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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。,
