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1、第8章 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,8.1 雷电参数,1、雷电放电的等值电路:,先导通道波阻抗,电荷线密度,主放电发展速度,先导通道对地电位,雷电流,2、雷电流波形: 雷电流参数:电流峰值、波前时间、半峰值时间。,雷电流峰值 :,为峰值超过 的概率, 表示方法: 电流峰值、波前时间/半峰值时间,波前时间:,半峰值时间:,例如:,3、雷暴日与雷暴小时: 雷暴日:一年中有雷暴的日数。 雷暴小时:一年中有雷电的小时数。,4、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。,输电线路落雷
2、次数:每100km的输电线路每年遭受雷击的次数。,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。 作用:避雷针(线)高于被保护的物体,其作用是吸引雷电击于自身,并将雷电流迅速注入大地,从而使避雷针(线)附近的物体得到保护。 保护范围:指具有0.1%左右雷击概率的空间范围。 绘制方法:,折线法:简单易用; 滚球法:国际电工委员会推荐的方法。,1、单支避雷针的保护范围:,当 时:,当 时:,俯视图:根据 rx 画圆。,高度影响系数,2、两支等高避雷针的保护范围:,两针外侧:与单支避雷针的相同。 两针之间:通过两针顶点及点3的圆弧来确定。 俯视图:根据bx作两圆的切
3、线。,3、两支不等高避雷针的保护范围:,两针外侧:与单支避雷针的相同。 两针之间: 先按单针做出高针1的保护范围; 经过较低针2的顶点做水平线与之交与3; 假设3为避雷针顶点,做出2、3两针间的保护范围。,4、多支等高避雷针的保护范围:, 三支避雷针:三支避雷针1、2、3形成的三角形的外侧保护范围分别按两支等高针的方法。 多支避雷针:先将其分成两个或几个三角形,然后按确定三支等高避雷针的方法计算。,5、单根避雷线的保护范围:,当 时:,当 时:,6、两根等高避雷线的保护范围:,避雷线一般用于输电线路的直击雷保护,常用保护角的大小来表示其导线的保护程度。,保护角:避雷线和边相导线的连线与经过避雷
4、线的垂直线之间的夹角。通常在 之间。,8.3 避雷器,避雷器作用:限制过电压以保护电气设备。 避雷器类型: 保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 氧化锌避雷器,1、保护间隙: 结构:,工作原理: 当雷电波入侵时: 过电压消失后:,间隙先击穿,工作母线接地,避免了被保护设备上的电压升高,从而保护了设备。,间隙中仍有由工作电压产生的工频电弧电流(称为续流),此电流是间隙安装处的短路电流,因间隙灭弧能力差,将引起断路器的跳闸。,缺点:保护间隙限制了过电压,保护了设备,但将造成线路跳闸事故,故一般与自动重合闸配合使用。,2、管型避雷器: 实质:一种具有较高熄弧能力的保护间隙。 结构:,特点:短路时的工频续
5、流电弧的高温会使管内的产气材料分解出大量气体,管内压力升高,气体在高压力作用下由环形电极的开口孔喷出,形成强烈的纵吹,从而使工频续流在第一次过零时被切断。,工作原理: 当雷电波入侵时:内外间隙均被击穿。 过电压消失后:,短路电流的工频续流电弧使管内产生大量气体,形成纵吹,实现熄弧。,缺点: 伏秒特性较陡且放电分散性较大,而一般被保护设备的伏秒特性较平,二者不能很好的配合。 管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截波,对被保护设备的绝缘不利。,3、阀型避雷器: 结构:,间隙:冲击放电电压低于被保护设备的耐压强度。 电阻阀片:,阀片的电阻值与流过的电流有关,具有非线性特性。IR阀片,工作原理: 正常
6、时:间隙将电阻阀片与工作母线隔离,以免烧坏阀片。 当系统出现过电压且其峰值超过间隙的放电电压时,间隙击穿,经阀片流入大地,因阀片的非线性,在阀片上产生的压降(残压)将得到限制,使其低于被保护设备的冲击耐压,设备就得到保护。 过电压消失后,间隙中的工频续流仍流过避雷器。由于工频续流远小于冲击电流,阀片的非线性使间隙在工频续流第一次过零时将电弧切断。,4、氧化锌避雷器: 氧化锌阀片的特点:具有很理想的非线性伏安特性。, 伏安特性区域划分:,A区称为小电流区;B区称为非线性区, C区称为饱和区。, 工作原理: 正常时:阀片相当于绝缘体。 当过电压超过一定值时,阀片“导通”,将冲击电流通过阀片泄入大地
7、,此时其残压不会超过被保护设备的耐压值,达到过电压保护的目的。 过电压消失后:阀片自动终止“导通”状态,恢复绝缘状态。(不存在电弧的燃烧与熄灭问题), 结构:, 氧化锌避雷器的优点: 无间隙:在工作电压下ZnO实际上相当于一绝缘体,工作电压不会烧坏阀片,不需要通过串间隙来隔离工作电压。 无续流:因工作电压下流过ZnO的电流极小,所以不存在工频续流。 保护性能优越:ZnO阀片具有优异的非线性伏安特性,还有进一步降低残压的潜力。 通流容量大:ZnO阀片单位面积通流容量要比SiC阀片的大44.5倍,又无串联间隙烧伤的制约,可用来限制操作过电压。, 氧化锌避雷器的基本电气参数: 最高持续运行电压:允许
8、持续加在避雷器两端的最大工频电压有效值。 额定电压:允许施加在避雷器两端的最大工频电压有效值。 起始动作电压:指避雷器通过 1mA工频电流峰值或直流电流时得到工频电压峰值或直流电压。通常用U1mA表示,也称为转折电压或拐点电压。 残压:放电电流通过 ZnO 避雷器时的电压峰值。 通流容量:表示阀片耐受通过电流的能力。, 评价氧化锌避雷器性能优劣的指标: 保护水平:雷电保护水平为雷电冲击残压和陡波冲击残压除以1.15中的较大者;操作冲击电压等于操作冲击残压。,标称冲击放电电流时的残压,最大持续运行电压峰值,保护比 =,保护比:保护比越小,保护性能越好。,压比,荷电率,=,8.4 接地装置,1、基
9、本概念: 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体与大地相连,使物体或节点与大地保持等电位。 大地并不是理想的导体,它具有电阻率。 接地电阻:接地点处的电位 Um 与接地电流 I 的比值。 接地体(极):埋入地中的金属体。,2、保护接地、工作接地、防雷接地: 保护接地:为了人身安全,将电气设备的金属外壳接地,使其固定为地电位。 正常情况下接地点没有电流,故障时会有电位升高。,接触电压 Uj :人站立的地点与接地设备之间的电位差。 跨步电压 Uk:人的两脚着地点之间的电位差。, 工作接地:根据电力系统正常运行方式的需要而接地,如将系统的中性点接地。,在工频对地短路时,为使流过接地网的短路电流在接地网上造成的电位 IR 不致太大,要求 IR 2000V。, 防雷接地:针对防雷保护的需要而设置,目的是减少雷电流通过接地装置时的地电位升高。,特点: 火花效应:雷电流的幅值大,使土壤中的电场强度提高,若过高会导致火花放电,使接地电阻减小。 电感影响:雷电流的等值频率高,使接地体自身电感影响增大,阻碍电流向接地体远端流通。,3、工程实用的接地装置: 典型接地体的形式:垂直接地体、水平接地体、伸长接地体。 输电线路接地:在每个杆塔下一般都设接地体,并通过引线与避雷线相连,其目的是使击中避雷线的雷电流通过较低的接地电阻进入大地。,