红外发射与接收电路

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1、第二篇 电力系统过电压及其防护第五章第五章 雷电及防雷设备雷电及防雷设备主要内容5. 5.1 1 雷电放电过程及雷电参数雷电放电过程及雷电参数5. 5.2 2 防雷保护装置防雷保护装置雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所 产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引 起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方面是： 雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，它是造成 电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一 产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通 过电动力引起机械损坏。 电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。5. 5.1 1

2、雷电放电过程及雷电参数雷电放电过程及雷电参数5.1.1 雷电放电的过程水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电 荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升 气流带往高空，形成大片带负电的雷云。雷云的底部大多是带 负电荷，在地面上感应出大量的正电荷。带有大量不同极性的雷云之间、雷云对地之间就形成了强大的 电场。雷云中的 电荷分布当空间电场强度超过 大气电离的放电的临 界电场强度时，就会 发生云间或对大地的 火花放电。放电通道的电流可达 几十或几百千安。l 先导放电阶段负极性雷在地面上感应出正电荷，雷云与地面之间形 成强电场，雷云中的负电荷受电场作用不断向下延伸， 形成了

3、一个不断伸长的通道（先导），最终与地面短接 l 主放电阶段通道产生突发的明亮，发出巨大的声响，通道流过幅 值很大的，延续时间近百微秒的冲击电流主放电是造成破坏作用，形成过电压、电动力、爆破 力的主要因素 l 余辉放电阶段剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地。电流逐渐 衰减，约为100010A，持续时间约为几ms。余辉放电是造成物体热效应的主要因素。雷电放电过程5.1.2 雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流幅值设先导通道中的电荷线密度为设先导通道中的电荷线密度为 ，主放电速度为，主放电速度为v vL L， 则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为 v v

4、L L研究表明：雷电放电的先导通道具有分布参数的特 性，可认为它是一个具有电感、电容等均匀分布参 数的导电通道，称为雷电通道，其波阻抗为Z0 .1.雷击地面时雷电先导通道中带有与 雷云极性相同的电荷（一般 雷云多为负极性），自雷云 向大地发展。 由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云 极性相反的电荷。主放电前当先导发展到离大地 一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击 穿，雷电通道中的主放电 过程开始，主放电自雷击 点沿通道向上发展，若大地的土壤电阻率为零，则 主放电所到之处的电位即 降为零电位。主放电时设先导通道中的电荷线密度为设先导通道中的电荷线密度为 ，主放电速度为，主放电速度

5、为v vL L， 则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为 v vL L雷击物体时电流波的运动若雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路或导线 时，则雷击时电流的运动可 描述如图，负极性电流波将 自雷击点“0”沿被击物流 动，同时，相同数量的正极 性电流波将自雷击点“0” 沿通道向上发展。2 雷击中避雷针、地线或导线时v流经物体的电流波与被击物体的波阻抗有关v当Zj=0时，流经被击物体的电流定义为雷电流n雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放；从电 源性质来看，这相当于一个电流源的作用过程；n雷电放电的物理过程虽然很复杂，但从地面感受到的实际 效果

6、和防雷保护实际工程角度，可以把它看成是一个沿着 固定波阻抗的雷电通道向地面传播电磁波的过程。可依据 此建立计算模型。n在雷电放电的过程中，人们能够测知的电量，是雷击地面 时流过被击物体的电流i，然后再根据计算模型反推雷电波的电流。注意理解： 为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统 计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计的 在一天内或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电 日Td或一个雷电小时Th 由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多 年平均值年平均雷电日1、雷电日及雷电小时5.1.3 雷电参数雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有 关Td 40，多雷区；90，强雷区单位：

7、次/100公里年我国规程规定，对Td=40的地区，取 次/平方公里.雷电日地面落雷密度：指每个雷电日每平方公里的地面上 的平均落雷次数（单位：次/平方公里雷电日）2、地面落雷密度和输电线路落雷次数若一般高度的线路的等值受雷面的宽度为10h(h为线 路平均高度(m)，则输电线路年平均遭受雷击的次数 ： 主放电过程主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z Z0 0的雷电通道传播到雷击点的波过程。的雷电通道传播到雷击点的波过程。雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类 似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻 抗，称为雷电通道波阻抗。我国有关规程建议 取Z03003、雷电

8、通道的波阻抗第2节 防雷保护装置为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线），其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。主要内容：避雷针和避雷线避雷器防雷接地防雷保护装置的作用：避雷针、避雷线：可以防止雷电直接击中被保护 物体，也称作直击雷保护。 避雷器：防止沿输电线侵入变电所的雷电过电压 波，因此也称作侵入波保护。 接地装置：减少避雷针（线）或避雷器与大地（ 零电位）之间的电阻值，以达到降低雷电过电压幅值的目的。 避雷针保护原理：当雷云放电时使地面电场畸 变，在避雷针顶端形成局部场强集中的空间 以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对 避雷针

9、放电，再经过接地装置将雷电流引入 大地从而使被保护物体免遭雷击。一、避雷针和避雷线避雷针（线）主要防直雷击：她是由金属制成，比 被保护设备高，具有良好接地的装置。其作用是将 雷吸引到自己身上，并安全导入地中，从而保护了 附近比它矮的设备和建筑免受雷击。避雷针的保护对象：一般用于保护发电厂和变电站，可根据不同情况装 设在配电构架上，或独立架设。避雷线 作用原理同避雷针，主要用于输电线路的保护 ，也可用于保护发电厂和变电所 对避雷器的基本技术要求过电压作用时，避雷器先于被保护电力设 备放电，这需要由两者的伏秒特性的配合来保护避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠 地切断在某次过零时的工频续流，使系统

10、恢复正 常二、避雷器避雷器的作用：是用以限制由线路传来的雷电过 电压（雷电入侵波）或由操作引起的内部过电压的 一种电气设备。避雷器避雷器1. 接地电工中“地”是指地中不受入地电流的影响而保持着零电位的 土地。接地是指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，使该物体或节点与大地经常保持 等电位。电力系统的接地分为三类：工作接地：根据系统正常运行要求设置。如三相系统的中 性点接地，其作用是稳定电网的对地电位，以降低电气设 备的绝缘水平。 保护接地：为保障人身安全而将电气设备金属外壳等接地 ，它在故障条件下才发挥作用 防雷接地：用来将雷电流顺利泻入大地，以减小引起的过 电压三

11、、 防雷接地2. 接地电阻接地电阻Re等于从接地体到地下远处零位面之间的电压Ue与流过的工频或直流电流Ie之比。 冲击接地电阻，工频或直流下的接地电阻，二者之比称为 冲击系数。v当雷电流流过接地装置时，接地体和土壤所 呈现的响应不同于工频响应，即冲击接地电 阻一般不等于工频接地电阻i的值一般小于1，但在接地体很长时也有可能大于1。3、接地装置：埋于地下的一组人工接地导体，其功用是减小接地电 阻，以降低雷电流通过避雷针（线）或避雷器时的过电压 。 v垂直接地体v水平接地体v接地网n 输电线路的防雷接地：在每一基杆塔下一般都有接地装置，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流过较低的接地电 阻而进入大地；n 发电厂和变电站的防雷接地：根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避 雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷接地 的要求。垂直接地体 水平接地体小 结 电力系统中广泛采用避雷针和避雷线作为直接雷击 防护装置。 保护间隙与被保护绝缘并联，它的击穿电压比后者 低，使过电压波被限制到保护间隙F的击穿电压Ub。 变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器。 防雷接地装置可以是单独的，也可以与变电所、发 电厂的总接地网连成一体。防雷接地所泄放的电流 是冲击大电流。