高电压工程基础施围ppt课件第9章-雷电及防雷装置讲解.ppt

高电压工程基础,华南理工大学电力学院,第,9,章,雷电及防雷装置,9.1,雷电放电的发展过程,9.2,雷电参数,9.3,避雷针和避雷线,9.4,避雷器,9.5,防雷接地,高电压工程基础,高电压工程基础,9.1,雷电放电的发展过程,先导,：不连续性（分级先导），历时约,0.005 0.010 s,。每一级,先导发展速度相当高，但每发展到一定长度（平均约,50m,）就有,一个,10 100 s,的间隔。发展速度约为光速的,1/1000,。,主放电,：时间,50 100 s,，,移动速度为光速的,1/20 1/2,；,主放电时电流可达数千安，,最大可达,200 300kA,。,余辉,：雷云中剩下的电荷继,续沿主放电通道下移，称为,余辉放电阶段。余辉放电电,流仅数百安，但持续的时间,可达,0.03 0.15 s,。,高电压工程基础,9.2,雷电参数,?,雷电活动强度,雷暴日及雷暴小时,雷暴日,：每年中有雷电的天数。,雷暴小时,：每年中有雷电的小时数。,年平均雷暴日不超过,15,的地区为,少雷区,；超过,40,的为,多雷区,；超,过,90,的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为,强雷区,。,?,落雷密度,地面落雷密度,：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数,。,电力行业标准,DL/T620-1997,建议取,=0.07,次平方公里,.,雷电日（,40,）。,?,雷电通道波阻抗,雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定,的阻抗，该阻抗叫做雷电通道波阻抗,（规程建议取,300 400,）。,高电压工程基础,?,雷电流的极性,国内外实测结果表明，负极性雷占绝大多数，约占,75 90%,。,?,雷电流幅值,雷电流,：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物,的电流变为入射波的,两倍,，规程规定，雷电流是指雷击于的低接地电阻,物体时，流过该物体的电流。,少雷区：,lg,88,I,p,?,?,一般地区：,lg,44,I,p,?,?,高电压工程基础,?,雷电流的波头、陡度及波长,波头,：,1 5 s,范围内变化，多为,2.5 2.6 s,，,规程规定取,2.6 s,；,波长,：,20 100 s,，多数为,50 s,左右。为简化计算，,视为无限长,；,陡度,：陡度,与幅值,I,有线性的关系,，即幅值愈大，陡度也愈大。一般,认为陡度超过,50 kA/s,的雷电流出现的概率已经很小（约为,0.04,）。,?,雷电流的波形,标准波形,斜角平顶波,半余弦波,高电压工程基础,9.3,避雷针和避雷线,?,避雷针（线）的保护原理,当雷云的先导向下发展，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电,场强度集中的空间，以至有可能影响下行先导的发展方向，使其仅对避,雷针（线）放电，从而使得避雷针（线）附近的物体免遭雷击。,?,对避雷针（线）的要求,（,1,）为了使雷电流顺利地泄入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接,地装置。,（,2,）被保护设备全面位于避雷针（线）的保护范围内。但为了防止与被,保护物之间的间隙击穿（也称为反击），它们之间应保持一定的距离。,双根等高避雷针保护范围,单根避雷针保护范围,高电压工程基础,x,/,2,h,h,?,x,x,h,(,),r,h,h,p,?,?,当,时：,当,时：,x,/,2,h,h,?,x,x,h,(1.5,2,),r,h,h,p,?,?,0,h,x,0,x,/,7,1.5(,),h,h,D,p,b,h,h,?,?,?,?,?,?,?,高电压工程基础,双根不等高避雷针保护范围,单根避雷线保护范围,两平行避雷线保护范围,避雷线保护角,高电压工程基础,9.4,避雷器,?,避雷器的保护原理,当雷电入侵波或操作波超过某一电压值后，避雷器将优先于与其并,联的被保护电力设备放电，从而限制了过电压，使与其并联的电力设备,得到保护。,?,避雷器的技术要求,（,1,）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，当然这要由两者,的全伏秒特性的配合来保证；,（,2,）避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次过零时的,工频续流,。,?,避雷器的种类,保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括金属氧化物避雷器）,高电压工程基础,一、保护间隙,优点,：结构简单、价廉。,缺点,：（,1,）灭弧能力差；（,2,）保护效果差，与被保护设备,的伏秒特性不易配合；（,3,）动作后产生的截波，对变压器,匝间绝缘有很大的威胁。因此它往往与其它防护措施配合使,用。,保护间隙常用双羊角状间隙，,取其有电弧上吹特性，我国常用于,3,10kV,电网中。保护间隙有一定的,限制过电压效果，但不能避免供电,中断。,高电压工程基础,二、管型避雷器,外间隙,内间隙,1,产气管；,2,胶木管套；,3,棒电极；,4,环形电极；,5,贮气室；,6,动作指示器,管式避雷器不但有一个切断电流的下限，而且还有一个,切断电流的上限。其安装点最大与最小短路电流要分别小于,和大于管式避雷器的上、下限。,管式避雷器伏秒特性陡，放电分散性大，动作产生截波，,放电特性受大气条件影响，故它主要用作保护线路弱绝缘，,以及电站的进线保护段。,高电压工程基础,三、阀型避雷器,原理：,间隙与阀片配合完成。当过电压达到间隙动作电,压，间隙动作，冲击电流经阀片流入大地；之后，阀片仅受,到工频电压作用，由于非线性关系，阀片电阻值增高，使流,过的工频续流受到限制，并在第一次过零瞬间，由间隙将此,续流切断。,注意,：避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，,因此电网在整个过程均保持正常供电。,高电压工程基础,?,普通阀式避雷器（,火花间隙、非线性电阻,）,单个火花间隙的结构,a.,保证间隙中,的电场为均匀,电场，伏秒特,性平缓；,b.,电,晕可缩短间隙,放电时间,阀片的伏安特性,k,u,C,i,?,?,多个短间隙串联易,于切断工频续流。,（复合与散热）,多个间隙串联电压分布,不均匀，使避雷器灭弧,能力降低。可使用并联,电阻使电压分布均匀。,a.,当电流增大时，阀片呈现,低阻值，使避雷器上电压降,低，增加了避雷器的保护效,果。,b.,希望在工频电压升高,后流过间隙阀片的续流不超,过规定值，此时阀片呈现的,电阻要有足够的数值。,高电压工程基础,灭弧电压,：,对于有间隙避雷器，续流第一次经过零值保证,不重燃的条件下，允许作用在避雷器上的最高工频电压。,切断比,：,避雷器间隙的工频放电电压（下限）与续流过零,后间隙所能承受的最大工频电压（灭弧电压）之比，其值,越小越好。,残压,：,流过避雷器的冲击电流一定幅值（普通阀式避雷器,为,5kA,）、一定波形（,8/20 s,），在阀片电阻上产生的最,大压降。,保护比,：,残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越好,，表,明残压越低或灭弧电压越高，意味着绝缘上受到的过电压,越小，而工频续流又能很快切断，因而保护性能好。,（,2.4-1.8,）,高电压工程基础,?,磁吹阀式避雷器,提高避雷器切断工频续流值的方法之一是“磁吹”，即,利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间,隙灭弧能力。,1,电极；,2,灭弧盒；,3,分路电阻；,4,灭弧栅；,5,主间隙；,6,磁吹线圈；,7,辅助间隙,间隙由一对角形电极,1,组成，,磁场是轴向的，续流电弧被轴向,磁场力拉长，吹入灭弧栅,4,，电,弧最终长度可达起始长度的数十,倍，灭弧盒,2,用陶瓷或云母、玻,璃等材料制成，电弧在灭弧栅中,受到强烈的去游离作用，因而电,弧电阻很大，能起到限制续流的,作用，故称为限流间隙，它可切,断,450A,左右的续流。,高电压工程基础,?,金属氧化物避雷器（,MOA,）,金属氧化物主要成份是氧化锌，有时也称为氧化锌避雷,器。金属氧化物避雷器有一系列优点：,非线性系数,值很小,。在额定电压作用下，通过的电流极,小，因此可以做成无间隙避雷器。,保护性能好,。它不需间隙动作，电压一旦升高，即可迅,速吸收过电压能量，抑制过电压的发展；有良好的陡度响,应特性；性能稳定。,金属氧化物避雷器基本无续流，动作负载轻，耐重复动,作能力强,。,通流容量大,。避雷器容易吸收能量，没有串联间隙的制,约，仅与阀片本身的强度有关。同碳化硅（,SiC,）阀片比较，,氧化物阀片单位面积的通流能力大,4 4.5,倍。,结构简单，尺寸小，易于大批量生产，造价低。,适用于多种特殊需要,。,高电压工程基础,9.5,防雷接地,接地：就是把设备与电位参照点的地球作电气上的连接，,使其对地保持一个低的电位差。,办法：在大地表面土层中埋设金属电极，这种埋入地中,并直接与大地接触的金属导体，叫做接地体，有时也称,为接地装置。,工作接地：,为了运行的需要，将电网某一点接地，其,目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要。,保护接地：,为了保护人身安全，防止因电气设备绝缘,劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全。,防雷接地：,导泄雷电流，消除过电压对设备的危害。,静电接地：,在可燃物场所的金属物体接地。,?,接地电阻,：,?,把接地点处的电位与接地电流的比值定义为该点的接地电阻。,它是大地电阻效应的总和。,?,接地装置,：,?,埋入地中的金属接地体称为接地装置。,?,由于金属的电阻率远小于土壤的电阻率，所以接地体本身的,电阻在接地电阻中可以忽略不计。,?,注意！,接地电阻不是接地导体的电阻，接地电阻实质上是接,地电流在地中流散时土壤所呈现的电阻，与土壤电阻率和接,地体形状有关。,典型接地体的工频接地电阻计算公式：,1.,垂直接地体,(,土壤电阻率、接地体长度和直径,),2.,水平接地体,（,接地体总长度、深度、直径、屏蔽系数,）,3.,接地网,（,接地体总长度、总面积,）,同一接地网在冲击和工频电流作用下，将具有不,同的阻抗，用接地系数表示。,d,l,l,R,4,ln,2,?,?,?,),(ln,2,2,A,dh,l,l,R,?,?,?,?,S,l,S,R,?,?,?,5,.,0,44,.,0,?,?,?,R,R,i,i,?,?,小,结,?,雷电参数：雷电流幅值概率、雷电流波形、落雷密度；,?,避雷针、避雷线保护原理。,?,几个重要概念：工频续流、避雷器灭弧电压、残压和,保护比、接地电阻、接地装置。,?,典型避雷器保护原理和差异。,?,变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器。,ZnO,避雷器具,有一系列优点，是避雷器发展的主要方向，已取代普,通阀式避雷器和磁吹避雷器。,