雷电参数及防雷措施.

第四章雷电参数及防雷设施雷电参数防雷保护装置雷电及其危害接地装置避雷器与电子设备防雷保护器件目录4.1雷电及其危害4.1.1雷云的形成雷云：带电的云(是产生雷电放电的先决条件)一大块雷云同极性的总电荷可达数百库每个电荷中心的电荷约为0.1～10C5～10km的高度主要是正电荷的云1～5km的高度主要是负电荷的云q4.1.2雷电放电雷电放电的三个段•云、地间电场强度达到空气的击穿场强时(约10-30kV/cm)，空气发生电离，产生一个向地面发展的等离子通道先导放电•下行先导到达地面、或与地面上的突出物上产生的迎面先导相遇，产生雷云与大地的放电通道主放电•主放电结束后，云中剩余电荷沿主放电通道释放余光放电对地雷击下行雷——由云向地面发展上行雷——由地面向云发展各阶段的特点•下行负先导是逐级向下发展的；•电流小，约100A；先导放电•放电速度约为光速的1/20-1/2；•持续时间短，约50-100微秒；•放电电流大，达几十至上百千安；主放电•放电速度慢，约为光速的1/100；•持续时间长，约为0.03-0.15秒；•放电电流不大。余光放电下行雷雷电的危害直击雷感应雷侵入波跨步电压和接触电压高电位引外4.1.3雷电的危害雷电流幅值雷电流波形地面落雷密度最大陡度4.2.1雷暴日（Td）:雷暴日一年中发生雷电放电的天数规程规定：Td＜1515≤Td＜4040≤Td＜9090≤Td少雷区中雷区多雷区强雷区(衡量雷电活动频繁的程度)雷电的极性4.2雷电参数标准雷暴日：40qγ＝0.07次/平方公里˙雷暴日4.2.2地面落雷密度γ:单位时间、单位面积的地面平均落雷次数γ＝0.24Td0.340dT线路每百公里每年的雷击次数N𝑁=𝛾𝑤+4ℎ1000×100×𝑇𝑑=0.07×𝑤+4ℎ1000×100×40=0.28𝑤+4ℎ次/100公里∙年雷电流幅值波形陡度a=I/T1=I/2.6[kA/μs]极性90%是负极性4.2.3雷电流4.2.4雷电放电的计算模型𝐼0=𝜎𝑣𝑖𝑧=𝐼0𝑧0𝑧0+𝑧𝑢𝑧=𝐼0𝑧0𝑧𝑧0+𝑧4.3防雷保护装置4.3.1避雷针引下线Φ6mm接地体接闪器Φ10～12mm1.避雷针的结构2.避雷针的作用:引雷、泄雷3.避雷针的保护范围:单支避雷针的保护范围被保护物不遭雷击的某个空间范围在被保护物高度𝒉𝒙的水平面上的保护半径𝒓𝒙当𝒉𝒙≥𝒉𝟐时𝒓𝒙=𝒉−𝒉𝒙𝒑=𝒉𝒂𝒑当𝒉𝒙=0时𝒓𝒙=𝟏.𝟓𝒉𝒑当𝒉𝒙≤𝒉𝟐时𝒓𝒙=𝟏.𝟓𝒉−𝟐𝒉𝒙𝒑避雷针的高度系数𝑝=5.5ℎ两支等高避雷针联合保护范围ℎ0=ℎ−𝐷7𝑝0𝑫𝟕𝒉𝒑21𝒃𝒙与𝑫𝒉𝒂𝑷的关系时时当𝒉𝒙≥𝒉𝟐当𝒉𝒙𝒉𝟐4.3.2避雷线单根避雷线的保护范围𝒓𝒙=𝟎.𝟒𝟕𝒉−𝒉𝒙𝒑=𝟎.𝟒𝟕𝒉𝒂𝒑𝒓𝒙=𝒉−𝟏.𝟓𝟑𝒉𝒙𝒑两根避雷线的保护范围ℎ0=ℎ−𝐷4𝑃避雷线的保护角α4.4避雷器与电子设备防雷保护器件避雷器的作用防止设备遭受雷电波（侵入波）的危害264.4.1基本要求（1）过电压限制器的放电电压应略高于系统的最大工作电压。（2）过电压限制器应具有良好的伏秒特性，与被保护设备有合理的绝缘配合。（3）过电压限制器应有较强的绝缘强度自恢复能力。12Ut12Ut12Ut(a)(b)(c)伏秒特性的配合（a）配合好；（b）配合不好（c）带状伏秒曲线1.保护间隙多用于配电变压器或中性点保护缺点:熄弧能力差优点:结构简单、价格便宜要消除故障必须开关动作4.4.2避雷器产生截波2.排气式避雷器存在问题：3.阀式避雷器优点伏-秒特性平坦,不产生截波防止截波:与间隙串联一个电阻R电阻的作用:防止截波阻尼振荡𝑅=?𝑈残压=𝐼𝑖𝑅𝐼𝑒=𝑈𝑒𝑅单个平板型放电间隙的结构阀片的伏安特性标准放电间隙组0.5~0.2:CSiααciu0.04~0.01:ZnOα非线性系数4、氧化锌避雷器优点无间隙无续流耐重复动作能力強通流容量大易于制成直流系统用避雷器适用于大批量生产、造价低、经济性好无间隙氧化锌避雷器的电气参数1.标称放电电流冲击波形为8/20µs的放电电流峰值1.5kA2.5kA5kA20kA10kA1kA2.残压放电电流通过避雷器时在端子间的最大电压值(kV峰值)220kV及以下系统𝒖𝟓kA330kV及以上系统𝒖𝟏𝟎kA•标称放电电流下的残压•陡波电流下的残压•操作冲击电流下的残压残压3.雷电冲击保护水平4.操作冲击保护水平避雷器标称放电电流下的残压值避雷器在操作冲击电流(波头时间为30至100µs)下的最大残压5.额定电压6.最大持续运行电压施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值，单位：kV运行中允许持续地施加在避雷器上的最大允许工频电压有效值，单位：kV8.压比施加在避雷器两端的最大允许工频电压有效值，单位：kV标称电流下的残压压比起始动作电压压比愈小，表明通过冲击大电流时的残压愈低，避雷器的保护性能愈好9.荷电率AVR所以应根据具体电网确定合理的荷电率AVR↓持续运行电压uc↓保护性能下降AVR↑单位阀片上的负荷↑加速老化𝑨𝑽𝑹=持续运行电压峰值直流参考电压=𝟐𝒖𝒄𝑼𝟏𝒎𝑨=𝟐𝒖𝒄𝟏𝒎𝑨∙𝑹4.4.3电子设备防雷保护器件电子设备的防雷器件分类1.电源系统防雷器件电子设备防雷特点2.信号系统保护器件1.工作电压低，几伏的脉冲电压就可造成电子设备损坏2.要求在纳秒级的时间内将被保护设备接入等电位系统，并将雷电脉冲的能量释放到大地常用的电子设备保护器件1.放电管•通流容量大，可达100kA以上；电压在75-10000V•残压高2-4kV，响应时间慢100ns•用于数据线、有线电视、交流电源、电话系统等气体放电管1.放电管(续)•响应速度较快10-20ns、吸收电流大，动作电压稳定、重复性好、寿命长•用于电源电路时需要采取限流措施串联电阻或快速熔断，使浪诵过后电流迅速恢复到维持值以下•适用于网络、通信设备的浪涌保护固体放电管3.压敏电阻•使用电压范围宽从几伏到几万伏以上，耐浪涌能力强，生产工艺简单、价格低、电压温度系数小优点•钳位特性相对差一些缺点•可用于IC及其他电子设备的浪涌保护用途2.TVS---瞬变电压抑制二极管•响应时间快、瞬时功率大、击穿电压偏差小、鉗位电压容易控制、体积小优点•耐受重复性脉冲时有可能损坏缺点•广泛适用于家用电器、电子仪表、通信设备、电源、计算机等各个领域用途4.5接地装置一、接地将电力系统及其电气设备的某些部分与大地相连接，与大地保持等电位二、接地分类•根据电力系统的正常运行方式•的需要而将电网中某一点接地工作接地•某些电气设备的金属外壳必须妥善接地，以免绝缘损坏时外壳带电危及人身安全保护接地•金属杆塔、避雷针（线）和避雷器等的接地防雷接地三、接地电阻电流I经接地电极流入大地时，接地体对地电压U与电流I之比值工频接地电阻冲击接地电阻引下线的电阻接地体的电阻接触电阻土壤的电阻𝑹=𝑼𝑰𝑹𝒆𝑹𝒊𝑹𝒆≠𝑹𝒊𝑹=𝑹𝟏+𝑹𝟐+𝑹𝟑+𝑹𝟒≈𝑹𝟒四、屏蔽效应利用系数，≤1当𝑺𝟐𝒍时，2根并联其值约为0.96根并联其值约为0.7𝑅=𝑅1𝑛∙1五．冲击接地电阻与工频接地电阻eiRReiRR火花效应电感效应eiRR冲击系数ieRR1伸长接地体的有效长度，一般在40~60m发电厂和变电站地网的作用1.防雷2.防止工频短路电流对发电厂和变电站人员及设备造成危害在中性点直接接地系统工频短路电流，A地网接地电阻，六、发电厂和变电站的接地𝐼𝑅≤2000𝑉52变电站的地网0.440.5RLSS跨步电势与跨步电压接触电势与接触电压七、工频接地电阻的测量1.接地电阻测量的原理2.电流极对地面电位分布的影响𝑉𝑋=0𝐷𝑋𝐺=𝐷𝑋𝐶𝑉𝑋=𝐼𝜌2𝜋1𝐷𝑋𝐺−1𝐷𝑋𝐶𝑉𝐶=𝐼𝜌2𝜋1𝐷𝐺𝐶−𝑎𝐶−1𝑎𝐶𝑉𝐺=𝐼𝜌2𝜋1𝑎−1𝐷𝐺𝐶−𝑎=𝐼𝑅01−𝑎𝐷𝐺𝐶−𝑎3.电极呈直线布置测得接地电阻𝑉′=𝐼𝜌2𝜋𝑎−𝐼𝜌2𝜋𝐷𝐺𝑃𝑉′′=−𝐼𝜌2𝜋𝐷𝐺𝐶−𝐼𝜌2𝜋𝐷𝑃𝐶𝑉𝐺𝑃=𝑉′+𝑉′′=𝐼𝜌2𝜋1𝑎−1𝐷𝐺𝑃−1𝐷𝐺𝐶+1𝐷𝑃𝐶𝑅=𝑉𝐺𝑃𝐼=𝜌2𝜋1𝑎−1𝐷𝐺𝑃−1𝐷𝐺𝐶+1𝐷𝑃𝐶半球形接地电极的接地电阻要减小测量误差，应尽量增大电流极、电压极与接地电极间的距离𝑅0=𝜌2𝜋𝑎𝑹𝟎=𝑹𝑫𝑮𝑷=𝟎.𝟔𝟏𝟖𝑫𝑮𝑪−1𝐷𝐺𝑃−1𝐷𝐺𝐶+1𝐷𝑃𝐶=0