高電壓工程7(雷電設備)

1、Chapter 8.雷電及防雷保護裝置雷電及防雷保護裝置8.1 雷電過程與雷電參數雷電過程與雷電參數一一.雷電放電過程雷電放電過程1.先導階段先導階段2.主放電和迎面流注階段主放電和迎面流注階段3. 余輝階段余輝階段二二. 雷電參數雷電參數雷暴日雷暴日(Td)：一年中發(fā)生雷電的天數一年中發(fā)生雷電的天數(30-40)。 雷暴小時雷暴小時(Th)：一年中發(fā)生雷電的小時數一年中發(fā)生雷電的小時數(100)。 地面落雷密度地面落雷密度( ) :每平方公里地面在一個雷暴每平方公里地面在一個雷暴日日 中受到的平均雷擊次數。中受到的平均雷擊次數。2. 雷道波阻抗雷道波阻抗 0Z 3000Z先導先導jZsAA0

2、ZjZ0i02i0ZjZAjAZIU02很小jZsAjZ主放電主放電3. 雷電流幅值（雷電流幅值（I）：）：雷電流指雷擊于低接地電阻雷電流指雷擊于低接地電阻 （ ）的物體時流過雷擊點的電流。的物體時流過雷擊點的電流。3002II 88lgIP一般地區(qū)：一般地區(qū)：44lgIP少雷地區(qū)：少雷地區(qū)：I雷電流幅值（雷電流幅值（kA)P幅值大于幅值大于I的雷電流出現(xiàn)的概率的雷電流出現(xiàn)的概率經驗公式：經驗公式：4. 雷電流的波前時間雷電流的波前時間 、波長、波長 、陡度、陡度 1T2Ts40/6 . 2我國在防雷設計中取我國在防雷設計中取)/(6 . 2skAI波前的平均陡度：波前的平均陡度：sT41:1

3、sT10020:2實測表明：實測表明：5. 雷電流極性及計算波形雷電流極性及計算波形7590%的雷電流是負極性，在防雷設計的雷電流是負極性，在防雷設計中一般按負極性考慮中一般按負極性考慮常用計算波形：常用計算波形：(1). 雙指數波雙指數波0ti2T0.5I1TI)(0tteeIi(2).等值斜角平頂波前等值斜角平頂波前0ti1TI(3).等值半余弦波前等值半余弦波前0ti1TI0.5I)cos1 (2tIi1T8.2 防雷保護裝置防雷保護裝置一一. 避雷針和避雷線避雷針和避雷線1 . 保護原理：保護原理：當雷云放電時使地面電場畸變，在避當雷云放電時使地面電場畸變，在避雷針的頂端形成局部場強集

4、中的空間以影響雷電先導雷針的頂端形成局部場強集中的空間以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針放電，再經過接地放電的發(fā)展方向，使雷電對避雷針放電，再經過接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物體免遭雷擊。防雷保護裝置：防雷保護裝置：指能使被保護物體避免雷擊，指能使被保護物體避免雷擊，而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。而引雷于本身，并順利地泄入大地的裝置。2 . 保護范圍、繞擊率保護范圍、繞擊率雷擊定向高度雷擊定向高度：雷電先導放電朝地面發(fā)展到某一高度雷電先導放電朝地面發(fā)展到某一高度H后，后，才會在一定范圍內受到避雷針的影響而對避雷針放電，

5、才會在一定范圍內受到避雷針的影響而對避雷針放電，H稱稱為定向高度。為定向高度。當當h30m時，時，H=20h;當當h30m時，時，H600m 繞擊率：繞擊率：指雷電繞過避雷裝置而擊中被保護物體的概率。指雷電繞過避雷裝置而擊中被保護物體的概率。我國有關規(guī)程推薦的保護范圍對應于我國有關規(guī)程推薦的保護范圍對應于0.1%的繞擊率。的繞擊率。3 . 適用范圍適用范圍 避雷針適宜于象變電所、發(fā)電廠那樣相對集避雷針適宜于象變電所、發(fā)電廠那樣相對集中的保護對象；避雷線主要用于架空線路那樣伸中的保護對象；避雷線主要用于架空線路那樣伸展很廣的保護對象。展很廣的保護對象。(消雷器消雷器)4 . 單支避雷針的保護范圍

6、單支避雷針的保護范圍xhh5 . 1xrh45:30mh 水平面上水平面上的保護范圍的保護范圍xhphhrxx)(xh2/hxh2/hphhrxx)25 . 1 (在某一被保護物高度在某一被保護物高度 水平面上，其保護半徑水平面上，其保護半徑 為：為：xhxrp 高度修正系數高度修正系數h1p30mhhp5 . 5120m30h 避雷針高度，避雷針高度，m5 . 等高雙避雷針的保護范圍等高雙避雷針的保護范圍h5 . 10hxbxhxrhD12 水平面上水平面上的保護范圍的保護范圍xhpDhh70)(5 . 10 xxhhb 兩針聯(lián)合保護范圍上部邊緣的最低點高度兩針聯(lián)合保護范圍上部邊緣的最低點高

7、度0hxb2 在高度在高度 的水平面上，保護范圍的最小寬度的水平面上，保護范圍的最小寬度xh一般情況下取一般情況下取hD5兩針外側的保護范圍按單支避雷針的計算方法確定，兩針外側的保護范圍按單支避雷針的計算方法確定，兩針中間的保護范圍用下式求得：兩針中間的保護范圍用下式求得：6 . 單根避雷線的保護范圍單根避雷線的保護范圍hhhxhxrxrxr25:30mhphhrxx)(47. 0 xh2/hxh2/hphhrxx)53. 1(單根避雷線的保護范圍一側寬度為：單根避雷線的保護范圍一側寬度為：保護角：保護角：避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導線連線的夾角避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導線連線的夾角hD二二

8、. 避雷器避雷器基本分類：基本分類：避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護設備并聯(lián)避雷器是一種過電壓限制器，它與被保護設備并聯(lián)運行，當作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先運行，當作用電壓超過一定幅值以后避雷器總是先動作，泄放大量能量，限制過電壓，保護電氣設備。動作，泄放大量能量，限制過電壓，保護電氣設備。避雷器避雷器保護間隙保護間隙管式避雷器管式避雷器閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（FS/FZ)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器(FCZ/FCD)金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器(MOA)對避雷器的基本技術要求：對避雷器的基本技術要求：過電壓作用時，避雷器要先于被保護設備放電，這需要

9、由過電壓作用時，避雷器要先于被保護設備放電，這需要由 兩者的全伏秒特性的配合來保證；兩者的全伏秒特性的配合來保證；避雷器應具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次避雷器應具有一定的熄弧能力，以便可靠地切斷在第一次 過零時的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復正常；過零時的工頻續(xù)流，使系統(tǒng)恢復正常；0tu123P1被保護絕緣被保護絕緣2保護間隙或管式避雷器保護間隙或管式避雷器3閥式避雷器閥式避雷器（一）（一）.保護間隙和管式避雷器保護間隙和管式避雷器結構簡單、價格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以與結構簡單、價格低廉；熄弧能力弱、伏秒特性陡峭、難以與被保護設備配合，動作產生截波、不能保護帶繞組的設備，被保護

10、設備配合，動作產生截波、不能保護帶繞組的設備，主要用于主要用于10kV以下配電網線路的保護，往往與自動重合閘裝以下配電網線路的保護，往往與自動重合閘裝置配合使用。置配合使用。保護間隙：保護間隙： 角形保護間隙角形保護間隙1主間隙主間隙; 2輔助間隙輔助間隙3絕緣瓷瓶絕緣瓷瓶0tubUmU過電壓波過電壓波絕緣上受到的實際電壓波形絕緣上受到的實際電壓波形保護間隙的伏秒特性保護間隙的伏秒特性管型避雷器利用電弧燃燒時產生的熱量使產氣管里的產氣材管型避雷器利用電弧燃燒時產生的熱量使產氣管里的產氣材料（纖維、塑料、橡膠等）產生氣體縱吹電弧，使電弧熄滅料（纖維、塑料、橡膠等）產生氣體縱吹電弧，使電弧熄滅。伏

11、秒特性陡峭、動作產生截波、放電分散性大，主要用于輸伏秒特性陡峭、動作產生截波、放電分散性大，主要用于輸電線路上絕緣比較薄弱的地方。電線路上絕緣比較薄弱的地方。管式避雷器：管式避雷器：1產氣管；產氣管；2棒電極棒電極3環(huán)電極環(huán)電極 4導線導線S1滅弧間隙滅弧間隙 S2外間隙外間隙（二）（二）. 閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器（普通閥式避雷器（FS/FZ)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器(FCZ/FCD)FS：配電型，適用配電型，適用10kV及以下配電網中電氣設備的保護及以下配電網中電氣設備的保護FZ：變電所型，適用變電所型，適用220kV及以下變電所電氣設備的保護及以下變電所

12、電氣設備的保護FCZ：變電所型，適用變電所型，適用330500kV變電所電氣設備的保護變電所電氣設備的保護FCD：旋轉電機型，適用旋轉電機的保護旋轉電機型，適用旋轉電機的保護 普通閥型避雷器普通閥型避雷器通流容量較小，只能用通流容量較小，只能用于于35220kV變電站內作雷電過電壓保護變電站內作雷電過電壓保護用，在內部過電壓下不能動作用，在內部過電壓下不能動作磁吹式避雷器磁吹式避雷器通流容量大可用于超高壓通流容量大可用于超高壓變電站內，除作雷電過電壓的保護外，還變電站內，除作雷電過電壓的保護外，還可作為內部過電壓的后備保護可作為內部過電壓的后備保護1. 原理結構圖原理結構圖ZFR瓷套瓷套TiR

13、iF火花間隙火花間隙R非線性閥片電阻非線性閥片電阻2. 結構特征結構特征火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙火花間隙：平板間隙和磁吹式間隙單個平板火花間隙：單個平板火花間隙：1黃銅電極；黃銅電極；2云母墊圈；云母墊圈；3間隙放電區(qū)間隙放電區(qū)普通閥式避雷器的火花間隙由多個這種間隙串聯(lián)而成普通閥式避雷器的火花間隙由多個這種間隙串聯(lián)而成旋弧型磁吹間隙：旋弧型磁吹間隙：主要用于主要用于FCD系列中系列中1永磁鐵永磁鐵 2內電極內電極3外電極外電極 4電弧電弧滅弧柵型磁吹間隙：主要用于滅弧柵型磁吹間隙：主要用于FCZ系列中系列中1磁吹線圈磁吹線圈 2輔助間隙輔助間隙3主間隙主間隙 4主電極主電極 5滅弧柵滅弧

14、柵 6分路電阻分路電阻 7閥片電阻閥片電阻閥片電阻：閥片電阻：SiC閥片閥片閥片的非線性伏安特性：閥片的非線性伏安特性：Ciu 01iu2i1u2u0ui特點：特點：流過小電流時（如工頻續(xù)流），流過小電流時（如工頻續(xù)流）， 電阻大電阻大 ;流過大電流時流過大電流時 （如雷電流），電阻小（如雷電流），電阻小111/iuR 222/iuR 1線性電阻線性電阻2 . 0閥片電阻閥片電阻0理想情況理想情況sic（金剛砂）焙燒成金剛砂）焙燒成5555100mm100mm園餅狀園餅狀1. 主要特性主要特性（三）（三）. 金屬氧化物避雷器（金屬氧化物避雷器（MOA）普通閥型避雷器和磁吹式避雷器的閥片是普通閥

15、型避雷器和磁吹式避雷器的閥片是SiC閥片閥片 MOA閥片是以閥片是以ZnO為主的金屬氧化物閥片為主的金屬氧化物閥片SiCMOVUIA5010A400100系統(tǒng)相電壓系統(tǒng)相電壓 必須用必須用火花間隙火花間隙金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器2. 主要優(yōu)點主要優(yōu)點保護特性優(yōu)越保護特性優(yōu)越結構簡單、體積小結構簡單、體積小無續(xù)流，動作負載輕，能重復動作實施保護無續(xù)流，動作負載輕，能重復動作實施保護通流容量大通流容量大耐污性能好耐污性能好8.3. 防雷接地防雷接地一一.接地與分類接地與分類接地：接地：指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通 過導體與大地保持

16、等電位。過導體與大地保持等電位。(1).工作接地：工作接地：根據電力系統(tǒng)正常運行需要而設置的接地。根據電力系統(tǒng)正常運行需要而設置的接地。(2).保護接地：保護接地：為了人身安全而將電氣設備的金屬外殼等加為了人身安全而將電氣設備的金屬外殼等加 以接地，它在故障條件下才發(fā)揮作用。以接地，它在故障條件下才發(fā)揮作用。(3).防雷接地：防雷接地：用來將雷電流順利泄入大地，以減小它引起的用來將雷電流順利泄入大地，以減小它引起的 過電壓，是防雷保護裝置不可缺少的組成部分。過電壓，是防雷保護裝置不可缺少的組成部分。)105 . 0()101 ()301 (4).靜電接地：靜電接地：防止由靜電引起的爆炸、火災，

17、如貯油罐接地防止由靜電引起的爆炸、火災，如貯油罐接地接地電阻接地電阻eeeIUR 接地引下線接地引下線接地體接地體UI 包括四個部分：包括四個部分：接地引線的電阻、接地體接地引線的電阻、接地體本身的電阻、接地體與土本身的電阻、接地體與土壤間的接觸電阻、大地的壤間的接觸電阻、大地的溢流電阻。溢流電阻。eR沖擊接地電阻沖擊接地電阻iR對防雷接地而言，感興趣的是流過沖對防雷接地而言，感興趣的是流過沖 擊電流時呈現(xiàn)的電阻，稱為沖擊接地擊電流時呈現(xiàn)的電阻，稱為沖擊接地 電阻。電阻。沖擊系數沖擊系數eiiRR雷電流幅值大、等值頻率高雷電流幅值大、等值頻率高I大大大大大大E土壤局土壤局部擊穿部擊穿相當于接地

18、相當于接地體尺寸體尺寸土壤電導土壤電導iR高頻下接地體感抗增大，高頻下接地體感抗增大，阻止電流向接地體遠方流動阻止電流向接地體遠方流動iR一般一般eiRR 火花效應火花效應電感效應電感效應二二.接地裝置的形式接地裝置的形式自然接地裝置：指現(xiàn)成的鋼筋混凝土、鐵塔基礎、發(fā)電廠和自然接地裝置：指現(xiàn)成的鋼筋混凝土、鐵塔基礎、發(fā)電廠和 變電所的構架基礎等可以直接加以利用的接地物體變電所的構架基礎等可以直接加以利用的接地物體人工接地裝置人工接地裝置垂直接地體垂直接地體水平接地體水平接地體接地網接地網發(fā)電廠和變電所的接地：發(fā)電廠和變電所的接地：首先根據工作接地和安全接地的要求，敷設一個統(tǒng)一的整個首先根據工作接地和安全接地的要求，敷設一個統(tǒng)一的整個 變電所和發(fā)電廠的接地大網；變電所和發(fā)電廠的接地大網；然后再在避雷針、避雷線和避雷器下面加設局部的集中接地然后再在避雷針、避雷線