96知识资料第四章第九节过电压及绝缘（二）

千里之行，始于足下朽木易折，金石可镂Word-可编辑9.2.3雷电流与雷电过电压的近似表示对于单极性的雷电流和雷电暂态过电压脉冲波形，通常采用幅值、波头时光和波长时光等三个参数加以描述.对于振荡型波形，还要附加上主振频率这个参数。1．雷电流幅值的累积概率对于年平均雷电日大于20的地区，我国传统采用以下经验公式来表示雷电流幅值累积概率：（4-9-7）式中——雷电流幅值，kA；——表示雷电流幅值超过的概率。2．波头时光先由纵轴上的0.1、0.9和1.0三个刻度分离作三条平行于横轴的平行线，前两条平行线分离与波形曲线的波头部分相交于A、B两点，过A、B两点作一条直线，该直线与第三条平行线和横轴分离交于C、D两点，由C点引横轴的垂线，其垂足E点与D点之间的时光即定义为波头时光，用表示。波头与波长时光定义的作图主意暗示为了定义波长时光，再由纵轴上0.5刻度作横轴的平行线，该平行线与波形曲线的波尾部分相交于F点，从F点引横轴的垂线，其垂足G点与D点之间的时光即定义为波长时光，用表示。因为波长时光也是波形曲线衰减到半幅值所需要的时光,它习惯上也被称为半幅值时光。9.2.4感应过电压1．静电感应当线路或设备附近发生雷云放电时，固然雷电流没有直接击中线路或设备，但在导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，当雷云对大地上其他目标放电后，雷云中所带电荷疾驰出现，导线上的感应电荷就会失去雷云电荷的束缚而成为自由电荷，并以光速向导线两端急速涌去，从而浮上过电压，称为静电感应过电压。普通由雷电引起局部地区感应过电压，在架空线路可达300～400kV，在低压架空线路上可达100kV，在通信线路上可达40～60kV。2．电磁感应因为雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围有强大的变化电磁场，处在此电磁场中的导体味感应出极大的电动势，使有气隙的导体之间放电，产生火花，引起火灾。由雷电引起的静电感应和电磁感应统称为感应雷（又叫二次雷）。解决的主意是将建造物的金属屋顶、建造物内的大型金属物品等，做良好的接地处理，使感应电荷能疾驰流向大地，防止在缺口处形成高电压和放电火花。9.2.5直击雷过电压带电的雷云与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，称作直击雷。当雷云通过线路或电气设备放电时，放电眨眼线路或电气设备将流过数十万安的庞大雷电流，此电流以光速向线路两端涌去，大量电荷将使线路发生很高的过电压，势必将绝缘薄弱处击穿而将雷电流导入大地，这种过电压为直击雷过电压。直击雷电流（在短时光内以脉冲的形式通过）的峰值有几十千安，甚至上百千安。雷电流的峰值时光（从雷电流升高到1/2峰值开始，到下降到1/2峰值为止的时光间隔）通常有几微秒到几十微秒。防止直击雷的措施主要采取避雷针、避雷带、避雷线、避雷网作为接闪器，把雷电流采纳下来，通过接地引下线和接地装置，将雷电流疾驰而安全送到大地。9.2.6雷电波的侵入雷电波的侵入主要是指直击雷或感应雷从输电线路、通信光缆、无线天线等金属的引入线引入建造物内，发生闪击和雷击事故。因为直击雷在建造物或建造物附近入地，通过接地网入地时，接地网上会有数十千伏到数百千伏的高电位，这些高电位可以通过系统中的N线、保护接地线或通信系统的地线，以波的形式传入室内，沿着导线的传扬方向扩大范围。防止雷电波侵入的主要措施是在输电线路等能够引起雷电波侵入的设备，在进入建造物前装设避雷器保护装置，它可以将雷电高电压限制在一定的范围内，保证用电设备不被高电压冲击击穿。9.3.1接地地：通常将距接地体或接地短路点20米以外，电位等于零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。对地电压：电气设备的接地部分，如接地体、接地的外壳等，与零电位的“大地”之间的电位差，称为电气设备接地部分的对地电压，或称接地装置的电位。接地：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地相连，使该物体或节点与大地保持等电位。9.3.2接地电阻接地点处的电位与接地电流的比值定义为该点的接地电阻（4-9-10）当接地电流为定值时，接地电阻愈小，则电位愈低，反之则愈高。此时地面上的接地物体（例如变压器外壳），也具有了电位。埋入地中的金属接地体称为接地体。最容易的接地体就是单独的金属管、金属板或金属带。因为金属的电阻率远小于土壤电阻率，所以接地体本身的电阻在接地电阻中可以忽略不计。9.3.3接触电压和跨步电压1.接触电压当电气设备发生接地故障，接地电流流过接地体向大地流散时，大地表面形成分布电位。在地面上离设备水平距离为0.8米处与沿设备外壳离地面垂直距离1.8米处两点之间的电位差，称为接触电势。人站在发生接地故障的电气设备旁边，手触及设备的外露可导电部分，则人所接触的两点（如手与脚）之间所展示的电位差，称为接触电压。2.跨步电压在故障设备周围的地面上，水平距离为0.8米的两点间的电位差，称为跨步电势。人在接地故障点周围行走，两脚之间（人的跨步普通按0.8米计算）所展示的电位差，称为跨步电压。考虑到人脚下的土壤电阻，所以接触电压和跨步电压，应小于接触电势和跨步电势。9.4氧化锌避雷器1.理想的非线性伏安特性ZnO的伏安特性如图所示，可分为小电流区、非线性区和饱和区。在1mA以下的区域为小电流区，非线性系数较高，在0.2左右，电流在1mA到3kA范围内，避雷器的伏安特性通常为非线性区，值在0.02～0.05左右，电流大于3kA，普通进入饱和区，随电压的增强电流增长不快。2.氧化锌的优点（1）无间隙。在工作电压作用下，ZnO实际上相当一绝缘体，工作电压不会使阀片烧坏，可以不用串联间隙来隔离工作电压。（2）无续流。当作用在阀片上电压超过某一值时，将发生“导通”，其后，ZnO阀片上的残压受其良好的非线性特性所控制，当系统电压降至起始动作电压以下时，ZnO的“导通”状态终止。相当于一绝缘体，不存在工频续流。也可使用于直流输电系统。（3）电气设备所受过电压可以降低。ZnO避雷器在囫囵过电压过程中都有电流流过，降低了作用在变电站电气设备上的过电压。（4）通流容量大。ZnO避雷器的通流容量较大，可以用来限制内部过电压。3.基本特性起始动作电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压升高而疾驰增强，也即其非线性系数将疾驰进入0.02～0.05的区域。通常是以1mA下的电压作为起始动作电压。其值约为最大允许工作电压峰值的105％～115％。压比是指氧化锌避雷器通过大电流时的残压与通过1mA直流电流时电压之比。例如10kA压比是指通过冲击电流10kA时的残压与1mA（直流）时电压之比，压比越小，意味着通过大电流时之残压越低，则ZnO避雷器的保护性能越好。目前，此值约为1.6～2.0。4.应用氧化锌避雷器在电压等级较低时（如110kV及以下）大部分是采用无间隙。对于超高压避雷器或带大幅度降低压比时，则采用并联或串联间隙的主意。为了降低大电流时的残压而又不加大阀片在正常运行中的电压负担以减轻氧化锌阀片的老化，往往也采用并联或串联间隙的主意。9.5.1避雷针的保护范围避雷针主要是对雷电场产生一附加电场（因为雷云对避雷针产生静电感应引起），使雷电场畸变，从而将雷云放电的通路由本来可能向被保护物体发展的方向，吸引到避雷针本身，经引下线到接地装置，使被保护物免受直接雷击。避雷针主要用于保护建造物、露天配电装置、输配电线路，防止直击雷产生过电压。1．单支避雷针单支避雷针的保护范围在一定高度的避雷针下面，有一个安全区域，在这个区域中的物体基本上不致遭遇雷击，故称为避雷针的保护范围。单支避雷针保护范围可以用滚球法求得，其形状是一个对称的锥体。单支避雷针的保护范围，应按下列主意决定：（1）当避雷针高度≤时，距离地面处作一平行地面的平行线，以针尖为圆心，为半径作弧线，交于平行线的A、B两点，以A、B为圆心，为半径作弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，则从此弧线起到地面止就是保护范围。避雷针在高度的平面上的保护半径，得：（4-9-12）式中──避雷针在高度的平面上的保护半径，m；──滚球半径，m；──被保护物的高度，m。（2）当＞时，在避雷针上取高度的一点代替单支避雷针的针尖作为圆心。其余作法与（1）相同。2．双支等高避雷针的保护范围基本按单支避雷针所规定的主意决定。3．双支不等高避雷针的保护范围4．矩形布置的四支等高避雷针的保护范围9.5.2避雷线的保护范围避雷线又叫架空地线，悬挂在高空的接地导线。避雷线主要用于保护变配电所的电气设备、输配电线路等免受直击雷过电压。沿每根支柱引下线与接地装置相衔接，它的作用与避雷针一样。1.单根避雷线的保护范围当单根避雷线的高度时，是无保护范围的，故不应采用。当避雷线高度时，距离地面处作一平行于地面的平行线，以避雷线为圆心，为半径作弧线，交于平行线的A、B两点，以A、B为圆心，为