高电压技术ppt8-2

1、8.2 防雷保护设备 雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数百至数千kV，如不采取防护措施，将引起电力系统故障，造成大面积停电。 目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，基本措施就是加装避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。 避雷针、避雷线用于防止直击雷过电压，避雷器用于防止沿输电线路侵入变电所的感应雷过电压。本节内容：8.2.1 避雷针防雷原理及保护范围8.2.2 避雷线防雷原理及保护范围 8.2.3 避雷器工作原理及常用种类 返回返回8.2.1 避雷针防雷原理及保护范围 避雷针防雷原理 避雷针是明显高

2、出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制成，其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。 2. 避雷针的保护范围 表示避雷针的保护效能，通常采用保护范围的概念，只具有相对意义。避雷针的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受直接雷击。我国使用的避雷针的保护范围的计算方法，是根据小电流雷电冲击模拟试验确定，并根据多年运行经验进行了校验。保护范围是按照保护概率99.9%确定的空间范围（即屏蔽失效率或绕击率0.1%）。（1） 单支避雷针 ()()2xxxhrhh Ph单支避雷

3、针的保护范围如图8-6所示: 图8-6 单支避雷针的保护范围(1.52)()2xxxhrhh Ph 两线外侧的保护范围按单根避雷线方法确定；两线内侧的保护高度由两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定。O点为假想避雷针的顶点，其高度按下式计算： (2)两支等高避雷线图8-7 高度为h的两支等高避雷针的保护范围 pDhh7O 式中：Oh两针间保护范围上部边缘最低点高度，mD 两避雷针间的距离，m。 两针间hxhx水平面上保护范围的一侧最小宽度bxbx应按图8-8确定。当bxbxrxrx时，取bxbxrxrx，求得bxbx后，可按图8-7绘出两针间的保护范围。两针间距离与针高之比D/h不宜大于5

4、。 图8-8 两等高(h)避雷针间保护范围的一侧最小宽度(bx)与D/haP的关系(a)D/haP07 (b)D/haP57 (3)两支不等高避雷针两支不等高避雷针的保护范围如图8-9所示。 图8-9 两支不等高避雷针的保护范围(4)多支等高避雷针 由于发电厂或变电所的面积较大，实际上都采用多支等高避雷针保护。三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围分别按两支等高避雷针的计算方法确定。四支及以上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数个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算。 三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围如图8-10（a）所示，图8-10（b）所示为四支等高避雷针

5、在hx水平面上的保护范围。图8-10 三、四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围(a)三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围(b)四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围返回返回8.2.2 避雷线防雷原理及保护范围 避雷线，通常又称架空地线，简称地线。避雷线的防雷原理与避雷针相同，主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所，近年来许多国家采用避雷线保护500kV大型超高压变电所。用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降低塔顶电位，避雷线对导线的耦合作用还可以降低导线上的感应雷过电压。 2hhxphhr)(47. 0 xx2hhxph

6、hr)53. 1(xx 单根避雷线的保护范围如图8-11所示，在hx水平面上每侧保护范围的宽度按下列公式计算：当时 时 式中：rxhx水平面上每侧保 护范围的宽度，m；hx被保护物的高度，m；h避雷线的高度，m。图8-11 单根避雷线的保护范围pDhh4O0h 两根等高平行避雷线的保护范围如图8-12所示。两线外侧的保护范围按单根避雷线的计算方法确定。两线间各横截面的保护范围由通过两避雷线1、2点及保护范围边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度应按下式计算：式中：两避雷线间保护范围上部边缘最低点的高度，m； D两避雷线间的距离，m。图8-12 两根平行避雷线的保护范围 表示避雷线对导线的保护程度，

7、工程中常用保护角来表示，如图8-13所示。保护角是指避雷线和外侧导线的连线与避雷线的垂线之间的夹角。保护角愈小，避雷线就愈可靠地保护导线免遭雷击。一般=2030，这时即认为导线已处于避雷线的保护范围之内。图8-13 避雷线的保护角返回返回8.2.3 避雷器工作原理及常用种类 避雷器是专门用以限制线路传来的雷电过电压或操作过电压的一种防雷装置。避雷器实质上是一种过电压限制器，与被保护的电气设备并联连接，当过电压出现并超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，从而限制了过电压的发展，使电气设备免遭过电压损坏。 避雷器的常用类型有：保护间隙、排气式避雷器（常称管型避雷器）、阀式避雷器和金属氧化物避雷器（

8、常称氧化锌避雷器）四种。避雷器1避雷器21.保护间隙 保护间隙是一种简单的避雷器，按其形状可分为：角型、棒形、环形和球型等，常用角形保护间隙如图8-14所示 。图8-14 角型保护间隙1角型电极 2主间隙 3支柱绝缘子 4辅助间隙 5电弧的运动方向2.排气式避雷器 排气式避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，其结构如图8-15所示，内间隙固定装在管内，管子由纤维、塑料或橡胶等产气材料制成，其电极一端为棒形电极2，另一端为环形电极3。外间隙裸露在大气中，由于产气材料在泄漏电流作用下会分解，因此管子不能长时间接在工作电压上，正常运行靠外间隙来隔离工作电压。 图8-15排气式避雷器1产气管

9、2棒形电极 3环形电极 S1内间隙 S2外间隙3.阀式避雷器 阀式避雷器是由装在密封瓷套中的多组火花间隙和多组非线性电阻阀片串联组成。它分普通型和磁吹型两大类。 普通阀式避雷器的单个火花间隙结构如图8-16所示，电极由黄铜圆盘冲压而成，两电极间以云母垫圈隔开形成间隙，间隙距离为0.51.0mm，间隙电场接近均匀电场，单个间隙的工频放电电压约为2.73.0kV(有效值)。阀片的伏安特性如图8-17所示。图8-16 单个火花间隙结构1黄铜电极 2云母垫圈图8-17 阀片的伏安特性i1工频续流 u1工频电压 i2雷电流 u2避雷器残压 磁吹阀式避雷器（简称磁吹避雷器）的基本结构和工作原理与普通阀式避

10、雷器相同，主要区别在于，磁吹阀式避雷器采用了磁吹式火花间隙，它是利用磁场对电弧的电动力，迫使间隙中的电弧加快运动并延伸，使间隙的去游离作用增强，从而提高了灭弧能力，磁吹式火花间隙的结构和电弧运动如图8-18所示。 图8-18 磁吹式火花间隙1.角形电极 2灭弧盒 3并联电阻 4灭弧栅 多个间隙串联电路中，由于寄生电容存在，灭弧过程工频电压在各个间隙上的分布是不均匀的，将影响每个间隙作用的充分发挥，减弱了灭弧能力。通常将四个火花间隙放在一个瓷套筒里组成标准间隙组，在每个标准间隙组的侧面并有两个串联的半环形非线性分路电阻，以便起均压作用，如图8-19所示。图8-19 在间隙上并联分路电阻(a)标准火花间隙组（普通阀式避雷器） (b)原理图 4. 金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器(MOA)出现于20世纪70年代，因其性能比碳化硅避雷器更好，现在已在全世界得到广泛应用。金属氧化物避雷器的阀片是由以氧化锌（ZnO）为主要原料，并添加其它微量的氧化铋（Bi2O3）、氧化钴（Co2O3）、氧化锰（MnO2）、氧化锑（Sb2O3）、氧化铬（Cr2O3）等金属氧化物作添加剂。 金属氧化物避雷器的结构非常简单，仅由相应数量的氧化锌阀片密封在瓷套内组成，所以也称氧化锌避雷器。 氧化锌阀片具有极好的非线性伏安特性，如图8-19