电流等值波形有 双指数波、斜角波、半余弦波等。 双指数波形（标准波形）（图a) （8-1-6） 斜角波(为简化计算)(图b） 对波前范围,较近似的为半余弦波(图c) （8-1-7） 5 三、雷暴日与雷暴小时 雷暴日：一年中有雷电流活动的日数。凡是有雷 电活动的一天，不管雷电次数多少都记为1。 雷暴小时：一年中有雷电的小时数。一个小时中 有听到雷声就为一个雷暴小时。 以上的定义表述该地区雷电活动的频率程度。我 国雷电活动分布是沿海强于内陆，南方强于北方 ，东方强

3、于西方。 四、地面落雷密度和输电线路落雷次数 地面落雷密度：每一雷暴日每平方千米地面遭受 雷击的次数，以表示。 6 8-2 避雷针、避雷线的保护范围 对直击雷的防护措施通常是装设避雷针或避雷线。 避雷针(线)高于被保护的物体，其作用是吸引雷电 击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使避雷 针(线)附近的物体得到保护。 避雷针（线）的保护范围可以通过模拟试验并结 合运行经验来确定。由于雷电放电受很多偶然因素 的影响，因此要保证被保护物体绝对不遭受直击雷 的危害是不现实的。通常，保护范围是指具有0.1% 左右雷击概率的空间范围。 7 一、避雷针的保护范围: 1、单支避雷针 避雷针的高度； 被保护物

4、体的高度； p 高度影响系数， 8 2、两支等高避雷针 一般两避雷针之间距离与针高之比D/h不宜大于5。 9 3、两支不等高避雷针 两针外侧的保护范围仍按单针的方法确定。两针内侧的保 护范围按以下方法确定：先按单针作出高针1的保护范围， 然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设点3为 一假想针的顶点，作出2和3两等高避雷针的保护范围。 10 4、避雷线（又称架空地线）的保护范围 避雷线一般用于输电线路的直击雷保护，常用保护角的 大小赖表示其对导线的保护程度。 保护角是指避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂 直线之间的夹角。 雷击导线的概率随保护角的减小而降低。按照线路重要 程度的不同

5、，通常在1530之间选用不同的保护角。 11 8-3 避雷器 避雷器是由保护间隙发展而来，主要作用是限制 过电压以保护电气设备。其类型只要有保护间隙、 管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等几种。 保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压 ，一般用于配电系统、输电线路和发、变电所进线 段的保护。阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护 ，在220KV及以下系统主要用于限制大气过电压， 在超高压系统中还用来限制内过电压或作内过电压 的后备保护。 12 一、保护间隙与管型避雷器 保护间隙 缺点：对工频续流的灭弧能力较差。 用途：常用于配电系统、线路和发、变电所进线段对大 气过电压的保护。 13 管型避

6、雷器 结构：两个相互串联的间隙构成，一个用于隔离过电压, 一个用于灭弧。实质上是一个具有较高熄弧能力的保护间隙 。 原理：雷击时内外间隙均被击穿，过电压消失后，工频续 流由续流电弧高温使管内材料产生的气体熄灭。 缺点：伏秒特性分散性大，与设备不能较好配合。 动作后工作母线直接接地形成截波，对变压器纵 绝缘不利。 用途：与保护间隙相近。 14 二、阀型避雷器 1.结构：由间隙与线性电阻(阀片)串联。 2.原理：正常工作时，间隙将电阻阀片与母线电阻隔离， 使电阻受到较好保护。(老化、劣化) 当系统电压过大时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流 入大地，由于阀片的非线性特性，故在阀片上产生的压降( 称为残

7、压)将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压， 设备得到保护。当过电压消失后，正常电压工作，电压小 ，电阻大，工频续流小，使间隙能在工频续流第一次经过 零值时就将电流熄灭。 阀型避雷器分为普通型和磁吹型两类，由熄弧能力决定 。 3. 用途：变电所、发电厂的保护；220KV及以下限制大气 过电压；超高压系统中用于限制内过电压。 15 三、氧化锌避雷器 结构：省去串联火花间隙，非线性电阻采用 阀片（主 要成分为 ，还掺入多种微量金属化合物）。 阀片的伏安特性可分为小电流区、非线性区和饱和区 。 低压时电阻极大，电压达到一定值时电阻迅速下降，非线 性特性较 强烈。正常电压下电流还小于 阀片的间 隙。

8、 16 原理：过电压时， 阀片电阻迅速下降，能量通过阀片 入地，被保护设备承受的是残压。过电压过去后，正常电压 时： 阀片电阻迅速上升，流过电流极小。为了减少氧化 锌避雷器的老化，常采用并联或串联间隙的方法。（正常情 况下承压小） 特点：可做成无间隙的。因此，无防污问题，气压的影 响，陡坡响应特性。 无续流。正常工作下为绝缘体，电流小，在大 电流长时间重复冲击后特性稳定。 保护性能优越。具有优异的伏安特性，可降低 残压。（大电流下电压） 通流容量大，适于限制操作过电压和直接系统 的过电压。 17 8-4 接地装置 一、接地和接地电阻的概念 接地：将地面上的金属物体或电气回路中的某一 节点通过导

9、体与大地相连，使该物体或节点与大地 保持等电位。 接地分为工作接地（小于110KV，星形接线）、 保护接地(设备安全)、防雷接地三种。 接地电阻：接地点处的电位与接地电流的比值。 接地电阻是表征接地装置功能的一个重要的电气参 数。严格地说，接地电阻包括四个组成部分：接地 引线电阻、接地体本身的电阻、接地体与土壤间的 过渡电阻和大地的溢流电阻。 18 二、三种接地 1、保护接地 为了人身安全，将电气设备的金属外壳接地。 接触电压:人所立的地点与接地设备之间的电位差。(取人 手摸设备的1.8m高处，人脚离设备的水平距离为0.8m) 跨步电压:人的两脚着地点之间的电位差.(取跨距为0.8m) 19

10、2、工作接地 电力系统正常运行需要的，如系统的中性点接地。 3、防雷接地 针对防雷而设计的接地，目的是减少雷电流通过接地装 置时的地电位升高。 三、工程实用的接地装置(了解) 工程实用的接地体主要由扁钢、圆钢、角钢或钢管组成 ，埋于地表面下0.51m处，水平接地体多用扁钢，或者用 直径不小于6mm的圆钢；垂直接地体一般用角钢或钢管。 1、典型接地体的接地电阻 2、输电线路的防雷接地 3、发电厂和变电所的防雷接地 20 第九章 输电线路的防雷保护 输电线路上出现的大气过电压有两种：一种是 雷直击于线路引起的，称为直击雷过电压；另一 种是雷击线路附近地面，由于电磁感应引起的， 称为感应雷过电压。

11、耐雷水平：雷击线路时绝缘不发生闪络的最大雷 电流的幅值，以kA为单位。 雷击跳闸率：每100km线路每年由雷击引起的跳 闸次数称为“雷击跳闸串”，这是衡量线路防雷性 能的综合指标。 21 9-1 输电线路上的感应雷过电压 一、雷击线路附近大地时的线路上的感应雷 过电压 二、雷击线路杆塔时导线上的感应雷过电压 22 9-2 输电线路上的直击雷过电压 和耐雷水平 雷直击于有避雷线 线路的情况可分为 三种，即雷击杆塔 塔顶、雷击避雷线 档距中间和雷绕过 避雷线击于导线 称为“绕击”。 3种雷击如图所示： 雷击避雷线 雷击杆塔 绕击导线 图9-2-1 有避雷线线路直击雷的三种可能性 23 一、雷击杆塔

12、塔顶时的过电压和耐雷水平 1、塔顶电位 考虑到雷击点的阻抗 较低故在计算时可略去 雷电通道波阻的影响。 由于避雷线的分流作用 ，流经杆塔的电流将小 于雷电流，即(9-2-1)式 中：称为分流系数，其 值可由右图的等值电路 求出。（对于不同电压 等级一般长度档距的杆 塔，值可由表9-2-3查得 ） 24 塔顶电位可由下式计算 将 代入，则塔顶电位的幅值 为 （9-2-2） 式中： 为雷电流幅值。 25 2、导线电位和线路绝缘上的电压 由于避雷线与导线间的耦合作用，导线上将产生耦合电压 ，此电压与雷电流同极性。由于雷电通道电磁场的作用，在 导线上尚有感应过电压 ，此电压与雷电流异极性 ，故导线电位

13、的幅值 为 （9-2-3） 线路绝缘子串上两端电压为塔顶电位和导线电位之差，故线 路绝缘上的电压幅值 为 以式（9-2-2）及 代入，得 （9-2-4） 26 3、耐压水平的计算 从式（9-2-4）可知，线路绝缘上电压的幅值 随雷 电流的增大而增大，当 大于绝缘子串冲击闪络电 压时，绝缘子串将发生闪络，由于此时杆塔电位较 导线电位为高，故此类闪络称为“反击”。雷击杆塔 的耐压水平可由 等于线路绝缘子串的50%冲击闪 络电压 时求得 （9-2-5） 27 二、雷击避雷线档距中央时的过电压(了解) 三、绕击时的过电压和耐雷水平(了解) 9-3 输电线路的雷击跳闸率(了解) 28 一、架设避雷线 避

14、雷线是超高压输电线路最基本的防雷措施，其主要 目的是防止雷直击导线。此外避雷线对雷电流还有分流 作用，可以减少流入杆塔的雷电流，使塔顶电位下降； 对导线有耦合作用，可以降低导线上的感应过电压。 我国规程规定，330kV及以上应全线架设双避雷线， 220kV应全线架设避雷线，110kV线路一般应全线装设避 雷线,但在少雷区或运行经验证明雷电活动轻微的地区可 不沿全线架设避雷线，保护角一般取2030，对330kV 及220kV双避雷线线路，一般采用20左右。 9-4 输电线路的防雷措施 29 二、降低杆塔接地电阻 对于一般高度的杆塔，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷 水平防雷反击的有效措施。 三、架

15、设耦合地线 在降低杆塔接地电阻有困难时，可以采用在导线下方架设 地线的措施，其作用是增加避雷线与导线间的耦合作用以降 低绝缘子串上的电压，耦合地线还可增加对雷电流的分流作 用。 四、采用不平衡绝缘方式 不平衡绝缘的原则是使两回路的绝缘子串片数有差异，这 样，雷击时绝缘串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当 于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了另一回 路的耐雷水平以保证继续供电，一般两回路绝缘水平的差异 为 倍的相电压(峰值)。 30 五、架设自动重合闸 雷击造成的闪络大多能在跳闸后自行恢复绝缘性能。 六、采用消弧线圈接地方式 接地故障的电弧能消除或抑制,提高耐雷水平。 七、装设管型避雷器 在线路交叉处和在高杆塔上架设管型避雷器以限制过电压 。 八、加强绝缘 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。