第5章 雷电及其防雷设备.ppt

第二篇电力系统过电压及其防护 第五章 雷电及防雷设备 主要内容 5.1 雷电放电过程及雷电参数 5.2 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。 5.1 雷电放电过程及雷电参数 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，形成了一个不断伸长的通道（先导），最终与地面短接 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 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1000—10A，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。 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 主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的雷电通道传播到雷击点的波过程。 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。 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，使系统恢复正常 1. 接地 2. 接地电阻 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 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。 垂直接地体 水平接地体 接地网 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； 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。 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。 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、 防雷接地 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。 αi的值一般小于1，但在接地体很长时也有可能大于1。 垂直接地体 水平接地体 * 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。 5.1.1 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。 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?，主放电速度为vL， 则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为?vL 研究表明：雷电放电的先导通道具有分布参数