電力系統(tǒng)過電壓雷電及防雷裝置ppt課件

1、3 雷電及防雷安裝雷電及防雷安裝p大氣(雷電)過電壓:p 1)感應(yīng)雷過電壓:電磁耦合，500kVp 2)直擊雷過電壓：雷電流直接流過被擊物3.1 雷電放電的開展過程雷電放電的開展過程1.雷云荷電雷云荷電;2.先導(dǎo)放電先導(dǎo)放電;3.主放電主放電:200300kA;4.余輝放電余輝放電第1個(gè)沖擊第1次主放電第2個(gè)沖擊第2次主放電第3個(gè)沖擊第3次主放電負(fù)先導(dǎo)；主放電至下而上；后面主放電為其它雷云中心向第1雷云中心放電。3.2 雷電參數(shù)雷電參數(shù)1 雷電活動(dòng)強(qiáng)度雷電活動(dòng)強(qiáng)度雷暴日及雷暴小時(shí)雷暴日及雷暴小時(shí) 1個(gè)雷暴日個(gè)雷暴日=3雷暴小時(shí)雷暴小時(shí) 我國雷電活動(dòng)分區(qū)我國雷電活動(dòng)分區(qū)落雷密度落雷密度0.07/

2、km2雷電日雷電日 例：在多雷區(qū)，有h=20m的輸電線路，其每側(cè)的吸雷寬度為5h，求該線路每百公里每年的落雷次數(shù)。解：N=落雷密度*雷暴日*落雷面積 = *40*100*5h*23 雷電通道波阻抗：取30040088lgIp44lgIp對少雷地域：雷電流幅值閱歷公式：普通地域：4雷電流的極性：負(fù)極性占雷電流的極性：負(fù)極性占7590%5雷電流幅值：雷擊物雷電流幅值：雷擊物Rj30歐時(shí)歐時(shí) 雷電流的波頭、陡度及波長雷電流的波頭、陡度及波長 波頭：波頭：110us，多在，多在2.52.6us, 規(guī)程規(guī)定取雷電流波頭時(shí)間為規(guī)程規(guī)定取雷電流波頭時(shí)間為2.6us 波長：波長：20100us，多為，多為50

3、us， 簡化計(jì)算普通視其為無限長簡化計(jì)算普通視其為無限長 幅值與波頭決議了雷電流的上升陡度，幅值與波頭決議了雷電流的上升陡度，陡度與幅值有線性的關(guān)系，陡度與幅值有線性的關(guān)系，50kA/us 雷電流的波形雷電流的波形 (a)規(guī)范沖擊波規(guī)范沖擊波雙指數(shù)函數(shù)的波形雙指數(shù)函數(shù)的波形IEC規(guī)范：規(guī)范：1.2/50us)(0tteeIi(b)斜角平頂波斜角平頂波陡度(斜度):fI/(c)等值余弦波等值余弦波雷電流波形的波頭部分，接近半雷電流波形的波頭部分，接近半余弦波。余弦波。)cos1 (2tIif/最大陡度出如今波頭中間，即f2處usf6 . 22)(maxmaxIdtdi3.3 避雷針和避雷線避雷針

4、和避雷線p維護(hù)作用原理p接地安裝和與被維護(hù)物的間距p用模擬實(shí)驗(yàn)及運(yùn)轉(zhuǎn)閱歷確定維護(hù)范圍p 0.1%雷擊概率；p 定向高度H：p模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，避雷針， H=20h；p 避雷線， H=10h。p我國有關(guān)避雷針(線)維護(hù)范圍的規(guī)定如下：1.單根避雷針的維護(hù)半徑單根避雷針的維護(hù)半徑圖 單支避雷針維護(hù)范圍式中，ph高度修正系數(shù)；當(dāng)h30m時(shí)， ph 1; 當(dāng)30mh 120m時(shí)，hph/5 . 5hxxxhxxxphhrhhphhrhh)25 . 1 (, 2/)(, 2/(3-5)2.等高雙根避雷針的維護(hù)范圍等高雙根避雷針的維護(hù)范圍圖 等高雙針的結(jié)合維護(hù)范圍避雷針的外側(cè)維護(hù)范圍同樣可由式(3-5)確定；兩

5、針間維護(hù)范圍加大：)(5 . 17/00 xxhhhbpDhh(3-6) 兩針間間隔與針高之比Dh不宜大于5，式(3-6)的適用范圍bxrx；R0由0、1和2三點(diǎn)獨(dú)一確定。 等高三針結(jié)合維護(hù)范圍可以兩針、兩針地分別計(jì)算其結(jié)合維護(hù)范圍；等高四針及多針，可以按三針、三針地分別確定其維護(hù)范圍兩支不等高避雷針維護(hù)范圍確實(shí)定：圖 兩支不等高避雷針1和2的結(jié)合維護(hù)范圍3.多根避雷針的維護(hù)范圍多根避雷針的維護(hù)范圍4.單根避雷線的維護(hù)范圍單根避雷線的維護(hù)范圍圖 單根避雷線的維護(hù)范圍u一側(cè)維護(hù)寬度rx為:hxxxhxxxphhrhhphhrhh)53. 1(, 2/)(47. 0, 2/(9-7)02547.

6、0arctg4.兩條平行等高避雷線的維護(hù)范圍兩條平行等高避雷線的維護(hù)范圍圖 兩根平行避雷線1和2的維護(hù)范圍u外側(cè)維護(hù)范圍與單線時(shí)一樣u內(nèi)側(cè)維護(hù)范圍：圓弧hpDhh4/0u維護(hù)角：圖 避雷線的維護(hù)角在hx程度面的維護(hù)面積3.4 避雷器避雷器避雷器是防止過電壓損壞電力設(shè)備的維護(hù)安裝。 本質(zhì)是放電器。避雷器放電時(shí)，強(qiáng)大的沖擊電流泄入大地，大電流過后，工頻電流將沿原沖擊電流的通道繼續(xù)流過，此電流稱為工頻續(xù)流。避雷器根本技術(shù)要求： 1) 過電壓作用時(shí)，避雷器先于被維護(hù)設(shè)備放電全伏秒特性配合 (a)正確的配合； (b)不正確的配合圖 電氣設(shè)各絕緣的伏-秒特性1與避雷器伏-秒特性2配合的兩種情況 2)具有熄

7、弧才干，以切斷第一次工頻過零時(shí)的工頻續(xù)流避雷器的類型： 維護(hù)間隙，管式避雷器，閥式避雷器1. 維護(hù)間隙維護(hù)間隙圖 角形維護(hù)間隙1一主間隙，2一輔助間隙常用于3-10kV電網(wǎng)；有電弧上吹特性：電弧高溫使周圍空氣上升并上吹電??；弧道電流產(chǎn)生電動(dòng)力向上拉升電弧；主間隙1阻塞時(shí)，輔助間隙2隔斷工頻；動(dòng)作后產(chǎn)生截?cái)嗖?，波尾極陡，和陡波頭一樣對變壓器匝間絕緣有危害。稍有熄滅短路電流才干，與自動(dòng)重合閘安裝配合運(yùn)用2. 管式避雷器管式避雷器圖 管式避雷器1.產(chǎn)氣管；2.膠木管套；3.棒電極；4.環(huán)形電極；5.儲(chǔ)氣室；6.動(dòng)作指示器；s1、s2：內(nèi)、外間隙內(nèi)間隙s1置于產(chǎn)氣管內(nèi)，雷電波使2個(gè)間隙擊穿，工頻續(xù)流的

8、電弧產(chǎn)生高溫，使產(chǎn)氣資料產(chǎn)生大量氣體，高壓氣體噴出滅弧。管式避雷器所能熄滅的續(xù)流有一定的上下限。管式避雷器的上、下限電流通常在型號中闡明，maxminIIUGXSe管式避雷器必需能產(chǎn)生足夠的氣體滅弧，而產(chǎn)氣量與流過管式避雷器的短路電流的大小有關(guān)產(chǎn)氣管內(nèi)間隙s1易受潮，并能夠發(fā)生任務(wù)電壓下的沿面放電，因此需串接外間隙s2。管式避雷器有三個(gè)缺陷：一是它的伏秒特性太陡，難以和被維護(hù)物理想地配合；二是運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)事；三是它會(huì)產(chǎn)生高幅值的截波，呵斥變壓器的損害。圖 用管式避雷器維護(hù)變壓器的等值電路圖 截波的構(gòu)成銜接線電感變壓器入口電容C上電壓已升高到U0，此時(shí)避雷器放電，于是LC高頻振蕩，變壓器上即C的電

9、壓將由U0很快變?yōu)?U0，相當(dāng)于在變壓器上忽然加上了-2U0的沖擊陡波截波，可致匝間絕緣損壞。圖 三相來波而一相波被截?cái)嗟那樾?截波還能夠使三相變壓器的相間絕緣發(fā)生根壞。例如當(dāng)三相過電壓波同時(shí)作用于變壓器時(shí)、如A相管式避雷器動(dòng)作，那么變壓器A相套管上的電位可因振蕩而改動(dòng)符號，而B相套管上的電位那么并末改動(dòng)符號。這樣A、B兩相間的最大電位差可達(dá)2U0，從而可使A、B相間擊穿。管式避雷器主要用作維護(hù)線路弱絕緣，以及電站的進(jìn)線維護(hù)段。3 閥式避雷器閥式避雷器閥式避雷器由間隙和閥片組成。理想的間隙應(yīng)有平的伏秒特性和強(qiáng)的熄滅工頻續(xù)流的才干。理想的閥片應(yīng)在大的電流沖擊電流)時(shí)呈現(xiàn)為小電阻以保證其上的壓降(

10、殘壓)足夠低；閥片對電網(wǎng)的工頻電壓應(yīng)呈現(xiàn)為大電阻以限制工頻續(xù)流，易于滅弧。閥片最好具有不隨沖擊電流變化的殘壓和大的經(jīng)過電流的才干。閥片的殘壓普通設(shè)計(jì)得大致等于間隙的沖擊放電電壓：減小產(chǎn)生的截波。(1)普通閥式避雷器普通閥式避雷器圖 單個(gè)火花間隙的構(gòu)造1.黃銅電極，2.云母墊圈p火花間隙為均勻電場，具有較平坦的伏秒特性，沖擊系數(shù)約為1.1，放電電壓分散性小；p過電壓作用時(shí)，云母墊圈與電極間的空氣隙中發(fā)生電暈，縮短了間隙的放電時(shí)間。p分成多個(gè)短間隙易于切斷工頻續(xù)流；間隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度：間隙的恢復(fù)電壓：間隙上作用的電壓。電弧重燃：間隙的恢復(fù)電壓超越介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度時(shí)，間隙重新?lián)舸?。a串線性電阻，電弧重燃

11、b串非線性電阻，電弧熄滅u間隙間隙單個(gè)間隙的絕緣強(qiáng)度可達(dá)250V250V是續(xù)流為正弦波時(shí)的耐壓值，實(shí)踐閥式避雷器串聯(lián)有非線性電阻，其續(xù)流波形為尖頂波，因電流過零前一段時(shí)間內(nèi)電流值很小，電流過零時(shí)，單個(gè)間隙的初始恢復(fù)強(qiáng)度可達(dá)700V左右。1非線性電阻時(shí)電流波形2線性電阻時(shí)電流波形滅弧電壓：對于有間隙的避雷器，在續(xù)流第一次經(jīng)過零值保證不再重燃的條件下，允許作用在避雷器上的最高工頻電壓；允許的最大恢復(fù)電壓切斷比：避雷器間隙的工頻放電電壓與滅弧電壓之比。其值大于1。越小越好。圖 間隙恢復(fù)特性1工頻放電電壓；2介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)曲線；3恢復(fù)電壓即滅弧電壓利用至較高的極限(如接近工頻放電電壓)，假設(shè)串聯(lián)線性電阻

12、R，RIUfe所以這時(shí)間隙能熄滅工頻續(xù)流If。圖 分路電阻原理接線圖 1.間隙；2.分路電阻多間隙串聯(lián)運(yùn)用導(dǎo)致電壓分布不均勻和不穩(wěn)定。緣由是各間隙的電極對地及對高壓端有寄生電容。采用分路電阻使工頻電壓分布均勻；沖擊電壓的等值頻率較高，由于間隙及電極雜散電容影響，電壓分布不均勻，沖擊系數(shù)小于1，沖擊放電易于發(fā)生。類似高通濾波器性質(zhì)；均壓電阻的要求：足夠大的電阻值和熱容量；SiCdividisionsurgedividisionHzRCRC1;150RuSiC閥片運(yùn)用非線性電阻的緣由：1提高間隙的介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度；2間隙沖擊放電瞬間，經(jīng)過的行波電流值較小，閥片要呈現(xiàn)較高的阻值，放電瞬間避雷器壓降較大以

13、減小截?cái)嗖妷褐?；?dāng)沖擊放電電流增大時(shí)，閥片呈現(xiàn)較低的阻值，使避雷器上電壓降低以添加避雷器的維護(hù)效果即殘壓小。3為保證間隙可靠地熄弧，必需限制續(xù)流的大小，希望在工頻電壓升高后流過閥片的續(xù)流不超越規(guī)定值。間隙提出的要求殘壓ur: 間隙放電后，避雷器兩端殘存的過電壓；維護(hù)比：殘壓與滅弧電壓的比值。維護(hù)比越小越好，緣由：維護(hù)比越小，殘壓越?。浑娏υO(shè)備的絕緣程度是由避雷器的殘壓決議的。因此，較小的殘壓可降低電力設(shè)備的絕緣程度和造價(jià)。例FS型避雷器，滅弧電壓下的續(xù)流峰值50A，殘壓時(shí)雷電流為5kA，如用線性電阻R，那么100505000;flerlrfeIIUURIURIU對FS-10型避雷器，Ue的峰

14、值18kV，那么殘壓為1800kV，顯然不行。p假設(shè)采用SiC非線性電阻閥片，非線性系數(shù)取0.2，那么kVUUIIUUerfler4518*5 . 25 . 2; 5 . 2)505000()(2 . 0所以，運(yùn)用非線性電阻可降低殘壓。iCuk圖 閥片的伏安特性SiC閥片是由金剛砂與結(jié)合劑(如水玻璃等)燒結(jié)而成的圓餅，它的非線性程度由伏安特性表示：iCukCk-閥片流過1安電流時(shí)的壓降，它和閥片的資料及尺寸有關(guān)；：非線性系數(shù)，普通在0.2左右，與資料有關(guān)越小那么非線性越好，殘壓越接近于常數(shù)不隨電流而變。閥片具有非線性的緣由：焙燒構(gòu)成的氧化層在普通場強(qiáng)下，電阻率很高，承當(dāng)電壓；高場強(qiáng)時(shí)，束縛電子

15、逃出成自在電子，電阻值減??；外加電壓下降，自在電子束縛，電阻值變大；外加電壓增大，顆粒間氣隙放電；2)磁吹閥式避雷器磁吹閥式避雷器 要降低殘壓，在普通閥式避雷器中就得減少閥片，減少?zèng)_擊電流經(jīng)過的電阻值。減少閥片帶來新的要求： 閥片數(shù)的減少使閥片電阻限制續(xù)流值、改動(dòng)續(xù)流波形及協(xié)助間隙滅弧的作用相應(yīng)減少，這就要求提高間隙本身的滅弧才干。 避雷器制造時(shí)，普通選定殘壓與沖擊放電電壓大致一樣，殘壓低了，間隙的沖放電壓也要降低，這也要求減少間隙數(shù)目，故也要提高間隙本身的滅弧才干。 圖 磁吹避雷器間隙(a)拉長電弧形磁吹間隙；(b)等值回路1.電極, 2.滅弧盒，3.分路電阻，4.滅弧柵，5. 主間隙，6.

16、磁吹線圈,7.輔助間隙 提高避雷器切斷工頻續(xù)流值的方法之一是“磁吹，即利用磁場對電弧的電動(dòng)力作用，使電弧拉長或旋轉(zhuǎn)，以提高間隙滅弧才干。p帶間隙避雷器的滅弧電壓即其額定電壓：p對中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，滅弧電壓為系統(tǒng)最高運(yùn)轉(zhuǎn)線電壓的80%；p對中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)，滅弧電壓為系統(tǒng)最高運(yùn)轉(zhuǎn)線電壓的100%；p系統(tǒng)最高電壓：p330kV 以下的系統(tǒng)最高電壓為線電壓乘以1.15;p330kV 以上的系統(tǒng)最高電壓為線電壓乘以1.1;p750kV的系統(tǒng)最高電壓為線電壓乘以1.067;3)金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器(MOA)的非線性電阻閥片組分：主要成份是氧化鋅，另外還有氧化鉍及其它金屬

17、氧化物。工藝過程：良好的非線性：在0.020.06之間金屬氧化物閥片在正常任務(wù)電壓下，經(jīng)過的阻性電流很小，普通約為10-15uA，接近絕緣形狀。作用于閥片上的電壓升高時(shí)，電流加大；作用于避雷器的電壓U1mA為起始動(dòng)作電壓,由于氧化鋅閥片有良好的非線性特性，在經(jīng)過10kA沖擊電流時(shí)殘壓與U1mA的比值普通不大于1.9。壓比越小，其維護(hù)性能越好。壓比：經(jīng)過10kA沖擊電流時(shí)殘壓與U1mA的比值；荷電率：MOA避雷器安裝點(diǎn)的最大相電壓與U1mA的比值。1/1.051.15)傳統(tǒng)的SiC避雷器的重要參數(shù)滅弧電壓對MOA無意義。金屬氧化物避雷器有一系列優(yōu)點(diǎn)：非線性系數(shù)值很小；維護(hù)性能好，不需求間隙；金屬

18、氧化物避雷器根本無續(xù)流，動(dòng)作負(fù)載輕，耐反復(fù)動(dòng)作才干強(qiáng)；通流容量大；構(gòu)造簡單，尺寸小；適用于多種特殊需求。如SiC和MOA電阻片在標(biāo)稱雷電流10kA下殘壓一樣， SiC電阻片在最大運(yùn)轉(zhuǎn)電壓下續(xù)流為400A，而MOA電阻片中流過電流在1mA以下。所以，MOA避雷器就可不帶間隙而只由非線性電阻片組成，稱為無間隙避雷器。3.5 防雷接地防雷接地接地是把設(shè)備與電位參照點(diǎn)的地球作電氣上的銜接，使其對地堅(jiān)持一個(gè)低的電位差。其方法是在大地外表土層中埋設(shè)金屬電極接地體接地安裝。接地的分類：任務(wù)接地維護(hù)接地防雷接地靜電接地圖 接地安裝原理圖U接地點(diǎn)電位,I接地電流,U1接觸電壓，U2跨步電壓；地中電流密度u零電位u電流入地點(diǎn)有電位升u接地電阻IUR u地電位升高導(dǎo)致u絕緣閃絡(luò)u接觸電壓、跨步電壓02222200rdrrdRRrdrdRrru接地體的電阻遠(yuǎn)小于接地電阻，忽略；u接地電阻計(jì)算：u設(shè)金屬半球的半徑為r0，經(jīng)它的入地電流為I，大地電阻率u接地電阻本質(zhì)是入地電流在地中流散時(shí)土壤所呈現(xiàn)的電阻；1. 垂直接地體垂直接地體pn根垂直接地體p總電阻R先按并聯(lián)電阻計(jì)算，再乘以利用系數(shù)(0.65-0.8)，由于屏蔽效應(yīng)。p單根垂直接地體)(4ln2dllR2程度接地體程度接地體3接地網(wǎng)接地網(wǎng)以程度接地體為主組成的接地