《防雷保护》PPT课件.ppt

第3讲防雷保护 3 1防雷装置的种类与作用 1 大气过电压由于雷云放电或雷电感应引起的过电压 称为大气过电压 也叫雷电过电压 它与电力系统本身运行情况无关 因而这种过电压又称为外部过电压 a 雷云的放电过程 b 放电过程中雷电流变化情况 大气过电压的基本形式 直接雷过电压雷云直接击中房屋 杆塔 电力装置等物体时 强大的雷电流流过该物体而泄入大地 在该物体上将产生很高的电压降 称为直接雷过电压 感应雷过电压当雷击设备或架空线路附近地面时 在设备或导线上由于静电感应和电磁感应而产生的过电压 称为感应雷过电压 a 主放电前 b 主放电后感应雷过电压形成示意图hd 导线高度 S 雷击点至导线的距离 侵入波过电压它是指由于架空线路或架空金属管道上遭受直接雷或感应雷而产生的高压冲击雷电荷 可能沿线路或管道侵入室内 2 常用防雷装置的种类和作用防雷工作包括电气设备的防雷和建 构 筑物的防雷两大内容 电气设备的防雷主要包括发电厂 变配电所和架空电力线路的防雷 建 构 筑物的防雷则分工业和民间两大类 它们按危险程度和设施的重要性又可分成三种类型 避雷针 避雷线 避雷网 避雷带及避雷器都是经常采用的防雷装置 一套完善的防雷装置包括接闪器 引下线和接地装置 1 避雷针利用尖端放电原理 使其保护范围内所有电气设备或建筑物免遭直击雷的破坏 主要用于发电厂 变电站等电气设备及建 构 筑物的直接雷防护 避雷针是由接闪器 针尖 接地引下线和接地装置三部分组成 注意 避雷针是把雷招引过来而不是避开 单支避雷针保护 单支避雷针保护范围 象一个由它所支撑的锥形 帐蓬 当避雷针的高度为h时 帐蓬的上半部空间为从针顶向下作45o的斜线 在距地面h 2处转折 与地面上距针底1 5h处的连线构成保护空间的下部 避雷针在地面上的保护半径按下式计算 r 1 5h式中r 保护半径 m h 避雷针的高度 m 在被保护物高度hx水平面上的保护半径按下式确定 当hx h 2时 rx h hx P haP当hx h 2时 rx 1 5h 2hx P式中 rx 避雷针在hx水平面上的保护半径 m hx 被保护物的高度 m ha 避雷针的有效高度 m P 高度影响系数 h 30m时 P 1 30 h 120m时 P 5 5 当h 30m rx需要乘以P P 1 它说明当针高超过30m时 其保护范围不再随针高成正比增加 一个有效地扩大保护范围的作法是采用多支 等高或不等高 避雷针 两支等高避雷针保护 两支等高避雷针的保护范围按下列方法确定 两针外侧保护范围应按单支避雷针的计算方法确定 两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部最低点O的圆弧确定 圆弧半径为Ro O点的高度应按下式计算 ho h D 7P式中ho 两针间保护范围上部边缘最低点的高度 m D 两针间的距离 m 若两针间的高度为hx 水平面上保护范围一侧的最小宽度bx按下式计算 bx 1 5 ho hx 式中bx 保护范围一侧最小宽度 m 若bx位于两针连线的中点 已知bx后 则在平面上可得到 D 2 bx 由这点至半径rx的园作切线 便可得到保护范围 保护变配电装置用的避雷针 两针间距离与针高之比D h不宜大于5 保护第一类工业建筑物时 D h不宜大于4 否则bx太小 多支等高避雷针的保护 三支等高避雷针所形成的三角形外侧保护范围 应分别按两支等高避雷针的计算方法确定 若可使三角形内被保护物的最大高度hx水平面上 各相邻避雷针间保护范围一侧的最小宽度bx 0时 全部面积即能够受到保护 四支和超过四支等高避雷针所形成的四角形或多角形 可先将其分成两个或几个三角形 然后分别按三支等高避雷针的方法计算 2 避雷器避雷器是用来限制过电压 保护电气设备绝缘的电器 避雷器接于导线和地之间 与被保护设备并联 1 高压线路2 被保护设备3 避雷器 注意 正常情况下 避雷器中无电流流过 一旦线路上传来危及被保护设备绝缘的过电压波时 避雷器立即动作 使雷电波电荷泄入大地 将过电压限制在一定的水平 当过电压作用过去以后 避雷器又能自动切断工频续流 使电力系统恢复正常工作 讨论 避雷器的击穿特性如何与系统可靠运行匹配 避雷器运行次数与系统可靠性关系 避雷器的类型主要有保护间隙 阀型避雷器 管型避雷器 氧化锌避雷器 保护间隙 保护间隙由两个电极组成 角球双间隙1 主间隙 2 辅助间隙 3 针式绝缘子 4 安装用横担 5 接地线 6 接导线 7 防雨罩 当雷电波侵入时 间隙首先击穿放电 使工作线路接地 避免了被保护物上电压升高 从而保护了设备 过电压之后 由于间隙处于击穿导通状态 间隙中仍有由工作电压所产生的工频续流 工频续流电弧拉长而熄灭后 系统才恢复正常工作 保护间隙的熄弧能力较差 有时不能自动熄弧 从而会引起断路器的跳闸 并且保护间隙的结构导致其间隙间为极不均匀电场 伏秒特性较陡 不易与被保护物配合 间隙动作后工作线路直接接地 会形成 截波 危及设备的纵绝缘 所以 目前只有在缺乏避雷器的情况下才采用保护间隙 并与自动重合闸装置配合使用 以提高供电的可靠性 管型避雷器 1 环形电极 2 棒电极 3 产气管 4 喷气口 5 金属端盖 6 工作母线 S1 内间隙 S2 外间隙 在正常情况下 避雷器通过内间隙S1 外间隙S2使电网与大地隔开 当大气过电压波传来 达到避雷器冲击放电电压时 使内 外间隙击穿 工作母线接地 避免了被保护设备上的电压升高 从而保护了设备绝缘 当过电压消失后 间隙中仍有由工作电压所产生的工频续流 工频续流电弧的高温使产气管内产气材料分解出大量气体 管内压力急剧升高 可达数十以至于上百个标准大气压 气体在高温压力作用下由喷气口喷出 形成强烈的 纵吹 作用 从而使电弧在工频续流过零时熄灭 使电网恢复到正常运行状态 管型避雷器的主要缺点是 伏秒特性较陡且放电分散性较大 而一般变压器或其它电气设备绝缘的冲击放电伏秒特性较平 二者不能很好地配合 管型避雷器动作以后工作母线直接接地形成电压截波 对变压器绝缘有损害 此外 管型避雷器放电特性受到大气条件影响较大 因此 管型避雷器目前只适用于发电厂 变电所的进线段保护以及输电线路绝缘弱点的保护 如大跨距和交叉档距处 管型避雷器安装要求见教材 阀型避雷器 a FS 10型 b FS 0 38型1 上接线端 2 火花间隙 3 云母垫圈 4 瓷套管 5 阀电阻片 6 下接线端 火花间隙内部结构 阀型避雷器的工作原理如下 在电力系统正常工作时 间隙将阀片电阻与工作母线隔离 以免由工作电压在阀片电阻中产生的电流使阀片烧坏 当系统中出现过电压且幅值超过间隙的放电电压时 间隙先击穿 冲击电流通过阀片流入大地 由于阀片的非线性 其电阻在流过大的冲击电流时变得很小 故在阀片上产生的压降 称为残压 将不会很高 使其低于被保护设备的冲击耐压值 设备得到保护 当过电压消失后 间隙中由工作电压产生的工频续流仍将继续流过避雷器 此续流由于受阀片电阻的限制远较冲击电流为小 故阀片电阻变得很大 从而进一步限制了工频续流的数值 使间隙能在工频续流第一次经过零值时就将电弧切断 电网恢复正常运行 各类阀型避雷器的主要电气参数的意义和选用 额定电压指正常工作时加在避雷器上的工频电压 避雷器的额定电压应与避雷器安装地点电力系统的额定电压等级相同 灭弧电压指保证避雷器能够在工频续流第一次过零时灭弧的条件下 允许加在避雷器上的最高工频电压 灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压 否则避雷器可能因为不能灭弧而爆炸 工频放电电压指在工频电压作用下 避雷器将发生放电的电压值 是说明避雷器火花间隙的绝缘强度的指标 普通避雷器在内过电压下不允许动作 因此通常规定其工频放电电压的下限应不低于该系统可能出现的内过电压值 冲击放电电压指在冲击电压作用下避雷器放电的电压值 幅值 通常给出的是上限值 避雷器的伏秒特性应当低于被保护设备绝缘的冲击击穿电压的伏秒特性 才能起到保护作用 残压指雷电流通过避雷器时在阀片上产生的电压降 由阀型避雷器的保护原理可知 避雷器放电以后就相当于以残压突然作用在被保护设备上 由此避雷器的残压愈低保护性能愈好 根据分析及实际统计 现行标准规定 通过避雷器的额定雷电冲击电流 220kV及以下系统取5kA 330kV及以上的超高压系统取10kA 因此 避雷器上的残压都是以上述电流作用下的压降为标准 该电流下的残压也作为各类电网防雷设计和绝缘配合的依据 保护比指避雷器的残压与灭弧电压之比 保护比愈小 说明残压愈低或灭弧电压愈高 因而保护性能愈好 磁吹避雷器 FCD 为进一步提高阀型避雷器的保护能力 在普通阀型避雷器的基础上 发展了一种磁吹避雷器 磁吹避雷器的基本原理和结构与普通阀型避雷器相同 其主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和通流能力较大的高温阀片电阻 因而具有更高的灭弧性能和通流能力 除用以限制雷电过电压以外 还可用来限制电力系统的内部过电压 氧化锌避雷器 氧化锌避雷器 简称MOA 是一种新型的避雷器 这种避雷器的阀片以氧化锌 ZnO 为主要原料 附以少量能产生非线性特征的金属氧化物 经高温熔烧而成 氧化锌阀片具有很理想的伏安特性 其非线性系数很小 一般为0 01 0 04 当作用在氧化锌阀片上的电压超过某一值 此值称为动作电压 时 阀片将发生 导通 导通 后氧化锌阀片上的残压与流过它的电流基本无关 为一定值 在工作电压下 流经氧化锌阀片的电流很小 仅为1mA 不会使氧化锌阀片烧坏 因此氧化锌避雷器不用串联间隙来隔离工作电压 3 防雷接地 接地与接地电阻为降低雷电流通过时在避雷针 线 或避雷器上产生的过电压 保证输配电系统的正常运行和人身安全 要求装设接地装置以减小接地电阻 我国接地规程中规定 对于大接地短路电流 1 50A 的电力设备的接地电阻要求符合R 2000 I 在防雷接地中 接地电阻为雷电冲击电流流过时的电阻 称为冲击接地电阻 用Rch表示 其大小定义为冲击电压的幅值与冲击电流的幅值之比 工程适用接地装置工程适用接地装置主要是由扁钢 圆钢 角钢或钢管组成 埋于地下0 5 1m深处 水平接地体多用扁钢 宽度一般为20 40mm 厚度不小于4mm 或者用直径不小于6mm的圆钢 其接地体的形式如教材所述 3 降低接地电阻的方法 加大接地体尺寸 利用自然接地体 引外接地 换土 采用降阻剂 3 2电力设施的防雷 1 电力线路的防雷保护措施 1 低压架空线路的防雷保护措施指380 220V低压架空线路的防雷保护 由于该低压架空线路分布广 绝缘水平较低 同时低压线路直接引入室内 因此 必须考虑对低压架空线路的保护 以及当雷击线路时雷电波沿线路侵入室内的防雷保护问题 方法如下 一般用户低压线路及接户线的绝缘子铁脚宜接地 其接地电阻不应超过30 对于重要用户 宜在低压线路进入室内前50m处安装一组低压避雷器 进入室内后再装设一组低压避雷器 室内有电力设备接地装置的建筑物 在入口处宜将绝缘子铁脚与接地装置相连 可以不必另设接地装置 人员密集的公共场所 如教室和影剧院等 及由木杆或木横担引下的接户线 其绝缘子铁脚应接地 并要设置专用的接地装置 但钢筋混凝土杆的自然接地电阻若不超过30 的可不必另设接地装置 雷爆日不超过30天的地区 以及低压线路被建筑物及树木屏蔽 或接户线距低压干线的接地点不超过50m的线路 由于遭受雷击机会较少 其接户线的绝缘子铁脚可不接地 在多雷区或易遭受雷击的地段 直接与架空线路相连的电能表宜设防雷装置 如图所示 F1 低压阀型避雷器 F2 保护间隙 Wh 电能表 R 重复接地 2 高压架空线路的防雷保护措施 架设避雷线主要目的是防止雷直击导线 此外 避雷线对雷电流还有分流作用 可以减小流入杆塔的雷电流 使塔顶电位下降 对导线有耦合和屏蔽作用 可以降低导线上的感应过电压 注意 避雷线一般在35KV及以上电压等级的线路上装设 110KV及以上线路一般全线装设避雷线 但在雷害不严重的地区 110KV及20 60KV线路通常不沿全线装设 仅是在发电厂升压站出线和变电站进出线1 2Km内装设避雷线 作为进线段保护 避雷线的布置基本上有两种形式 一种是避雷线的一端经配电装置的构架接地 另一端经绝缘子串与厂房建筑物绝缘 另一种形式是避雷线两端都接地 线路终端杆的避雷线能否与变电所构架相连 按是否发生反击的原则处理 一般情况下 110kv及以上的变电所允许相连 35kV及以下不允许 用避雷线保护输电线路时 工程上常采用保护角a来表示 保护角是指外侧输电线与避雷线的连线与垂线之间的夹角 避雷线的保护角大多取200 300 500KV及以上的超高压线路采用架设双避雷线 保护角在150及以下 降低杆塔接地电阻避雷线应在每基杆塔处接地 对于一般高度的杆塔 降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平 防止反击 降低雷击跳闸率的有效措施 具体值见教材 架设耦合地线在降低杆塔接地电阻有困难时 可以采用在导线下方架设地线的措施 其作用是增加避雷线与导线间的耦合作用以降低绝缘子串上的电压 采用不平衡绝缘方式为了降低雷击时双回路同时跳闸的跳闸率 当用通常的防雷措施无法满足要求时 可考虑采用不平衡绝缘方式 也就是使两回线的绝缘子片数有差异 装设自动重合闸 加强绝缘为降低跳闸率 可在高杆塔上增加绝缘子串的片数 加大大跨越档导 地线之间的距离 以加强线路绝缘 采用消弧线圈接地方式在雷电活动强烈 接地电阻又难以降低的地区 对于35KV及以下电压等级的电网可考虑采用系统中性点不接地或经消弧线圈接地方式 2 变配电所的防雷保护措施变电所是电力系统的枢纽 它担负着电网供电的重要任务 装设避雷针为了防止雷直击于变电所 一般采用避雷针或避雷线进行保护注意 对于35kV及以下变电所 因其绝缘水平低 故要求架设独立避雷针 并应满足不发生反击的要求 不允许将避雷针装设在配电构架上 以免出现反击事故 装设阀型避雷器利用阀型避雷器来限制雷电侵入波过电压的数值 它是变电所防雷保护的基本措施之一 进线段保护进线段保护的作用是为了限制沿线路侵入变电站侵入波过电压幅值不超过5KA 陡度不超过允许值 a 未装设避雷线的变电所进线保护接线 b 全线有避雷线的变电所进线保护接线 3 配电变压器和柱上开关的防雷保护 1 配电变压器的防雷保护措施 2 柱上断路器或负荷开关的防雷保护措施 a 经常闭合的断路器 b 经常开路的断路器 4 发电厂的防雷保护 1 基本要求发电厂是电力系统的心脏 万一发生损坏设备的事故 往往会带来严重的后果 给生产造成重大的损失 为此 对发电厂的过电压保护工作必须十分周密地进行考虑 不能有任何漏洞 2 发电机是发电厂的重要设备 对它必须有可靠的防雷保护装置 3 发电厂内的配电装置应按照 过电压保护设计规范 的有关规定采取完善的防雷保护措施 露天的配电装置必须完全处在避雷针或避雷线的直击雷保护范围之内 4 发电厂内的各种建筑物采取防雷措施时 如果是金属结构或金属屋顶 或者设备具有金属外壳 只需将金属部分接地即可 否则就应用避雷针或避雷线保护 5 发电厂内的主厂房 主控制室和35kV及以下的屋内配电装置 应考虑装设直击雷保护 但不宜在上述这些建筑物上直接装设避雷针 6 发电厂内配电装置的保护原则基本上和变电所的保护原则相同 每一路出线都应严格按照 过电压保护设计规范 的要求 加装必要的防雷设施 尤其是出线段的直击雷保护部分如用避雷线保护 则其保护角必须尽可能做到为20 以下 最大不宜超过30 同时对进线保护段的两端还应加装管型避雷器 5 配电网的过电压保护配电网具有设备多和分布广的特点 它担负着向广大用户供电的任务 由于配电线路的绝缘水平较低 遭受直击雷或感应雷时都容易引起绝缘子的闪络 造成线路跳闸 为了保证对用户不间断供电 应广泛采用重合闸装置 在配电线路的支线上也应考虑加装一次重合熔断器 以缩小故障停电的范围 3 3防雷装置的安装与维护 1 避雷针 1 装设规定与要求 避雷针进行直击雷保护时 应使需要保护的所有设备和建筑物都处于避雷针保护范围之内 独立避雷针与被保护物之间应保持