第08章雷电及防雷装置ppt课件

1、第第8章章 雷电及防雷装置雷电及防雷装置8.1 雷电参数雷电参数8.2 避雷针、避雷线的保护范围避雷针、避雷线的保护范围8.3 避雷器避雷器8.4 接地装置接地装置0Lzv8.1 雷电参数雷电参数1、雷电放电的等值电路：、雷电放电的等值电路：0zjZ0z先导通道波阻抗先导通道波阻抗电荷线密度电荷线密度Lv主放电发展速度主放电发展速度0Lzv先导通道对地电位先导通道对地电位Lv0Z雷电流雷电流LLiv0000LzLjjzvziizzzzjZLv2、雷电流波形：、雷电流波形： 雷电流参数：电流峰值、波前时间、半峰值时间。雷电流参数：电流峰值、波前时间、半峰值时间。LI 雷电流峰值雷电流峰值 ：lo

2、g88LIP 为峰值超过为峰值超过 的概率的概率PLI 表示方法：表示方法： 电流峰值、波前时间电流峰值、波前时间/半峰值时间半峰值时间 波前时间：波前时间：1 5 s 半峰值时间：半峰值时间：20 100 s例如：例如：5kA2.6/50 s、3、雷暴日与雷暴小时：、雷暴日与雷暴小时：雷暴日：一年中有雷暴的日数。雷暴日：一年中有雷暴的日数。雷暴小时：一年中有雷电的小时数。雷暴小时：一年中有雷电的小时数。强雷区强雷区多雷区多雷区少雷区少雷区雷暴日雷暴日90雷暴日雷暴日40雷暴日雷暴日154、地面落雷密度和输电线路落雷次数：、地面落雷密度和输电线路落雷次数：地面落雷密度：每一雷暴日、每平方千米地

3、面遭受雷击地面落雷密度：每一雷暴日、每平方千米地面遭受雷击的次数。的次数。输电线路落雷次数：每输电线路落雷次数：每100km的输电线路每年遭受雷击的输电线路每年遭受雷击的次数。的次数。8.2 避雷针、避雷线的保护范围避雷针、避雷线的保护范围对直击雷的防护措施：通常是装设避雷针或避雷线。对直击雷的防护措施：通常是装设避雷针或避雷线。作用：避雷针线高于被保护的物体，其作用是吸引作用：避雷针线高于被保护的物体，其作用是吸引雷电击于自身，并将雷电流迅速注入大地，从雷电击于自身，并将雷电流迅速注入大地，从而使避雷针线附近的物体得到保护。而使避雷针线附近的物体得到保护。保护范围：指具有保护范围：指具有0.

4、1%左右雷击概率的空间范围。左右雷击概率的空间范围。绘制方法：绘制方法： 折线法：简单易用；折线法：简单易用； 滚球法：国际电工委员会推荐的方法。滚球法：国际电工委员会推荐的方法。1、单支避雷针的保护范围：、单支避雷针的保护范围：当当 时：时：2xhh ()xxrhhp当当 时：时：2xhh (1.52)xxrhhp2h45hxh1.5hxr俯视图：根据俯视图：根据 rx 画圆。画圆。p高度影响系数高度影响系数2、两支等高避雷针的保护范围：、两支等高避雷针的保护范围：07Dhhp4512h0RD0h3两针外侧：与单支避雷针的相同。两针外侧：与单支避雷针的相同。两针之间：通过两针顶点及点两针之间

5、：通过两针顶点及点3的圆弧来确定。的圆弧来确定。俯视图：根据俯视图：根据bx作两圆的切线。作两圆的切线。xhxrxb01.5()xxbhh3、两支不等高避雷针的保护范围：、两支不等高避雷针的保护范围：450R312两针外侧：与单支避雷针的相同。两针外侧：与单支避雷针的相同。两针之间：两针之间：先按单针做出高针先按单针做出高针1的保护范围；的保护范围；经过较低针经过较低针2的顶点做水平线与之交与的顶点做水平线与之交与3；假设假设3为避雷针顶点，做出为避雷针顶点，做出2、3两针间的保护范围。两针间的保护范围。4、多支等高避雷针的保护范围：、多支等高避雷针的保护范围： 三支避雷针：三支避雷针三支避雷

6、针：三支避雷针1、2、3形成的三角形的外形成的三角形的外侧保护范围分别按两支等高针的方法。侧保护范围分别按两支等高针的方法。 多支避雷针：先将其分成两个或几个三角形，然后按多支避雷针：先将其分成两个或几个三角形，然后按确定三支等高避雷针的方法计算。确定三支等高避雷针的方法计算。31213425、单根避雷线的保护范围：、单根避雷线的保护范围：当当 时：时：2xhh 0.47()xxrhhp当当 时：时：2xhh (1.53)xxrhhphxh25hxr6、两根等高避雷线的保护范围：、两根等高避雷线的保护范围：12h0RD0h3 避雷线一般用于输电线路的直击雷保护，常用保护避雷线一般用于输电线路的

7、直击雷保护，常用保护角的大小来表示其导线的保护程度。角的大小来表示其导线的保护程度。04Dhhp 保护角：避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的保护角：避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的垂直线之间的夹角。通常在垂直线之间的夹角。通常在 之间。之间。15 308.3 避雷器避雷器避雷器作用：限制过电压以保护电气设备。避雷器作用：限制过电压以保护电气设备。避雷器类型：避雷器类型：保护间隙保护间隙管型避雷器管型避雷器阀型避雷器阀型避雷器氧化锌避雷器氧化锌避雷器 主要用于限制大气过电压，一般用主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和进线段保护。于配电系统、线路和进线段保护。常用于变电所、发电厂

8、的保护。常用于变电所、发电厂的保护。1、保护间隙：、保护间隙：构造：构造：保护间隙保护间隙被保护被保护设备设备工作母线工作母线入侵波入侵波主间隙主间隙辅助辅助间隙间隙接母线接母线绝缘子绝缘子u0t保护间隙保护间隙被保护设备被保护设备工作原理：工作原理： 当雷电波入侵时：当雷电波入侵时： 过电压消失后：过电压消失后：间隙先击穿，工作母线接地，避免间隙先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。保护了设备。间隙中仍有由工作电压产生的工频电间隙中仍有由工作电压产生的工频电弧电流称为续流），此电流是间隙弧电流称为续流），此电流是间隙安装处的短路电流

9、，因间隙灭弧能力安装处的短路电流，因间隙灭弧能力差，将引起断路器的跳闸。差，将引起断路器的跳闸。缺点：保护间隙限制了过电压，保护了设备，但将造成缺点：保护间隙限制了过电压，保护了设备，但将造成线路跳闸事故，故一般与自动重合闸配合使用。线路跳闸事故，故一般与自动重合闸配合使用。2、管型避雷器：、管型避雷器：实质：一种具有较高熄弧能力的保护间隙。实质：一种具有较高熄弧能力的保护间隙。构造：构造：环形电极环形电极棒形电极棒形电极工作母线工作母线产气管产气管内间隙内间隙外间隙外间隙特点：短路时的工频续流电弧的高温会使管内的产气材特点：短路时的工频续流电弧的高温会使管内的产气材料分解出大量气体，管内压力

10、升高，气体在高压料分解出大量气体，管内压力升高，气体在高压力作用下由环形电极的开口孔喷出，形成强烈的力作用下由环形电极的开口孔喷出，形成强烈的纵吹，从而使工频续流在第一次过零时被切断。纵吹，从而使工频续流在第一次过零时被切断。工作原理：工作原理： 当雷电波入侵时：内外间隙均被击穿。当雷电波入侵时：内外间隙均被击穿。 过电压消失后：过电压消失后：短路电流的工频续流电弧使管内产生短路电流的工频续流电弧使管内产生大量气体，形成纵吹，实现熄弧。大量气体，形成纵吹，实现熄弧。缺点：缺点：伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般被保护设备的伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般被保护设备的伏秒特性较平，二者不能

11、很好的配合。伏秒特性较平，二者不能很好的配合。管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截波，对被保管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截波，对被保护设备的绝缘不利。护设备的绝缘不利。3、阀型避雷器：、阀型避雷器：构造：构造：保护间隙保护间隙被被保保护护设设备备工作母线工作母线入侵波入侵波电阻电阻阀片阀片 间隙：冲击放电电压低于被保护设备的耐压强度。间隙：冲击放电电压低于被保护设备的耐压强度。 电阻阀片：电阻阀片：阀片的电阻值与流过的电流有关，具有非阀片的电阻值与流过的电流有关，具有非线性特性。线性特性。IR阀片阀片u0i工作原理：工作原理：正常时：间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免烧坏阀正常时：间

12、隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免烧坏阀片。片。当系统出现过电压且其峰值超过间隙的放电电压时，间当系统出现过电压且其峰值超过间隙的放电电压时，间隙击穿，经阀片流入大地，因阀片的非线性，在阀片隙击穿，经阀片流入大地，因阀片的非线性，在阀片上产生的压降残压将得到限制，使其低于被保护上产生的压降残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备就得到保护。设备的冲击耐压，设备就得到保护。过电压消失后，间隙中的工频续流仍流过避雷器。由于过电压消失后，间隙中的工频续流仍流过避雷器。由于工频续流远小于冲击电流，阀片的非线性使间隙在工工频续流远小于冲击电流，阀片的非线性使间隙在工频续流第一次过零时将电弧切断。

13、频续流第一次过零时将电弧切断。4、氧化锌避雷器：、氧化锌避雷器： 氧化锌阀片的特点：具有很理想的非线性伏安特性。氧化锌阀片的特点：具有很理想的非线性伏安特性。U0IZnO避雷器避雷器线性电阻线性电阻SiC避雷器避雷器理想避雷器理想避雷器U0IABC1mA3kA 伏安特性区域划分：伏安特性区域划分： A区称为小电流区；区称为小电流区；B区称为非区称为非线性区，线性区， C区称为饱和区。区称为饱和区。 工作原理：工作原理：正常时：阀片相当于绝缘体。正常时：阀片相当于绝缘体。当过电压超过一定值时，阀片当过电压超过一定值时，阀片“导通导通”，将冲击电流通，将冲击电流通过阀片泄入大地，此时其残压不会超过

14、被保护设备的过阀片泄入大地，此时其残压不会超过被保护设备的耐压值，达到过电压保护的目的。耐压值，达到过电压保护的目的。过电压消失后：阀片自动终止过电压消失后：阀片自动终止“导通状态，恢复绝缘导通状态，恢复绝缘状态。（不存在电弧的燃烧与熄灭问题）状态。（不存在电弧的燃烧与熄灭问题）被保护被保护设备设备工作母线工作母线入侵波入侵波电阻电阻阀片阀片 构造：构造： 氧化锌避雷器的优点：氧化锌避雷器的优点：无间隙：在工作电压下无间隙：在工作电压下ZnO实际上相当于一绝缘体，工实际上相当于一绝缘体，工作电压不会烧坏阀片，不需要通过串间隙来隔离工作作电压不会烧坏阀片，不需要通过串间隙来隔离工作电压。电压。无

15、续流：因工作电压下流过无续流：因工作电压下流过ZnO的电流极小，所以不存的电流极小，所以不存在工频续流。在工频续流。保护性能优越：保护性能优越：ZnO阀片具有优异的非线性伏安特性，阀片具有优异的非线性伏安特性，还有进一步降低残压的潜力。还有进一步降低残压的潜力。通流容量大：通流容量大：ZnO阀片单位面积通流容量要比阀片单位面积通流容量要比SiC阀片阀片的大的大44.5倍，又无串联间隙烧伤的制约，可用来限倍，又无串联间隙烧伤的制约，可用来限制操作过电压。制操作过电压。 氧化锌避雷器的基本电气参数：氧化锌避雷器的基本电气参数：最高持续运行电压：允许持续加在避雷器两端的最大工最高持续运行电压：允许持

16、续加在避雷器两端的最大工频电压有效值。频电压有效值。额定电压：允许施加在避雷器两端的最大工频电压有效额定电压：允许施加在避雷器两端的最大工频电压有效值。值。起始动作电压：指避雷器通过起始动作电压：指避雷器通过 1mA工频电流峰值或直工频电流峰值或直流电流时得到工频电压峰值或直流电压。通常用流电流时得到工频电压峰值或直流电压。通常用U1mA表示，也称为转折电压或拐点电压。表示，也称为转折电压或拐点电压。残压：放电电流通过残压：放电电流通过 ZnO 避雷器时的电压峰值。避雷器时的电压峰值。通流容量：表示阀片耐受通过电流的能力。通流容量：表示阀片耐受通过电流的能力。 评价氧化锌避雷器性能优劣的指标：

17、评价氧化锌避雷器性能优劣的指标：保护水平：雷电保护水平为雷电冲击残压和陡波冲击残保护水平：雷电保护水平为雷电冲击残压和陡波冲击残压除以压除以1.15中的较大者；操作冲击电压等于操作冲击中的较大者；操作冲击电压等于操作冲击残压。残压。标称冲击放电电流时的残压标称冲击放电电流时的残压起始动作电压起始动作电压压比压比 = 压比：此值约为压比：此值约为1.62.0。压比越小，保护性能越好。压比越小，保护性能越好。最大持续运行电压峰值最大持续运行电压峰值起始动作电压起始动作电压荷电率荷电率 = 荷电率：此值一般为荷电率：此值一般为45%75%。标称冲击放电电流时的残压标称冲击放电电流时的残压最大持续运行

18、电压峰值最大持续运行电压峰值保护比保护比 = 保护比：保护比越小，保护性能越好。保护比：保护比越小，保护性能越好。压比压比荷电率荷电率=8.4 接地装置接地装置1、基本概念：、基本概念：接地：将地面上的金属物体或电气回路中的某一节点通接地：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地相连，使物体或节点与大地保持过导体与大地相连，使物体或节点与大地保持等电位。等电位。大地并不是理想的导体，它具有电阻率。大地并不是理想的导体，它具有电阻率。接地电阻：接地点处的电位接地电阻：接地点处的电位 Um 与接地电流与接地电流 I 的比值。的比值。接地体极）：埋入地中的金属体。接地体极）：埋入地中的

19、金属体。2、保护接地、工作接地、防雷接地：、保护接地、工作接地、防雷接地： 保护接地：为了人身安全，将电气设备的金属外壳保护接地：为了人身安全，将电气设备的金属外壳接地，使其固定为地电位。接地，使其固定为地电位。正常情况下接地点没有电流，故障时会有电位升高。正常情况下接地点没有电流，故障时会有电位升高。接触电压接触电压 Uj ：人站立的地点与接地设备之间的电位差。：人站立的地点与接地设备之间的电位差。跨步电压跨步电压 Uk：人的两脚着地点之间的电位差。：人的两脚着地点之间的电位差。jUkUUx 工作接地：根据电力系统正常运行方式的需要而接工作接地：根据电力系统正常运行方式的需要而接地，如将系统的中性点接地。地，如将系统的中性点接地。 在工频对地短路时，为使流过接地网的短路电流在在工频对地短路时，为使流过接地网的短路