高电压技术相关课件7

1、高高 电电 压压 技技 术术第七章第七章雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置 中国石油大学信控学院中国石油大学信控学院 薛永端薛永端主要内容主要内容雷电放电过程雷电放电过程雷电参数雷电参数防雷保护装置防雷保护装置重点是：电压能量吸收重点是：电压能量吸收器器避雷器避雷器7.1 雷电过程与雷电参数雷电过程与雷电参数 什么是雷电放电什么是雷电放电 雷电放电雷电放电:一种气体放电现象。路径达数千米，是一种超长一种气体放电现象。路径达数千米，是一种超长间隙的火花放电。间隙的火花放电。与实验室的长间隙火花放电有某些共同之处。与实验室的长间隙火花放电有某些共同之处。但又具有重复雷击等特点。但又具有重复雷击等

2、特点。放电的条件：云中电荷密集处的场强达到：放电的条件：云中电荷密集处的场强达到：2530kV/cm放电型式：线状雷电、片状雷电、球状雷电放电型式：线状雷电、片状雷电、球状雷电“云云-地地”之间的线状放电，是电力系统雷击危害的主因之间的线状放电，是电力系统雷击危害的主因 雷电波形雷电波形 雷云的形成机理获得比较广泛认雷云的形成机理获得比较广泛认同的是同的是水滴分裂起电理论水滴分裂起电理论：大水滴分裂：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电荷分离现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，细象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升。微水沫被上升。雷云的形成雷云的形成雷

3、云下部局部正电荷区。雷云下部局部正电荷区。不同类型的雷电不同类型的雷电雷电放电过程 雷电放电就其本质而言是雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放一种超长气隙的火花放电电。雷电形式有线状雷电，片状雷电，球状雷电等。雷电形式有线状雷电，片状雷电，球状雷电等。 雷电放电的类型：线状雷电、片状雷电、雷电放电的类型：线状雷电、片状雷电、球形雷电球形雷电先导放电先导放电：雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地雷云下部伸出微弱发光的放电通道向地面发展面发展分级推进。每级平均长度分级推进。每级平均长度2550m，两级之间停，两级之间停歇歇3090uS，下行平均速度约为，下行平均速度约为0.10.8m/uS。按

4、。按雷云距地雷云距地1km考虑，需要考虑，需要1.2510ms。电流不大，仅数十到数百安电流不大，仅数十到数百安雷电过程雷电过程 （1）雷电过程雷电过程 （2）雷电流的极性。雷电流的极性。75%90%的雷电流是负极性。雷电防护中的雷电流是负极性。雷电防护中一般按负极性考虑。一般按负极性考虑。“云云-地地”之间的线状放电可分为三个阶段：先导放电、主放之间的线状放电可分为三个阶段：先导放电、主放电、余辉（余光）放电电、余辉（余光）放电 主放电和迎面流注阶段主放电和迎面流注阶段。当先导放电接地地面时，地面场强。当先导放电接地地面时，地面场强增大，地面突出物将向上形成迎面先导（迎面流注）。上下增大，地

5、面突出物将向上形成迎面先导（迎面流注）。上下先导放电相遇时，进入主放电阶段。先导放电相遇时，进入主放电阶段。出现强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪光。出现强烈的电荷中和过程，伴随雷鸣和闪光。主放电时间极短，约主放电时间极短，约50100uS。发展速度。发展速度50100m/uS电流幅值大，达电流幅值大，达数十千安到数百千安数十千安到数百千安余辉（余光）阶段余辉（余光）阶段。主放电后，云中剩余电荷沿导电通道流。主放电后，云中剩余电荷沿导电通道流向大地。向大地。大部分电荷在这一阶段泄入大地。电流数百安，持续大部分电荷在这一阶段泄入大地。电流数百安，持续0.030.15S雷电过程雷电过程 （3）P16

6、8-7-11 先导放电通道；2 强游离区；3 主放电通道30kV/cm多重雷击（多重雷击（1） 雷云中有多个电荷中心，某电荷中心放电后电位为雷云中有多个电荷中心，某电荷中心放电后电位为0，其余电荷中心与其有很大的电位差，将利用已，其余电荷中心与其有很大的电位差，将利用已有主放电通道再次对地放电。有主放电通道再次对地放电。两次放电时间间隔约为两次放电时间间隔约为0.03S。后续放电无分支、不分级，自上而下连续发展，称后续放电无分支、不分级，自上而下连续发展，称为为箭状先导箭状先导。第二次及以后放电电流较小，不超过第二次及以后放电电流较小，不超过30kA。重复雷击的持续时间，对正确选定自动重合闸时

7、间重复雷击的持续时间，对正确选定自动重合闸时间至关重要至关重要 多重雷击（多重雷击（2）多重雷击（多重雷击（3）雷电放电的计算模型 1.直击雷过电压 雷击地面由先导放电转变为主放电的过程可以用一根已充电的垂直导线突然与被击物体接通来模拟。图图 雷击大地时的计算模型雷击大地时的计算模型(a)(a)模拟先导放电模拟先导放电 (b)(b)模拟主放电模拟主放电 (c)(c)主放电通道电路主放电通道电路 (d)(d)等值电路等值电路+雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型 雷击中避雷针、地线或导线时ZZZvilz00雷击地面时(雷电流) 电荷线密度 雷电放电速度 雷电流

8、lvlv雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型雷电放电的计算模型雷电流幅值 按DL/T 6201997标准，一般我国雷暴日超过20的地区雷电流的概率分布为或88logIP8810IP波前陡度的最大极限值一般可取波前陡度的最大极限值一般可取50 kA/us50 kA/us左右。左右。雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间雷电流的波前时间T T1 1处于处于1 14us4us的范围内，的范围内，平均为平均为2.6us2.6us。波长。波长T T2 2 处于处于2020100us100us的范围内，多数为的范围内，多数为40us40us左右。左右。我

9、国防雷设计采用我国防雷设计采用2.6/50us2.6/50us的波形的波形6 . 2Ia 雷电流波前的平均雷电流波前的平均陡度陡度 (kA/us)(kA/us) 雷电冲击试验和防雷设计中常用的雷电流等值波形有双指数波、斜角波和半余弦波三种。雷电流的等值波形(a)双指数波 (b)斜角波 (c)半余弦波半余弦波2/)cos1 (2maxmaxIdtditIif特点:较接近于实际,仅在特殊场合使用返回返回双指数波)(502 . 10tttfeeIiss特点:与实际波形最为接近,但比较麻烦斜角波skAIIsff/6 . 2/6 . 2特点:比较便于计算，用来分析波过程很方便雷电参数雷电参数 雷电活动强

10、度雷电活动强度雷暴日及雷暴小时雷暴日及雷暴小时雷暴日雷暴日：每年中有雷电的天数。 雷暴小时雷暴小时：每天中有雷电的小时数。 年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区少雷区；超过 40 的为多雷区多雷区；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强雷区。 落雷密度落雷密度地面落雷密度地面落雷密度 ：每一个雷暴日、每平方公里地面的落雷次数 。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 （ 300 400）。 7.2 防雷保护装

11、置防雷保护装置 防雷保护装置防雷保护装置 防雷保护装置防雷保护装置（定义）（定义） ：能使被保护物体避免雷击：能使被保护物体避免雷击，引雷于自身并顺利泄入大地的装置。，引雷于自身并顺利泄入大地的装置。基本防雷保护装置分类：避雷针、避雷线、避雷器基本防雷保护装置分类：避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地。、防雷接地。避雷针、避雷线为直击雷保护措施，防止雷电直接击中避雷针、避雷线为直击雷保护措施，防止雷电直接击中被保护物体。被保护物体。避雷器为侵入波保护措施，防止雷电波沿输电线侵入变避雷器为侵入波保护措施，防止雷电波沿输电线侵入变电站电站接地装置：减少避雷针（线）、避雷器与大地之间的电接地装置：减少避

12、雷针（线）、避雷器与大地之间的电阻值，降低雷电过电压阻值，降低雷电过电压 现代电力系统中实际采用的防雷保护装置现代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、保护间隙、各主要有：避雷针、避雷线、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等等。组、消弧线圈、自动重合闸等等。防雷保护装置防雷保护装置避雷针（线）的保护（避雷针（线）的保护（1） 保护原理：在避雷针（线）的顶端形成局部保护原理：在避雷针（线）的顶端形成局部场强集中的空间，以影响雷电先导放电的发场强集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，使雷电对避雷针（线）

13、放电，避免展方向，使雷电对避雷针（线）放电，避免被保护物体遭受雷击。被保护物体遭受雷击。避雷针（线）必须高于被保护物，避雷针的避雷针（线）必须高于被保护物，避雷针的顶部为尖状。顶部为尖状。避雷针（线）与被保护设备电气上是绝缘的避雷针（线）与被保护设备电气上是绝缘的定向高度定向高度H。雷电先导放电发展到高度。雷电先导放电发展到高度H后，后，才会在一定范围内受避雷针（线）的影响。才会在一定范围内受避雷针（线）的影响。避雷针：当避雷针高度避雷针：当避雷针高度h30m,H=600m（课本有误）（课本有误）避雷线：当避雷线高度避雷线：当避雷线高度h30m,H=300m避雷针（线）的保护（避雷针（线）的保

14、护（2） 避雷针的保护范围：雷电绕击率低避雷针的保护范围：雷电绕击率低于于0.1%的范围。的范围。绕击：雷电绕开避雷装置而击中被保绕击：雷电绕开避雷装置而击中被保护物体。护物体。保护范围具有相对意义，统计意义。保护范围具有相对意义，统计意义。不能保证保护范围内物体完全不受雷击，不能保证保护范围内物体完全不受雷击，保护范围外物体也受保护。保护范围外物体也受保护。避雷针、避雷线除对直击雷屏蔽外避雷针、避雷线除对直击雷屏蔽外，还要防反击。，还要防反击。反击反击：强大的雷电流通过避雷针入地：强大的雷电流通过避雷针入地时，在避雷针或接地装置上产生过电时，在避雷针或接地装置上产生过电压，可能引起避雷针与被

15、保护物体之压，可能引起避雷针与被保护物体之间间隙击穿间间隙击穿关于避雷针关于避雷针富兰克林于富兰克林于1750年发明避雷针。年发明避雷针。避雷针的发明不仅是使人类生活上免除了自然灾害，而且在避雷针的发明不仅是使人类生活上免除了自然灾害，而且在哲学上和科学上也是一件大事哲学上和科学上也是一件大事高压锅的泄气阀高压锅的泄气阀电容器上的十字电容器上的十字我国对避雷针的应用也很早我国对避雷针的应用也很早建筑物建筑物 避雷针的基本构成：避雷针的基本构成： 一个独立避雷针由接闪器、接地引下线和接一个独立避雷针由接闪器、接地引下线和接地装置组成。地装置组成。接闪器接闪器是指避雷针最上端是指避雷针最上端12m

16、长的一段，用来接受雷电放电。长的一段，用来接受雷电放电。接地引下线接地引下线是连接接闪器和接地装置的一段导体，是连接接闪器和接地装置的一段导体，接地接地装置装置是接地体和接地线的总和，是为了降低是接地体和接地线的总和，是为了降低接地电阻而完成的接地整体。既然避雷针的接地电阻而完成的接地整体。既然避雷针的实质是引雷装置，所以接闪器没有必要作得实质是引雷装置，所以接闪器没有必要作得很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。很复杂、不用分叉、也不用采用镀银等。单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 保护范围是一个以避雷针为轴线的曲线圆锥体保护范围是一个以避雷针为轴线的曲线圆锥体侧面为曲线，工程上以折线代

17、替侧面为曲线，工程上以折线代替类似于伞状类似于伞状rx=(h-hx)p hx=h/2rx=(1.5h-2hx)p hxh/2h避雷针高度避雷针高度hx被保护物高度被保护物高度rx保护半径保护半径p高度修正系数：高度修正系数： 当当h=30m, p=1； 当当30h=h/2rx=(h-1.53hx)p hxh/2参数含义与避雷针相同参数含义与避雷针相同横截面中，避雷线和避雷针的横截面中，避雷线和避雷针的保护范围谁小，为什么？保护范围谁小，为什么？避雷线保护（避雷线保护（2）等高双避雷线的保护范围等高双避雷线的保护范围 外侧与单根相同外侧与单根相同内侧，保护范围内侧，保护范围 上部边缘为圆弧，上部

18、边缘为圆弧， 其最低点其最低点O为为工程上多用工程上多用保护角保护角表示避雷表示避雷线对架空输电线的保护程度线对架空输电线的保护程度。保护角：避雷线的铅垂线与避保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角雷线和边导线连线的夹角保护角越小，雷击概率越小保护角越小，雷击概率越小 一般取一般取 20o30o220300kV 20o500kV d时，接地电阻时，接地电阻Re=-土壤电阻率；土壤电阻率；l-接地体长度，接地体长度，d-接地体直径接地体直径。 水平接地。电阻水平接地。电阻Re=-土壤电阻率；土壤电阻率；l-接地体总长度，接地体总长度，h-埋深，埋深，d-直径，直径，A-接地体形状系数接地体形状系数 8(ln1)2lld2(ln)2lAlhdlddlh接地装置（接地装置（2）接地网：以水平接地体为主，结合垂直接地接地网：以水平接地体为主，结合垂直接地 -土壤电阻率，土壤电阻率，L-水平接地体总长度水平接地体总长度n-垂直接地体个数，垂直接地体个数，l-垂直接地体长度垂直接地体长度S-接地网的总面积接地