雷电放电及防雷保护装置PPT课件

1、天福强副教授牵引电源研究所Email:办公室：电气大楼808办公电话：010-516985212-604手机高压技术，第一节闪电放电和闪电过电压第二节防雷装置，本章的主要内容巨大的张艺兴电流：轰炸物体会飞、燃烧、溶解导体，或通过电动力引起机械损伤。雷和闪电的热效应：雷电流大，但作用时间短，因此会产生局部高温，熔化大小较小的金属。闪电通道温度1500020000，森林火灾，闪电，机械效果发生：闪电电流流向物体，热量从物体中迅速蒸发水分，产生气体，气体膨胀的机械作用使树木裂开，器物破裂，爆炸。4/46，脑云的形成，水滴分裂成水滴和细小的泡沫，出现了电荷分离现象。大水滴带正

2、电荷，小气泡带负电荷，微气泡被上升气流输送到高空，形成了带负电荷的大雷暴云。带正电荷的水滴，雨水落到地面上或漂浮在云中，形成脑云下部局部的正电荷区域。地面下降4-5公里以上，水滴冻结，冰晶与空气发生摩擦后，带负电荷，向下运动变成带负电荷的水滴，空气带正电荷向上运动。雷云的形成机制得到了比较广泛的认可，包括水滴分割超电理论、5/46、1节雷电放电和雷电过电压、2、雷电放电过程、雷电放电的本质是长气隙的非均匀性放电(先导放电)、对地面波电的雷电电荷积累，同时检测地面上的正电荷、脑云和地面之间的局部电场先导放电通道具有导电性，因此张艺兴云的负电荷沿通道分布，并继续扩展到地面，地面上的刘涛正电荷也逐渐

3、增多。6/46，由于局部空间电场强度的增加，在引导通道接近地面时，经常将正电荷的先导放电面对天空，这种先导称为先导，7/46，由于主放电阶段引导通道到达地面或与前端飞行员相遇时大气的强电离，高密度等离子区域自上而下快速传播，形成电导率高的等离子通道，在引导通道和雷云中负电荷闪电活动频率以雷暴日Td及雷暴时间Th、雷暴日Td一年中听到雷声的事情等为标准，一天内听到雷声的次数无论雷雨日。雷雨时间Th一年中闪电放电发生的时间数计算为一小时内只有一次闪电，即一次闪电时间。雷雨的日子结束了3个小时的雷雨。Td 40，更雷场Td 90，更强雷场9/46，2。地面雷密度和闪电选择性，地面雷密度为每平方公里1

4、平方公里(2平方公里)的雷暴日发生的平均雷数，我们标准对Td 40地区，0.07漏洞开放地区：雷高的山区：有时山顶物体，有时刮风的一面与地质条件有关：地质上有矿物，10/46，3。雷波导阻抗、雷波导阻抗的概念雷和闪电通道长度只有几千，半径数厘米。类似于具有某种各向同性波阻抗的分布参数线。主放电过程可以看作是电流波阻抗为Z0的射线沿闪电点投射的波过程。我国相关规定是Z0 300，4。雷电的极性、阴极型雷击都占7590%，设备绝缘的危害较大，防雷计算一般建议考虑阴极。11/46，5。张艺兴电流振幅(I)，张艺兴电流被定义为在低接地电阻(30)的物体上闪电时通过闪电点的电流。闪电强度雷电流振幅大小雷

5、电流振幅超过I的概率p一般区域小雷区，Z，12/46，6。雷电流的波前时间、陡度和波长、波前时间t1: 14us的范围、平均2.6us。波长(半峰值时间)在T2: 20100us范围内，大部分40us左右陡度：最大限值通常约为50 kA/us，7。张艺兴电流的计算波形，双指数波斜波斜余弦波，13/46，8。雷电的多次放电数及总持续时间，重复放电数2次以上，重复放电35次以上，25%重复放电10次以上，平均重复冲击数3次。总闪电持续时间比0.2s低50%，比0.62s低5%，14/46，9。雷电的放电能量和电力，雷电的瞬时功率很大，但能量很小雷声云电位107V，放电电荷Q=20C，能量是55千瓦

6、时，但在很短的时间内释放，所以功率很大。雷电能量消耗方式的一小部分是空气电离，这里和光辐射的大部分是雷路周围的空气突然膨胀，产生巨大的声音，15/46，4，闪电过电压形成，1。闪电放电计算模型，S闭合前(先导放电)A点电位具有被称为0先导放电通道、闪电通道的分布参数特性，波阻抗为Z0(300) S闭合后(主放电)，A点电位为u=i Z主放电过程，突然通过雷电通道传播到地面的电磁波(u0)直击雷过电压的典型例子，已知地面接地良好的物体有闪电：i0，通过z0 A点的电流I，18/46，电线或文件从中央闪电的避雷线，已知：雷电流振幅I，闪电通道z0，线路阻抗z. A点的电流为具荷拉IA，电压uu刘涛

7、闪电过电压，现象：线路附近的大地或接地线路塔的上部有闪电等绝缘的电线产生刘涛过电压。在闪电点与电力线之间的距离s65m的情况下，接近导线的接地物体(如塔顶)，没有避雷线的电线的刘涛过电压计算，I张艺兴电流振幅HC电线是平均地面高度s闪电点与线路道路之间的距离，a刘涛过电压系数；大约雷电流的平均波前陡度为20/46，计算有避雷线的导体的感应过电压，闪电点与电力线之间的距离为s65m，在塔顶上闪电般近线的接地物体，Hg避雷线平均与地面高度k0避雷线与导线之间的耦合系数HC导线平均地面高度s闪电点与线路道路之间的距离，21/46，第二节防雷装置，第二节避雷针，作用：直击雷针的保护原理实质上是感应雷作

8、用，它会对雷电场产生额外的电场(雷电对避雷针产生静电)，将雷电的放电通道引到避雷针本身，通过避雷针和与之连接的感应线和地线，将雷的电流安全地流入大地，从而保护附近建筑和设备免受直雷的伤害。，保护范围：空置率为0.1%的空间范围，22/46，23/46，计算单个避雷针保护范围，保护物高度hx水平面上避雷针的保护半径rx，基准计算：确定保护范围(设定避雷针高度h)从针脚上方向斜线倾斜保护空间45注意：p表示高度影响系数，24/46，计算两个高避雷针保护范围，根据单针保护范围的计算方法，两个针之间的hx水平面保护范围，顶角的最低点o高度，0-0截面hx高度两侧的水平保护宽度，25/46，2。避雷线，

9、作用：直击雷保护，避雷线的保护原理，切断架空输电线的导线，引导线路云的架空线路放电到自己，切断电线，保护线我国一般110kV以上线路使用避雷线35kV线路的入口段，保护500kV大型EHV输电线，26/46，27/46，单避雷线基准计算：p为高度影响系数，28/46，计算两条避雷线保护范围，双线外部保护范围为两条线之间的保护范围，顶角的最低点o高度，保护角保护角度越小，22330 kv 20 500 kv: 15，29/46 避雷器功能及保护原理，功能：限制从线路进入的雷电过电压或操作引起的内部过电压的电气装置原理：在保护装置附近并行连接，如果作用电压超过避雷器的放电电压，避雷器将首先放电，限

10、制过电压开发，以保护其他电气装置免受破坏。这基本上是放电器、30/46、避雷器的基本要求系统在正常运行时隔离电线和地面动作时，闪电侵入波必须具有很强的绝缘强度自恢复能力，以快速切断工频连续性，因此系统可以继续运行工频电流过电压，其间隔还留有工作电压引起的工频弧电流。否则，可以将设备与场地连接得很短，从而使断路器跳闸，从而在停电后不产生波波电压。瞬间大幅度突然降到零的波具有优良的伏秒特性，很容易实现合理的绝缘。31/46，避雷器与电气装置的螺栓秒特性一致，1电气装置的螺栓秒特性2避雷器的螺栓秒特性3电气装置可能发生的最大功率频率电压，32/46，2。用避雷器的种类保护间隙，电源系统暴露在大气过电

11、压下，保护间隙S1首先作为薄弱环节破损，向地面发射雷电流。保护设备的绝缘。辅助间隙S2工作以防止主间隙因异物短路引起的误操作。结构保护间隔是最简单的防雷装置，由主间隔S1、次间隔S2和支撑瓷瓶组成。优点结构简单，成本低，裴珉姬管理方便，保护原理，33/46，缺点伏秒特性极陡，弧消化能力不足，不能适当消除工频更新，断路器跳闸，断电产生大值的切断，变压器绝缘的危险，不重要，只有在单相接地不会造成严重后果的情况下才适用范围。和自动重合闸装置，34/46，管避雷器，结构本质上是具有较强消弧能力的保护间隙，其基本组件是安装在消弧管上的火花间隙，安装时螺纹另一个外部火花间隙。由于工频连续流电弧的高温，管内

12、气体生产材料分解了大量气体，由环形电极开口喷射形成了强垂直吹炼，电弧关闭，35/46，缺点工频连续流太长时间不能电弧消化，产生太大的气体，管爆裂秒特性极陡的大波，危及变压器绝缘，应用范围仅安装在输电线路绝缘比较弱的地方和变电站、电站的入口段保护上。36/46，阀门避雷器，结构化妆间隙：切断工频连续流，配置为多个单位间隙，便于防止电弧再燃电阻值：SiC(金钢)加结合剂(水玻璃等)在300500oC上烧结。多个薄片系列，37/46，如果火焰间隔正常工作：将电阻值与操作总线分开，总线的操作电压因电阻而过电压燃烧，其振幅超过间隙放电电压：间隙击穿，冲激电流通过阀门和接地装置流入地球，38/46，阀门电

13、阻的电阻值应与电流通过的电流相关，非线性特性冲激同时在阀杆上产生低于设备冲击耐压值的残余压力。雷电波消失后，设备接收的电压不会瞬间降到零，产生波的工频速流阶段电阻受到很大限制，火花间隙的可靠性保证，39/46，金属氧化物避雷器(也称为氧化锌避雷器)，结构无间隙氧化锌电阻器(MOV)的适当数量密封在瓷套或其他绝缘体中，构成了氧化锌电阻的特性ZnO电阻40/46，ZnO和SiC非线性电阻片的UI特性比较，42/46，氧化锌避雷器的优点残留，没有良好的保护性能，结构简单，重复电阻强流容量，吸收过电压能量的强大性能稳定性，适合批量生产的抗衰老能力，成本低，43/46 接地的相关概念，地面上金属物体或电路的一个节点通过导体与地面连接，物体或节点与地面经常等电位，接地装置由包含引线的埋设金属主体或金属导体组成的金属网，定义接地电阻的接地点的电位u(相对无限远的零电位)和通过接地极流入地面的电流I的比率，44/46，第二防雷装置，第二接地目的：降低作用于设备绝缘的电压，也可以降低设备的绝缘水平。也就是说，可以减少设备的绝缘尺寸，降低设备成本。要求电阻：0.510，工作接地，45/46，复盖范围：电气设备故障时，电气设备外壳充电，此时如果人暴露在设备外壳内，就会产生危险。因此，为了确保个人安全，所有电气设备的护套必须接地