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1、第八章第八章 雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置- -雷电放电过程雷电放电过程 雷电放电实质上是一种长气隙的雷电放电实质上是一种长气隙的火花放电火花放电-雷电参数雷电参数 雷暴日与雷暴小时雷暴日与雷暴小时 地面落雷密度与输电线的落雷次数地面落雷密度与输电线的落雷次数 雷电的极性雷电的极性 雷电流幅值雷电流幅值 雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长 雷电流的计算波形雷电流的计算波形 雷电通道波阻抗雷电通道波阻抗雷暴日与雷暴小时雷暴日与雷暴小时 一年中发生雷电的天数（小时），以听到雷一年中发生雷电的天数（小时），以听到雷声为准。声为准。少 雷 区 ： Td15 如：中国西北中
2、等雷区 ： 15Td40 如：华南某些地区雷电强烈区： Td90 如：海南岛 雷州半岛。标准雷暴日为40日地面落雷密度地面落雷密度与输电线的落雷次数与输电线的落雷次数N N 地面落雷密度：地面落雷密度：每雷暴日、每平方公里地面落雷次数。 DL/T620-1997推荐，在雷暴日为40的地区： 1）地面落雷密度：=0.07次/km22）每100km输电线每年雷击次数 b导线间的距离h导线的平均对地高度举例：举例： 220kV线路，b=11.6m，h=24.5m 百公里雷击次数：N=30.7次 500kV线路，b=18.6m，h=27.25m 百公里雷击次数：N=35.7次 75%90%的雷击都是负
3、极性的雷电的极性雷电的极性雷电流幅值雷电流幅值 雷电流通常定义为雷击于小接地电阻( 30)的物体时流过雷击点的电流 。 雷电流幅值与出现概率可下式计算:雷电流幅值概率（雷电流幅值概率（%） 陕南以外的西北地区、内蒙古陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区等自治区的部分地区等（这类地（这类地区的年平均雷暴日数一般在区的年平均雷暴日数一般在2020以下）以下）雷电流幅值较小，可由雷电流幅值较小，可由给定的概率按图查出雷电流幅给定的概率按图查出雷电流幅值后减半。值后减半。 雷电流的波前时间、陡度及波长A A）双指数波）双指数波 b b）斜角波）斜角波 c c）斜角平顶波）斜角平顶波 d d）等值
4、）等值余弦波余弦波在线路防雷设计中，雷电流波头一般取在线路防雷设计中，雷电流波头一般取2.62.6微微秒，波头形状取斜角形；在设计特殊高塔时秒，波头形状取斜角形；在设计特殊高塔时，可取半余弦波。，可取半余弦波。平均陡度： 雷电通道波阻抗雷电通道波阻抗 建议取400欧姆 放电能量放电能量 雷电的功率很大，但能量有限雷电的功率很大，但能量有限雷电过电压的形成雷电过电压的形成8.2 8.2 避雷针、避雷线的保护范围避雷针、避雷线的保护范围 防直击雷防直击雷 避雷针，避雷线避雷针，避雷线 防侵入波防侵入波 避雷器避雷器 新华网重庆2007年月日电（记者王金涛、刘卫宏）重庆市开县义和镇兴业村小学日遭受雷
5、击，造成名小学生死亡、名小学生受伤，其中人重伤。 避雷针（避雷针（Lightning RodLightning Rod）辞海中避雷针的解释： 一种防直击雷的装置。 由金属棒组成，装在独立架构或建筑物顶上。 它与接地引下线和接地装置配合，能把一定范围的高空雷电引向自身，泄入大地以保护周围建筑物或屋外电气装置免遭或少遭雷击。避雷针的保护原理先导先导主放电电子崩流柱先导主放电+避雷针（线）的保护原理可以归为： 避雷针尖场强高，大量感应电荷畸变电场，并吸引雷电先导沿向避雷针方向发展，直击于其上； 针尖放电引起上行先导，更加吸引下行先导向避雷针方向发展；避雷针保护动画演示：雷云+避雷针与避雷线的保护范围
6、：避雷针与避雷线的保护范围： 保护范围保护范围是指被保护物在此空间是指被保护物在此空间内遭受雷击概率（绕击率）在可内遭受雷击概率（绕击率）在可接受值之内。接受值之内。 绕击绕击指的是雷电绕过避雷装置而指的是雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的现象。击中被保护物体的现象。电力系统标准与统计数据 电力行业标准电力行业标准DL/T620-1997DL/T620-1997规定的避规定的避雷针保护范围内绕击率预计为雷针保护范围内绕击率预计为0.1%0.1%，保护范围可靠性为保护范围可靠性为0.9990.999。 统计了我国统计了我国42724272（变电所（变电所. .年）的运行年）的运行经验绕击率为经验
7、绕击率为0.07%0.07%，表明低于预计的表明低于预计的0.1%0.1%，是可接受的。，是可接受的。 避雷针的保护范围计算u单支避雷针保护范围；u两支等高避雷针联合保护范围；u两支不等高避雷针联合保护范围；u三支避雷针联合保护范围；u多支避雷针联合保护范围。单只避雷针的保护范围单只避雷针的保护范围垂直保护范围截面水平保护范围截面P单只避雷针的保护范围单只避雷针的保护范围垂直保护范围截面水平保护范围截面高度修正系数 h 30m P=1 30m h 120m30m h 120m h120m 取P=120m计算 P练习题：练习题： 某电厂有一原油罐，直径10m，高出地面10m，用独立避雷针保护，要
8、求针距罐壁至少5m，试问避雷针的高度不低于多少米。10m5m10mh=?根据题意：rx15m由公式rx(1.5h2hx)P (hxh/2)rx(1.5h2hx)P15m且hx=10m若针高h30m，P1，解得：h23.3mh25m答案：思考题：1、除了传统的针形避雷针，还有哪些防直击雷的装置？2、能否设计计算机程序进行避雷针保护范围计算，并显示三维图象？小结：小结： 雷电是由于雷云引起的云间和云地之间的长间隙放电； 地面落雷对电力系统造成危害； 雷电具有多种参数，其中包括雷暴日、落雷密度等重要参数； 避雷针在一定范围内能保护低于它的物体，并存在一定的绕击率。两只等高避雷针保护范围两只等高避雷针
9、保护范围1 1）外侧按单针保）外侧按单针保护范围计算；护范围计算；2 2）内侧最低保护）内侧最低保护高度高度h h0 0h hD/7PD/7P3 3）水平面最窄处）水平面最窄处 宽度宽度: :b bx x=1.5(h=1.5(h0 0 h hx x) )两只不等高避雷针保护范围两只不等高避雷针保护范围三只避雷针保护范围三只避雷针保护范围按每两只针的不同组合，分别计算联合保护范围，只要计算出的所有bx0，则中间部分均能保护四支及四支以上避雷针保护范围四支及四支以上避雷针保护范围 四支及以上等高避雷针所形成的四四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个角形或多角形，可先将其分成两
10、个或几个三角形；或几个三角形； 然后分别按三支等高避针的方法计然后分别按三支等高避针的方法计算；算； 如各边保护范围的一侧最小宽度如各边保护范围的一侧最小宽度 b b00，则全部面积即受到保护。，则全部面积即受到保护。 单根避雷线的保护范围r rx x=0.47(h-h=0.47(h-hx x) P, ) P, h hx x h/2 h/2r rx x=(h-1.53h=(h-1.53hx x)P, )P, h hx xh/2h/2避雷线的保护角避雷线的保护角 杆塔上避雷线对边导杆塔上避雷线对边导线的保护角线的保护角 110110及及220220千伏线路，千伏线路，一般采用一般采用20200
11、030300 0左右左右。 500kV500kV线路一般线路一般1515左左右。右。 8.3 8.3 避雷器（避雷器（Lightning ArresterLightning Arrester） 保护间隙保护间隙 排气式避雷器排气式避雷器 阀式避雷器阀式避雷器 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器避雷器保护作用原理示意图11保护间隙保护间隙 2 2排气式避雷器排气式避雷器 3 3阀型避雷器阀型避雷器 44氧化锌避雷器氧化锌避雷器 5 5 被保护电器设备被保护电器设备 避雷器的基本要求： 具有良好的伏秒特性，以易于实现具有良好的伏秒特性，以易于实现合理的绝缘配合合理的绝缘配合避雷器伏秒特性避雷器伏秒特
12、性电气设备伏秒特性电气设备伏秒特性50%t50%t 具有一定的通流容量，具有一定的通流容量，其残压必其残压必须低于被保护物的冲击耐压须低于被保护物的冲击耐压；l l具具应有较强的绝缘强度自恢复能力，以利于快速切断工频续流，使系统得以继续运行保护间隙保护间隙保护间隙的缺点保护间隙的缺点1 1、伏秒特性陡峭，保护性能不是很、伏秒特性陡峭，保护性能不是很好；好；2 2、没有专门的灭弧装置，灭弧能力、没有专门的灭弧装置，灭弧能力有限；有限；3 3、保护间隙动作后产生大幅值的截、保护间隙动作后产生大幅值的截波，对变压器等设备绝缘不利。波，对变压器等设备绝缘不利。管式避雷器管式避雷器（排气式避雷器）（排气
13、式避雷器）阀式避雷器阀式避雷器阀式避雷器的工作原理阀式避雷器的工作原理1 1）SiCSiC阀片电阻具有阀片电阻具有非线性非线性，2 2）避雷器放电后，残压较低且平坦）避雷器放电后，残压较低且平坦金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器（MOAMOA）Metal Oxide Surge ArrestersMetal Oxide Surge Arresters无间隙无间隙MOAMOA与阀式避雷器相比的优点与阀式避雷器相比的优点：1 1）基本无工频泄漏电流，省去）基本无工频泄漏电流，省去了火花间隙，结构大大简化；了火花间隙，结构大大简化；2 2）通流容量大、无工频续流；）通流容量大、无工频续流；3）保护性能
14、更加优越： 1.伏安特性更优； 2.伏秒特性更平坦； MOAMOA避雷器由于其优异的性能避雷器由于其优异的性能，已经得到广泛应用，并基，已经得到广泛应用，并基本完全取代阀式避雷器本完全取代阀式避雷器MOA避雷器的电气参数1) 额定电压 施加到避雷器端子间的最大容许工频电压(kV,有效值) 亦即在保证熄灭工频续流的条件亦即在保证熄灭工频续流的条件下下, ,允许加在间隙上的工频电压。允许加在间隙上的工频电压。 2)残压 ures放电电流通过避雷器时在端子间的最大电压值(kV 峰值)220kV及以下系统 u5330kV及以上系统 u103)参考电压uref直流参考电压:在直流参考电流(1mA)下测出
15、的避雷器上的电压8.4 8.4 防雷接地防雷接地Grounding for LightningGrounding for Lightning 接地的基本概念：接地的基本概念： 指地面上的金属物体或电气回指地面上的金属物体或电气回路中的某一点通过导体（通常指接路中的某一点通过导体（通常指接地装置）与大地相联，使该物体或地装置）与大地相联，使该物体或节点与大地保持等电位。节点与大地保持等电位。 工作接地 保护接地 防雷接地 防静电接地接地的类型：接地的类型：1 1）工作接地）工作接地 根据电力系统正常运行的需要而设根据电力系统正常运行的需要而设置的接地置的接地 交流电力系统根据中性点是否接地交流电
16、力系统根据中性点是否接地而分为而分为中性点接地系统中性点接地系统和和中性点绝中性点绝缘系统缘系统，另外还有中性点通过电阻，另外还有中性点通过电阻或电感接地的或电感接地的中性点非有效接地系中性点非有效接地系统统。2 2）保护接地）保护接地 在电气设备发生故障时，电气设备的外壳将带电，如果这时人接触设备外壳，将产生危险。因此为了保证人身安全，所有电气设备的外壳必须接地，这种接地称为保护接地。3 3）静电接地）静电接地 为防止静电电荷积累产生为防止静电电荷积累产生的火花，对可燃物造成的危险的火花，对可燃物造成的危险，将金属物体接地，泄放电荷，将金属物体接地，泄放电荷。4 4）防雷接地）防雷接地 雷电防护设备都必须与雷电防护设备都必须与合适的接地装置相连，以将合适的接地装置相连，以将雷电流导入大地，这种接地雷电流导入大地，这种接地称为防雷接地；称为防雷接地；工程用接地电阻工程用接地电阻接接地地电电阻阻接地引线电阻接地引线电阻接地体本身接地体本身接地体与大地接接地体与大地接触电阻触电阻大地溢流电阻大地溢流电阻=一般，前三一般，前三种忽略不计种忽略不计跨步电压跨步电压无穷远处零电位无穷远处零电位接
