第七章-雷电放电及防雷保护装置..ppt

第7章雷电放电及防雷保护装置 7 1雷电放电和雷电过电压7 2防雷保护装置 7 1雷电放电和雷电过电压 雷电研究的历史 中国古代对雷电的认识公元前1500年殷商甲骨文中就有 雷 字 稍晚的西周青铜器上有 电 字 他指的是闪电最早的文字记载是东汉哲学家王充 27 约97年 他在 论衡 中对雷电进行了描述 雷者火也 以人中雷而死 即询其身 中火则须发烧焦 故宫 雷公柱 7 1雷电放电和雷电过电压 雷电研究的历史 公元490年 南齐书 记载 雷震会稽山阴恒山保林寺 刹上四破 电火烧塔下佛面 而窗户不弄也 雷电是神灵 多惩罚暴君 百姓中的恶人 如鲁僖公15年 公元前645年 雷击夷伯之庙 这是展氏的祖庙 史书未见说展氏有什么罪恶事迹 但 左传 就认为他们祖上有 阴过 7 1雷电放电和雷电过电压 雷电研究的历史 王充 沈括 柳宗元 朱熹等反对神鬼论 元代末刘基 刘伯温 1311 1375 在 刘文正公文集 中讲 雷何物也 曰雷者 大气之郁而激发也 阴气团于阳 必迫 迫极而迸 迸而声为雷 光为电 中国古代的认识只停留在观察自然界 作理性思辨 而没有动手制造仪器 变革所研究的对象 进行实验工作 寻找其规律 因而无法前进 7 1雷电放电和雷电过电压 雷电研究的历史 欧美雷电科学的建立17世纪欧洲发现了正电和负电 第一个将实验室人工产生的电 可称为地电 与闪电联系起来的是伦敦皇家学会馆长FrancisHauksbee1706年他观察摩擦起电的放电不仅产生闪电 而且产生类似雷鸣的声音 认为其与雷电类似富兰克林证明二者在12个方面是相似的 7 1雷电放电和雷电过电压 雷电研究的历史 著名的风筝试验 17世纪 富兰克林 240米长的缠绕钢丝的麻绳上产生20cm的电火花著名科学家GWRichman 1711 1753 彼得堡科学院院士 观察雷电而死亡高速摄影 记录示波器 雷电定向定位仪等现代化测量技术 7 1雷电放电和雷电过电压 1 雷云的形成 水滴分裂起电理论 空气摩擦起电理论 7 1雷电放电和雷电过电压 1 雷云的形成 7 1雷电放电和雷电过电压 2 雷电放电过程 雷云带电 负电 建立电场100kV m 局部电场较高 引发雷电 迎面先导 流注 先导 分级 主放电 50 100微秒 雷电流值 几十到几百千安 7 1雷电放电和雷电过电压 2 雷电放电过程 雷电放电的类型 线状雷电 片状雷电 球形雷电 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 雷电活动频度 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 天津 29 3云南景洪 120 8北京 36 3海南海口 104 3格尔木市 西藏 2 3广东湛江 94 6台北 27 9广东茂名 94 4广州 76 1 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 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 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 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 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 雷击接地体时 若被击物阻抗为零 流过被击物的电流 规程规定 雷电流是指雷击于的低接地电阻 30欧姆 物体时 流过该物体的电流 少雷区 一般地区 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 雷电流的波前时间 陡度及波长波头 1 4 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40 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 实测表明 陡度超过50kA s的雷电流出现的概率已经很小 约为0 04 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 雷电的多重放电次数及总延续时间多重放电次数 2次以上雷击 55 3 5次以上雷击 25 10次以上 4 平均重复冲击次数为3次 总延续时间 小于0 2s 50 大于0 62s 5 雷电流的计算波形 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 放电能量 雷电的瞬时功率很大 但能量却很小 以中等雷电为例 雷云电位50MV 电荷Q 8C 则其能量为 55kWh电能 约等于4kg汽油 每平方公里每年落雷0 6次 获得的雷电能量为33kWh 而每平方公里长年的功率不足4W 不足以点亮一个灯泡瞬时功率 I 50kA 弧道压降E 6kV m 雷云1000m高度计 则主放电功率P为 7 1雷电放电和雷电过电压 3 雷电参数 放电能量 雷电的热效应 雷电通道温度15000 20000oC 森林大火 雷电的机械效应 气体膨胀爆炸 热应力 电动力雷电造成的事故 黄岛油库 7 1雷电放电和雷电过电压 4 雷电过电压的形成 雷电放电计算模型 7 1雷电放电和雷电过电压 4 雷电过电压的形成 直接雷击过电压的几个典型算例1 雷击地面接触良好物体 Ri 15 7 1雷电放电和雷电过电压 4 雷电过电压的形成 直接雷击过电压的几个典型算例2 雷击导线或档距中央避雷线 7 1雷电放电和雷电过电压 4 雷电过电压的形成 感应雷击过电压 7 1雷电放电和雷电过电压 4 雷电过电压的形成 直接雷击过电压的几个典型算例3 感应雷击过电压3 1 雷击点与电力线路间的距离s 65米时 雷击过电压最大值可用下式计算 3 2 雷击塔顶等紧靠导线的接地物体 7 2防雷保护装置 电力系统中都有哪些防雷保护装置 7 2防雷保护装置 1 避雷针和避雷线 避雷针的特点及应用场合1 避雷针其实应该叫 引雷针 导闪针 接闪针 被雷针 2 避雷针接地良好 接地电阻要足够小 3 适用于像建筑物 变电站 发电厂等集中性的保护对象 7 2防雷保护装置 1 避雷针和避雷线 保护范围 保护范围只有相对意义 不能认为保护范围内的物体就万无一失 绕击 雷电绕过避雷装置击中被保护物体 单根避雷针保护范围 7 2防雷保护装置 1 避雷针和避雷线 保护范围 双根等高避雷针保护范围 7 2防雷保护装置 1 避雷针和避雷线 新型避雷针 提前放电避雷针 1 避雷针和避雷线 避雷线的保护范围 单根避雷线 单根避雷线保护范围 7 2防雷保护装置 1 避雷针和避雷线 避雷线的保护范围 两根等高避雷线 两平行避雷线保护范围 7 2防雷保护装置 1 避雷针和避雷线 避雷线的保护范围 两根等高避雷线 7 2防雷保护装置 20 300即可认为导线处于避雷线的保护范围内220 330kV 20o500kV 15o 1 避雷针和避雷线 避雷线的应用 7 2防雷保护装置 保护线路我国一般110kV以上线路采用避雷线35kV线路的进线段国外 如日本 配电线路也用保护500kV大型超高压发变电站 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 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 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 保护间隙 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 保护间隙 缺点 1 伏秒特性不平坦 难以与被保护绝缘进行良好的配合 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 保护间隙 缺点 2 保护间隙没有专门的灭弧装置 灭弧能力有限 雷电击穿 工频续流 短路接地 两相短路 3 保护间隙动作后 会产生截波 影响变压器类设备的绝缘 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 管式避雷器 排气式避雷器 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 管式避雷器 特点及应用 1 外放电火花间隙F2的作用 正常运行时隔离高压 防止管子老化或发生沿面放电 2 灭弧能力与工频续流的大小有关 太小 无法产生足够气体 太大 爆炸 3 由于使用的是极不均匀电场 其伏秒特性很陡 不易与绝缘配合 一般仅装设在输电线路上绝缘比较薄弱的地方 进线段保护等 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 阀式避雷器 原理 伏秒特性 截波 残压 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 阀式避雷器 原理 冲击电压作用时 电阻足够小 尽量降低残压 工频续流作用时 电阻需要足够大 使电弧容易熄灭 非线性指数 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 阀式避雷器 结构 伏秒特性平坦 残压 1 黄铜电极 2 云母垫片 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 阀式避雷器 结构 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 阀式避雷器 参数 额定电压 冲击放电电压 工频放电电压 保护水平等灭弧电压 能可靠熄灭电弧时的最大工频作用电压 残压 冲击电流流过时 在工作电阻上产生的峰值 保护比 残压与灭弧电压之比 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 磁吹避雷器 阀式 磁吹灭弧 旋弧型磁吹式避雷器 灭弧栅型磁吹式避雷器 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 金属氧化物 MOA 避雷器 金属氧化物避雷器 MetalOxideSurgeArresters 简写为MOA MOA的主要元件是金属氧化物非线性电阻片 MetalOxideVaristors 简写为MOV MOV的主要成份是氧化锌 ZnO 因此 俗称MOV为氧化锌阀片 MOA为氧化锌避雷器MOV以ZnO材料为主体 添加Co2O3 MnO2 Bi2O3 Sb2O3等金属氧化物 在1250 C的高温下烧结而成 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 金属氧化物 MOA 避雷器 ZnO电阻具有优异的非线性U I特性 不仅残压大大降低 而且有可能避免放电间隙带来的一系列问题 已替代传统的碳化硅避雷器 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 金属氧化物 MOA 避雷器 原理 uo R 运行设备 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 金属氧化物 MOA 避雷器 特点 对于整个U I特性 并不是一个常数 它随电流变化而变化 且与测量时的环境温度有着密切关系 低电场区 小电流区 0 1 0 2中电场区 非线性区 0 015 0 05高场强区 饱和区 0 1 非线性系数 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 金属氧化物 MOA 避雷器 特点 无火花间隙 结构简单 易于生产 保护性能优越 电阻阀片的非线性特性 无火花间隙 无放电时延 适用于伏秒特性平坦的SF6组合电器及气体绝缘变电站 无续流 动作负载轻 能重复实施保护 通流容量大 能制成重载避雷器 单位面积阀片的通流容量比碳化硅大4 4 5倍 防污性能好 避免了瓷套表面污秽引起的串联间隙放电不稳定的缺陷 2 保护间隙和避雷器 7 2防雷保护装置 金属氧化物 MOA 避雷器 参数 起始动作电压 通过1mA电流时的电压U1mA 可认为此时进入大电流状态以限制过电压 压比 指避雷器在8 20us冲击电流作用下 10kA 残压与起始动作电压之比 压比越小 表明非线性度越好 荷电率 容许最大持续工作电压的幅值与起始动作电压的比 3 防雷接地 7 2防雷保护装置 接地装置的一般概念 地 不受入地电流影响而保持着零电位的土地 接地分为人工接地和自然接地两大类 电力设备接地靠接地装置实现 包括接地体和接地引线 3 防雷接地 7 2防雷保护装置 接地装置的一般概念 电力系统接地工作接地 电力系统正常工作 中性点接地 阻值在0 5 10欧姆保护接地 GIS 变压器的外壳接地 1 10欧姆 防雷接地 使雷电流顺利泄入大地 减小过电压 1 30欧姆 3 防雷接地 7 2防雷保护装置 接地装置的一般概念 接地电阻从接地体到地下远处零位面之间的电压Ue与流过的电流Ie之比 接地电阻由 接地引线电阻 接地体本身电阻 接地体与土壤间的过渡电阻 大地的溢流电阻 冲击接地电阻流过冲击大电流时的电阻 i 冲击系数 3 防雷接地 7 2防雷保护装置