高电压工程7(雷电设备)

1、Chapter 8.雷电及防雷保护装置雷电及防雷保护装置8.1 雷电过程与雷电参数雷电过程与雷电参数一一.雷电放电过程雷电放电过程1.先导阶段先导阶段2.主放电和迎面流注阶段主放电和迎面流注阶段3. 余辉阶段余辉阶段二二. 雷电参数雷电参数1. 雷暴日雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数一年中发生雷电的天数(30-40)。 雷暴小时雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数一年中发生雷电的小时数(100)。 地面落雷密度地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一个雷暴日每平方公里地面在一个雷暴日 中受到的平均雷击次数。中受到的平均雷击次数。2. 雷道波阻抗雷道波阻抗 0Z 3000Z先导先导jZs

2、AA0ZjZ0i02i0ZjZAjAZIU02很小jZsAjZ主放电主放电3. 雷电流幅值（雷电流幅值（I）：）：雷电流指雷击于低接地电阻雷电流指雷击于低接地电阻 （ ）的物体时流过雷击点的电流。的物体时流过雷击点的电流。3002II 88lgIP一般地区：一般地区：44lgIP少雷地区：少雷地区：I雷电流幅值（雷电流幅值（kA)P幅值大于幅值大于I的雷电流出现的概率的雷电流出现的概率经验公式：经验公式：4. 雷电流的波前时间雷电流的波前时间 、波长、波长 、陡度、陡度 1T2Ts40/6 . 2我国在防雷设计中取我国在防雷设计中取)/(6 . 2skAI波前的平均陡度：波前的平均陡度：sT4

3、1:1sT10020:2实测表明：实测表明：5. 雷电流极性及计算波形雷电流极性及计算波形7590%的雷电流是负极性，在防雷设计的雷电流是负极性，在防雷设计中一般按负极性考虑中一般按负极性考虑常用计算波形：常用计算波形：(1). 双指数波双指数波0ti2T0.5I1TI)(0tteeIi(2).等值斜角平顶波前等值斜角平顶波前0ti1TI(3).等值半余弦波前等值半余弦波前0ti1TI0.5I)cos1 (2tIi1T8.2 防雷保护装置防雷保护装置一一. 避雷针和避雷线避雷针和避雷线1 . 保护原理：保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避当雷云放电时使地面电场畸变，在避雷针的顶端形成局部

4、场强集中的空间以影响雷电先导雷针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展方向，使雷电对避雷针放电，再经过接地放电的发展方向，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。装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。防雷保护装置：防雷保护装置：指能使被保护物体避免雷击，指能使被保护物体避免雷击，而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。而引雷于本身，并顺利地泄入大地的装置。2 . 保护范围、绕击率保护范围、绕击率雷击定向高度雷击定向高度：雷电先导放电朝地面发展到某一高度雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后，后，才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针

5、放电，才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，H称称为定向高度。为定向高度。当当h30m时，时，H=20h;当当h30m时，时，H600m 绕击率：绕击率：指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。指雷电绕过避雷装置而击中被保护物体的概率。我国有关规程推荐的保护范围对应于我国有关规程推荐的保护范围对应于0.1%的绕击率。的绕击率。3 . 适用范围适用范围 避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集避雷针适宜于象变电所、发电厂那样相对集中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸中的保护对象；避雷线主要用于架空线路那样伸展很广的保护对象。展很广的保护对象。(消雷器消雷器)4 . 单支避雷针的保

6、护范围单支避雷针的保护范围xhh5 . 1xrh45:30mh 水平面上水平面上的保护范围的保护范围xhphhrxx)(xh2/hxh2/hphhrxx)25 . 1 (在某一被保护物高度在某一被保护物高度 水平面上，其保护半径水平面上，其保护半径 为：为：xhxrp 高度修正系数高度修正系数h1p30mhhp5 . 5120m30h 避雷针高度，避雷针高度，m5 . 等高双避雷针的保护范围等高双避雷针的保护范围h5 . 10hxbxhxrhD12 水平面上水平面上的保护范围的保护范围xhpDhh70)(5 . 10 xxhhb 两针联合保护范围上部边缘的最低点高度两针联合保护范围上部边缘的最

7、低点高度0hxb2 在高度在高度 的水平面上，保护范围的最小宽度的水平面上，保护范围的最小宽度xh一般情况下取一般情况下取hD5两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定，两针外侧的保护范围按单支避雷针的计算方法确定，两针中间的保护范围用下式求得：两针中间的保护范围用下式求得：6 . 单根避雷线的保护范围单根避雷线的保护范围hhhxhxrxrxr25:30mhphhrxx)(47. 0 xh2/hxh2/hphhrxx)53. 1(单根避雷线的保护范围一侧宽度为：单根避雷线的保护范围一侧宽度为：保护角：保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角h

8、D二二. 避雷器避雷器基本分类：基本分类：避雷器是一种过电压限制器，它与被保护设备并联避雷器是一种过电压限制器，它与被保护设备并联运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先运行，当作用电压超过一定幅值以后避雷器总是先动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。动作，泄放大量能量，限制过电压，保护电气设备。避雷器避雷器保护间隙保护间隙管式避雷器管式避雷器阀式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器(MOA)对避雷器的基本技术要求：对避雷器的基本技术要求：过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，

9、这需要由过电压作用时，避雷器要先于被保护设备放电，这需要由 两者的全伏秒特性的配合来保证；两者的全伏秒特性的配合来保证；避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次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，使系统恢复正常；过零时的工频续流，使系统恢复正常；0tu123P1被保护绝缘被保护绝缘2保护间隙或管式避雷器保护间隙或管式避雷器3阀式避雷器阀式避雷器（一）（一）.保护间隙和管式避雷器保护间隙和管式避雷器结构简单、价格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、难以与结构简单、价格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、难以与被保护设备配合，动作产生截波、不能保护带绕组的设备，

10、被保护设备配合，动作产生截波、不能保护带绕组的设备，主要用于主要用于10kV以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装置配合使用。置配合使用。保护间隙：保护间隙： 角形保护间隙角形保护间隙1主间隙主间隙; 2辅助间隙辅助间隙3绝缘瓷瓶绝缘瓷瓶0tubUmU过电压波过电压波绝缘上受到的实际电压波形绝缘上受到的实际电压波形保护间隙的伏秒特性保护间隙的伏秒特性管型避雷器利用电弧燃烧时产生的热量使产气管里的产气材管型避雷器利用电弧燃烧时产生的热量使产气管里的产气材料（纤维、塑料、橡胶等）产生气体纵吹电弧，使电弧熄灭料（纤维、塑料、橡胶等）产生气体纵吹电弧，使电弧熄

11、灭。伏秒特性陡峭、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输伏秒特性陡峭、动作产生截波、放电分散性大，主要用于输电线路上绝缘比较薄弱的地方。电线路上绝缘比较薄弱的地方。管式避雷器：管式避雷器：1产气管；产气管；2棒电极棒电极3环电极环电极 4导线导线S1灭弧间隙灭弧间隙 S2外间隙外间隙（二）（二）. 阀式避雷器阀式避雷器阀式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)FS：配电型，适用配电型，适用10kV及以下配电网中电气设备的保护及以下配电网中电气设备的保护FZ：变电所型，适用变电所型，适用220kV及以下变电所电气设备的保护及以下

12、变电所电气设备的保护FCZ：变电所型，适用变电所型，适用330500kV变电所电气设备的保护变电所电气设备的保护FCD：旋转电机型，适用旋转电机的保护旋转电机型，适用旋转电机的保护 普通阀型避雷器普通阀型避雷器通流容量较小，只能用通流容量较小，只能用于于35220kV变电站内作雷电过电压保护变电站内作雷电过电压保护用，在内部过电压下不能动作用，在内部过电压下不能动作磁吹式避雷器磁吹式避雷器通流容量大可用于超高压通流容量大可用于超高压变电站内，除作雷电过电压的保护外，还变电站内，除作雷电过电压的保护外，还可作为内部过电压的后备保护可作为内部过电压的后备保护1. 原理结构图原理结构图ZFR瓷套瓷套

13、TiRiF火花间隙火花间隙R非线性阀片电阻非线性阀片电阻2. 结构特征结构特征火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙单个平板火花间隙：单个平板火花间隙：1黄铜电极；黄铜电极；2云母垫圈；云母垫圈；3间隙放电区间隙放电区普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成普通阀式避雷器的火花间隙由多个这种间隙串联而成旋弧型磁吹间隙：旋弧型磁吹间隙：主要用于主要用于FCD系列中系列中1永磁铁永磁铁 2内电极内电极3外电极外电极 4电弧电弧灭弧栅型磁吹间隙：主要用于灭弧栅型磁吹间隙：主要用于FCZ系列中系列中1磁吹线圈磁吹线圈 2辅助间隙辅助间隙3主间隙主间隙 4主电极主电极 5灭弧

14、栅灭弧栅 6分路电阻分路电阻 7阀片电阻阀片电阻阀片电阻：阀片电阻：SiC阀片阀片阀片的非线性伏安特性：阀片的非线性伏安特性：Ciu 01iu2i1u2u0ui特点：特点：流过小电流时（如工频续流），流过小电流时（如工频续流）， 电阻大电阻大 ;流过大电流时流过大电流时 （如雷电流），电阻小（如雷电流），电阻小111/iuR 222/iuR 1线性电阻线性电阻2 . 0阀片电阻阀片电阻0理想情况理想情况sic（金刚砂）焙烧成金刚砂）焙烧成5555100mm100mm园饼状园饼状1. 主要特性主要特性（三）（三）. 金属氧化物避雷器（金属氧化物避雷器（MOA）普通阀型避雷器和磁吹式避雷器的阀片是

15、普通阀型避雷器和磁吹式避雷器的阀片是SiC阀片阀片 MOA阀片是以阀片是以ZnO为主的金属氧化物阀片为主的金属氧化物阀片SiCMOVUIA5010A400100系统相电压系统相电压 必须用必须用火花间隙火花间隙金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器2. 主要优点主要优点保护特性优越保护特性优越结构简单、体积小结构简单、体积小无续流，动作负载轻，能重复动作实施保护无续流，动作负载轻，能重复动作实施保护通流容量大通流容量大耐污性能好耐污性能好8.3. 防雷接地防雷接地一一.接地与分类接地与分类接地：接地：指将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通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

16、地保持等电位。过导体与大地保持等电位。(1).工作接地：工作接地：根据电力系统正常运行需要而设置的接地。根据电力系统正常运行需要而设置的接地。(2).保护接地：保护接地：为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加为了人身安全而将电气设备的金属外壳等加 以接地，它在故障条件下才发挥作用。以接地，它在故障条件下才发挥作用。(3).防雷接地：防雷接地：用来将雷电流顺利泄入大地，以减小它引起的用来将雷电流顺利泄入大地，以减小它引起的 过电压，是防雷保护装置不可缺少的组成部分。过电压，是防雷保护装置不可缺少的组成部分。)105 . 0()101 ()301 (4).静电接地：静电接地：防止由静电引起的爆炸、

17、火灾，如贮油罐接地防止由静电引起的爆炸、火灾，如贮油罐接地接地电阻接地电阻eeeIUR 接地引下线接地引下线接地体接地体UI 包括四个部分：包括四个部分：接地引线的电阻、接地体接地引线的电阻、接地体本身的电阻、接地体与土本身的电阻、接地体与土壤间的接触电阻、大地的壤间的接触电阻、大地的溢流电阻。溢流电阻。eR冲击接地电阻冲击接地电阻iR对防雷接地而言，感兴趣的是流过冲对防雷接地而言，感兴趣的是流过冲 击电流时呈现的电阻，称为冲击接地击电流时呈现的电阻，称为冲击接地 电阻。电阻。冲击系数冲击系数eiiRR雷电流幅值大、等值频率高雷电流幅值大、等值频率高I大大大大大大E土壤局土壤局部击穿部击穿相当

18、于接地相当于接地体尺寸体尺寸土壤电导土壤电导iR高频下接地体感抗增大，高频下接地体感抗增大，阻止电流向接地体远方流动阻止电流向接地体远方流动iR一般一般eiRR 火花效应火花效应电感效应电感效应二二.接地装置的形式接地装置的形式自然接地装置：指现成的钢筋混凝土、铁塔基础、发电厂和自然接地装置：指现成的钢筋混凝土、铁塔基础、发电厂和 变电所的构架基础等可以直接加以利用的接地物体变电所的构架基础等可以直接加以利用的接地物体人工接地装置人工接地装置垂直接地体垂直接地体水平接地体水平接地体接地网接地网发电厂和变电所的接地：发电厂和变电所的接地：1. 首先根据工作接地和安全接地的要求，敷设一个统一的整个首先根据工作接地和安全接地的要求，敷设一个统一的整个 变电所和发电厂的接地大网；变电所和发电厂的接地大网；2. 然后再在避雷针、避雷线和避雷器下面加设局部的集中接地然后再在避雷针、避雷线和避雷器下面加设局部的集