5.雷电及防雷设备

第五章雷电及防雷设备雷电现象一.雷电的电气参数1.雷电流i(1).幅值88lgIp(2).波头、陡度及波长标准冲击波：)(502.10tttfeeIiss钭角平顶波：skAIIsff/6.2/6.2等值余弦波：2/)cos1(2maxmaxIdtditIif2.雷暴日与雷暴小时雷暴日：每年中有雷电的日数雷暴小时：每年中有雷电的小时数3.地面落雷密度和输电线路落雷次数地面落雷密度中：每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数，以表示输电线路落雷次数：N=0.28(b+4h)h：避雷线或导线对地平均高度b:两根避雷线之间的距离雷暴日为40二.避雷针和避雷线1.保护作用的原理能使雷云电场发生突变，使雷电先导的发展沿着避雷针的方向发展，直击于其上，雷电流通过避雷针（线）及接地装置泄入大地而防止避雷针（线）周围的设备受到雷击独立避雷针构架避雷针消雷器2.保护范围(1).单支避雷针22hhhhxxPhhrPhhrxxxx)25.1()(h:避雷针高度,mxh被保护物高度,mP:高度影响系数hPmhmPmh5.5,120301,30(2).两支等高避雷针a.定出保护范围上部边缘最低点oPDhh70b.二针间被保护物高度水平面上保护范围的一侧宽度)(5.10xxhhb(3).两支不等高避雷针PDf7'(4).多支等高避雷针(5).避雷线例题：图示一露天变电所和高为80米的烟囱的位置，在烟囱上装了一支避雷针，要求确定变电所的防护情况（变电所构架高10米）为了保护110kv露天配电装置，在如图所示三角形区域放置三根避雷针，避雷针装在11米高的门型架上，内部保护物高为10米，为了使该区钱免受直击雷，避雷针应多高？若A处有一门型架其高度为8米，问该门型架是否在保护范围之内？40m45m49mA4.5m123三.避雷器1.基本要求(1).能瞬时动作(2).能自行迅速截断工频续流工频续流:避雷器在冲击电压作用后流经间隙的工频电弧(3).具有平直的伏秒特性曲线(4).具有一定的通流容量，其残压应低于被保护物的冲击耐用残压：冲击电压通过阀式避雷器时，在避雷器上产生的最大压降2.保护间隙作用原理：当雷电侵入波要危及它所保护的电气设备的绝缘时，间隙首先击穿，工作母线接地，避免了被保护设备上的电压升高，从而保护了设备。优缺点：优点：结构简单、制造方便缺点：伏秒特性曲线比较陡，绝缘配合不理想；间隙动作后会形成截波；熄弧能力低3.排气式避雷器结构作用原理当排气式避雷器受到雷电波入侵时，内外间隙同时击穿，雷电流经间隙流入大地；过电压消失后，在工作电压作用下，流经间隙的工频续流电弧的高温使管内产气材料分解出大量气体，管内压力升高，气体从开口孔喷出，从而使工频续流在第一次经过零值时就熄灭。特点其熄弧能力与工频续流大小有关，续流太大，产气过多，易使管子炸裂；续流太小，产气不足以熄弧，故对工频续流有上下限的规定。优缺点熄弧能力比保护间隙要强，但伏秒特性较陡且放电分散性大，且会形成截波，并受大气条件影响较大，所只用在线路保护和变电所进线段保护4.阀式避雷器(1).普通型阀式避雷器a.结构与元件的作用：火花间隙：作用原理：根据火花间隙的结构，使间隙的放电时间缩短，由于其伏秒特性曲线平缓，放电分散性也较小，由于火花间隙由若干个小间隙组合串联，易于切断工频续流，且不易重燃。具有分路电阻的火花间隙：为什么要在间隙两端并联电阻：由于间隙各电极对地和对高压端有寄生电容存在，使电压在各间隙上的分布不均匀，从而使每个火花间隙的作用得不到充分发挥，减弱了避雷器的熄弧能力，也降低了工频放电电压。作用原理：在工频和恢复电压作用下，间隙电容的阻抗很大，而分路电阻阻值较小，故间隙上的电压分布主要由分路电阻决定，而分路电阻组值相等，使间隙上的电压分布均匀，从而提高了熄弧电压和工频放电电压。在冲击电压作用下，由于其等值频率很高，电容的阻抗小于分路电阻，间隙上的电压分布取决于电容分布，由于间隙对地和瓷套寄生电容存在，使电压分布不均匀，其冲击放电电压较低，改善了避雷器的性能。非线性电阻CiUα:非线性系数b.工作原理系统正常工作时，间隙将电阻阀片与工作母线隔离，以免由工作电压在阀片电阻中产生电流使阀片烧坏。当系统中出现过电压且其幅值超过间隙放电电压时，间隙击穿，冲击电流通过阀片流入大地，从而使设备得到保护。由于阀片的非线性特性，其电阻在流过大的冲击电流时变得很小，故阀片上产生的残压将得到限制，使其低于被保护设备的冲击耐压，设备得到保护；当过电压消失后，间隙能在工频续流第一次过零时就将电弧切断，从而保护了被保护设备。c.电气参数(1).额定电压：避雷器两端子间允许的最大工频电压的有效值(2).灭弧电压：保证能够在工频续流第一次经过零值时灭弧的条件下允许加在避雷器上的最高工频电压。灭弧电压应当大于避雷器工作母线上可能出现的最高工频电压，否则将不能保证续流灭弧而使阀片烧坏。(3).工频放电电压：在工频电压下，避雷器将发生放电的电压值(4).冲击放电电压：指预放电时间为1.5-20微秒的冲击放电电压(5).残压：指雷电流通过避雷器时在阀片电阻上产生的压降(6).保护比：指避雷器残压与灭弧电压之比保护比愈小，说明残压愈低或灭弧电压愈高，显示保护性能愈好。(2).磁吹型阀式避雷器结构原理：5.金属氧化物（氧化锌）避雷器(1).氧化锌阀片的伏安特性(2).金属氧化物避雷器的特点a.保护性能好；b.无续流和通流容量大c.无间隙四.接地装置1.接地与防雷接地(1).接地定义：把设备与电位参照点的地球作电气上的连接，使其对地保持一个低的电位差。(2).接地的分类：a.工作接地b.保护接地c.静电接地d.防雷接地2.冲击电流流经接地装置入地时的基本现象R：接地体的接地电阻u：接地点电位i:接地电流U=Ri(1).土壤中的电位分布(2).土壤中的电场强度EEδ：冲击电流在土壤中的密度ρ：土壤电阻率(3).接地装置的电感效应及利用率接地装置的冲击系数gchchRRchRgR：冲击接地电阻：工频接地电阻3.接地电阻估算公式(1).单个垂直接地体的工频接地电阻dllRcg4ln2ΩLd(2).水平接地体的工频接地电阻)(ln22AdhllRpg(3).钢筋混凝土的自然接地电阻cgRR4.1(4).n根等长水平放射形接地体组成的接线装置chchchnRR1''chR每根水平放射形接地体的冲击接地电阻ch冲击利用系数(5).由水平接地体连接的n根垂直接地体组成的接地网装置chchpchcchpchcchRnRRnRR1//(6).发电厂和变电所的接地装置SLSR5.044.0L:接地体总长度S:接地网的总面积