14第八章雷电及设备

Chapter8.雷电及防雷保护装置§8.1雷电过程与雷电参数一.雷电放电过程1.先导阶段2.主放电和迎面流注阶段3.余辉阶段二.雷电参数1.雷暴日(Td)：一年中发生雷电的天数(30-40)。雷暴小时(Th)：一年中发生雷电的小时数(100)。地面落雷密度():每平方公里地面在一个雷暴日中受到的平均雷击次数。2.雷道波阻抗0Z3000Z3.雷电流幅值（I）：雷电流指雷击于低接地电阻（≤）的物体时流过雷击点的电流。3002II88lgIP一般地区：44lgIP少雷地区：I—雷电流幅值（kA)P—幅值大于I的雷电流出现的概率经验公式：4.雷电流的波前时间、波长、陡度1T2Ts40/6.2我国在防雷设计中取)/(6.2skAI波前的平均陡度：sT4~1:1sT100~20:2实测表明：5.雷电流极性及计算波形75~90%的雷电流是负极性，在防雷设计中一般按负极性考虑常用计算波形：(1).双指数波0ti2T0.5I1TI)(0tteeIi(2).等值斜角平顶波前0ti1TI(3).等值半余弦波前0ti1TI0.5I)cos1(2tIi1T§8.2防雷保护装置一.避雷针和避雷线1.保护原理：当雷云放电时使地面电场畸变，在避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：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。2.保护范围、绕击率雷击定向高度：雷电先导放电朝地面发展到某一高度H后，才会在一定范围内受到避雷针的影响而对避雷针放电，H称为定向高度。当h≤30m时，H=20h;当h＞30m时，H≈600m绕击率：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0.1%的绕击率。3.适用范围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展很广的保护对象。(消雷器)4.单支避雷针的保护范围xhh5.1xrh45:30mh水平面上的保护范围xhphhrxx)(xh2/h≥＜xh2/hphhrxx)25.1(在某一被保护物高度水平面上，其保护半径为：xhxrp—高度修正系数h1p≤30mhhp5.5≤120m30＜h—避雷针高度，m5.等高双避雷针的保护范围h5.10hxbxhxrhD12水平面上的保护范围xhpDhh70)(5.10xxhhb—两针联合保护范围上部边缘的最低点高度0hxb2—在高度的水平面上，保护范围的最小宽度xh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，两针中间的保护范围用下式求得：6.单根避雷线的保护范围hhhxhxrxrxr25:30mhphhrxx)(47.0xh2/h≥＜xh2/hphhrxx)53.1(单根避雷线的保护范围一侧宽度为：保护角：避雷线的铅垂线与避雷线和边导线连线的夹角hD二.避雷器基本分类：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。避雷器保护间隙管式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)金属氧化物避雷器(MOA)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，这需要由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过零时的工频续流，使系统恢复正常；0tu123P1－被保护绝缘2－保护间隙或管式避雷器3－阀式避雷器（一）.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10kV以下配电网线路的保护，往往与自动重合闸装置配合使用。保护间隙：角形保护间隙1－主间隙;2－辅助间隙3－绝缘瓷瓶0tubUmU过电压波绝缘上受到的实际电压波形保护间隙的伏秒特性实质上是一只具有较强灭弧能力的保护间隙。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和变电站、发电厂的进线段保护。管式避雷器：1－产气管；2－棒电极3－环电极4－导线S1－灭弧间隙S2－外间隙（二）.阀式避雷器阀式避雷器普通阀式避雷器（FS/FZ)磁吹阀式避雷器(FCZ/FCD)FS：配电型，适用10kV及以下配电网中电气设备的保护FZ：变电所型，适用220kV及以下变电所电气设备的保护FCZ：变电所型，适用330～500kV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1.原理结构图ZFR瓷套TiRiF—火花间隙R—非线性阀片电阻3.主要特性参数▼额定电压▼工频放电电压▼灭弧电压▼冲击系数▼切断比▼冲击放电电压)(ibU2.动作过程●保护比●残压RU●保护水平)(lpU]/,,max[15.1)()(stlbRlpUUUU●通流容量4.结构特征●火花间隙：平板间隙和磁吹式间隙单个平板火花间隙：1－黄铜电极；2－云母垫圈；3－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旋弧型磁吹间隙：主要用于FCD系列中1－永磁铁2－内电极3－外电极4－电弧灭弧栅型磁吹间隙：主要用于FCZ系列中1－磁吹线圈2－辅助间隙3－主间隙4－主电极5－灭弧栅6－分路电阻7－阀片电阻●阀片电阻：SiC阀片和MOV阀片阀片的非线性伏安特性：Ciu01iu2i1u2u0ui特点：流过小电流时（如工频续流），电阻大;流过大电流时（如雷电流），电阻小111/iuR222/iuR1＝线性电阻2.0阀片电阻0＝理想情况SiCMOVUIA50~10A400~100系统相电压必须用火花间隙金属氧化物避雷器§8.3.防雷接地一.接地与分类接地：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保持等电位。(1).工作接地：根据电力系统正常运行需要而设置的接地。(2).保护接地：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。(3).防雷接地：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。)10~5.0()10~1()30~1((4).静电接地：防止由静电引起的爆炸、火灾，如贮油罐接地接地电阻eeeIUR接地引下线接地体UI包括四个部分：接地引线的电阻、接地体本身的电阻、接地体与土壤间的接触电阻、大地的溢流电阻。eR冲击接地电阻iR—对防雷接地而言，感兴趣的是流过冲击电流时呈现的电阻，称为冲击接地电阻。冲击系数eiiRR雷电流幅值大、等值频率高I大大大E土壤局部击穿相当于接地体尺寸土壤电导iR高频下接地体电感增大，阻止电流向接地体远方流动iR一般eiRR火花效应电感效应二.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垂直接地体水平接地体接地网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体，以满足防雷接地的要求输电线路的防雷接地：每一基杆塔下面，一般都应敷设集中接地体，并与避雷线实现可靠连接。本章总结：1.对雷电放电过程的了解；2.主要的雷电参数；3.避雷针和避雷线的保护原理，保护范围计算；4.避雷器的保护原理，主要参数；5.ZnO避雷器的特点、主要参数；6.接地电阻的概念；