005--雷电及防雷设备.ppt

高电压技术 过电压的分析及防护 一、过电压概述 二、雷击过电压 三、内部过电压 高电压技术 一、过电压的概念： 电力系统中的各种绝缘在运行中除了受长期工作电压 的作用外，还会受到各种比工作电压高得多的过电压的短 时作用。 电力系统中的过电压就是指电系统中出现的对绝缘有 危险的电压升高和电位升高。 过电压概述 超过额定的最高运行电压称为过电压。 高电压技术 二、过电压的分类 直接雷过电压 雷电过电压 感应雷过电压 电力系统过电压 内部过电压 操作过电压 谐振过电压 工频电压升高 高电压技术 雷闪过电压的分析及防护 第五章 雷电及防雷设备 第六章 输电线路的防雷保护 第七章 发电厂和变电所的防雷保 护 高电压技术 第五章 雷电及防雷设备 高电压技术 第五章 雷电及防雷设备 第一节 雷电放电和雷电参数 第二节 避雷针和避雷线 第三节 避雷器 第四节 防雷接地 高电压技术 第一节 雷电放电和雷电参 数 高电压技术 一、雷电及雷电放电过程： 1、雷云的形成： 热雷云： 地表潮湿空气，受热上升；形成湿热气流的水份在2 5km的高空受冷凝结为悬浮小水滴；小水滴集聚成 大面积的乌黑积云。这类云荷电后称为热雷云。 锋面雷云： 水平移动的冷、热气流相遇后，热气团上升；交接面 上热气团中的水份受冷凝结成小水滴或冰晶形成翻腾的 积云。这类云荷电后称为锋面雷云。 锋面雷云涉及范围大，宽数十km，流速高，每小时 数百km；所形成的雷电危害较大。 雷电的产生： 雷电放电起源于雷云的形成，为了更好的理解雷电 放电的某些特性，我们来大致地了解一下雷云的形成机 理。 高电压技术 2、雷云中电荷的形成 关于雷云的形成机理有很多的理论，它们或从微观的 物理过程出发、或从宏观的大气现象出发，对雷云形成过 程中的电荷分离、电荷的积聚分布、雷云电场的形成等进 行分析、研究，其中比较有代表性的有感应起电、对流起 电、温差起电、水滴分裂起电、融化起电、 冻结起电等 ，但至今尚无定论，没有一套严密的理论。 对此我们不需要过多的深究。我们只需要了解这样一 个事实： 雷云中电荷的形成不是有了新的电荷，而是雷云中原 有的正负电荷受外因的强烈作用分离而形成的。 云层大部分对地带负电。负电荷的中心距地面约500 10000m。在云层的顶部有一正电荷层，高度通常在9 12km； 高电压技术 3、雷电现象 雷云中的电荷聚集使电场强度达到一定程度时，周围 空气的绝缘性能就被破坏，于是在正雷云对负雷云之间， 或是在雷云对地之间就会产生强烈的放电现象。这种雷云 放电的过程就叫雷电现象，或叫雷闪放电。 雷云放电，特别是对地放电时，会对地表的建筑物和 供电网络造成极大的危害。因此我们必须掌握其活动规律 ，采取相应的防护措施。 高电压技术 高电压技术 雷电放电过程 就其本质而言，雷电放电是一种超长气隙的火花放电 ，与金属电极间的长气隙放电是相似的。所不同的是由 于雷云的物理性质毕竟与金属板不同，因而具有多次重 复雷击等现象和特点。 雷云下部大部分带负电荷，雷云中的负电荷会在地面 感应出大量正电荷。这样地面与大地之间或两块带异号 电荷的雷云之间，会形成强大的电场，其电位差可达数 兆伏甚至数十兆伏。 先导放电阶段主放电阶段余辉阶段 高电压技术 1、先导放电阶段： 通常“云地”之间的线状雷电在开始时往往是一微弱 发光的通道从雷云向地面伸展，它以逐级推进的方式向下 发展，每级长度约2550m，每级的伸展速度约104 km/s ，各级之间有3090s的停歇，所以平均发展速度只有 100800km/s这种预放电称为逐级引路或先导放电。 2、主放电阶段： 当先导放电接近地面时，地面上一些高耸的物体因周 围电场强度达到了能使空气电离程度，会发出向上的迎面 先导，当它与下行先导相遇时，就出现了强烈的电荷中和 过程，出现极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随 着雷鸣和闪光。这段时间极短，只有50100 s，它是沿 着负的下行先导通道，由下而上逆向发展的，亦称“回击”, 速度可达20000150000km/s。 高电压技术 1先导放电通道，2强游离区，3主放电通道 高电压技术 3、余晖放电阶段： 主放电后，剩余的电荷沿主放电通道流入大地。 这一阶段电流较小仅数百安，时间约0.030.15s。 上述三个阶段为雷电的一次放电过程，但是雷云中 可能同时存在多个电荷集聚中心，当一个集聚中心完成 放电后，其他集聚中心也可能沿第一次的放电通道再次 放电。所以雷击经常出现多重性，常见为23次。每次 的间隔时间约0.5500ms，电流逐次减小。 高电压技术 二、雷电放电的计算模型 先导放电通道具有分布参数特征，称为雷电通道，其波 阻抗为z0（300400 ） 高电压技术 其彼德逊等值电路 z z0 2u0 a i 高电压技术 二、雷电流 i ： 国际上定义雷击小接地阻抗（波阻抗为零）物体时，流过 该物体的电流定义为雷电流 i。则： 1、雷电流的幅值： 雷电电流幅值值出现现的概率： ， 。 少雷区减半 高电压技术 2、波头、陡度及波形 波头时间为15s；波长时间为20100s，平均 50s。我国在防雷保护中采用的波形：2.6/50s。标准 冲击波： 标准冲击波：1.2/50s。 高电压技术 钭角平顶波： 等值余弦波： 高电压技术 3、雷电流的极性： 75%90%为负，因此电气设备的防雷保护和绝缘配合 通常都取负极性的雷电冲击波进行研究分析。 4、特点： 幅值大。 时间短（等值频率高） 。 高电压技术 三、 雷电日和雷电小时 不足15日为少雷区，超过40的为多雷区，超过90的为 强雷区。 雷电活动频度 雷电日：一年中有雷电活动的天数，一天中只要听 见一次以上雷声算一个雷日。 雷电小时：每个雷电日内雷电活动的持续时间，一个 小时内只要听见一次以上雷声就算一个雷电小时。 西昌为75.6，成都36.9。 高电压技术 四、地面落雷密度和输电线路落雷次数 地面落雷密度：每个雷电日每平方公里地面遭受 雷击的次数。 输电线路落雷次数： 表示雷云对地放电的频数和强烈程度。 h避雷线或导线对地平均高度。 b两根避雷线之间的距离 雷暴日为40时 n=0.28(b+4h) 我国雷暴日为40时，取=0.015，国外取值在0.10.2之间 。 高电压技术 第二节 避雷针和避雷线 高电压技术 电力系统中实际采用的防雷保护装置主要有：避雷 针、避雷线及各种型号的避雷器。 为了让电力设备的的绝缘能够承受高达数十万伏、 甚至数兆伏的过电压，需装设各种防雷保护装置。 本节介绍避雷针、避雷线。 高电压技术 独立避雷针 高电压技术 构架避雷针 高电压技术 消雷器 高电压技术 一、避雷针和避雷线的保护作用原理 当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在 避雷针（线）的顶端，形成局部电场集中的空间，使雷 电先导的发展沿着避雷针的方向发展，引导雷电向避雷 针（线）放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流 引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。 定向高度h：当先导放电向地面发展到某一高度h以后， 才会在一定范围内受到避雷针（线）的影响，对避雷针（线 ）放电。当h30m时，h60h ；当h30m时，h600m 。 保护范围：工程上依据实验和运行经验得出的一个空 间。具有0.1%左右雷击概率的空间范围。 高电压技术 h 避雷针高度，m 被保护物高度，m p高度影响系数 二、保护范围的确定： 1、单根避雷针的保护范围 高电压技术 上部边缘最低点o 二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度 针间的距离d不宜大于5h。 2、两支等高避雷针 高电压技术 3、两支不等高避雷针 等效为等高的避雷针 高电压技术 4、多支等高避雷针 外部：分别用两针法。 内部：采用三角形法，若 满足bx0, 即认为多针所覆盖的全面积就受到保护。 高电压技术 a、单根避雷线 单根避雷线的保护范围 （当 h30m 时, = 25o） 当 hxh/2 rx=0.47（h-hx）p