過電壓及防雷保護(hù)-雷電及防雷過電壓（高電壓技術(shù)課件）

過電壓及防雷保護(hù)避雷器的常用種類避雷器的常用種類避雷器保護(hù)間隙排氣式避雷器閥式避雷器金屬氧化物避雷器保護(hù)間隙工作原理：保護(hù)間隙與被保護(hù)設(shè)備的并聯(lián)連接，當(dāng)雷電波侵入時(shí)，間隙先擊穿，線路接地，從而保護(hù)了電氣設(shè)備常見種類：角型、棒形、環(huán)形和球型優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：伏秒特性曲線較陡，放電分散性大保護(hù)間隙角型保護(hù)間隙1—主間隙2—輔助間隙排氣式避雷器實(shí)質(zhì)上是一種具有較高熄弧能力的保護(hù)間隙工作原理：當(dāng)雷電波侵入時(shí)，內(nèi)外間隙同時(shí)擊穿，雷電流經(jīng)間隙泄入大地，從而保護(hù)了電氣設(shè)備優(yōu)點(diǎn)：熄弧能力提高缺點(diǎn)：伏秒特性曲線較陡，放電分散性大排氣式避雷器排氣式避雷器1—產(chǎn)氣管；2—膠木管套；3—棒電極4—環(huán)形電極；5—貯氣室；6—?jiǎng)幼髦甘酒鏖y式避雷器閥式避雷器是由裝在密封瓷套中的多組火花間隙和多組非線性電阻閥片串聯(lián)組成單個(gè)火花間隙結(jié)構(gòu)1—黃銅電極；2—云母墊圈閥式避雷器工作原理：正常工作時(shí)，串聯(lián)間隙將電阻閥片與工作母線隔離，承擔(dān)了全部電壓，閥片中無電流流過。出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時(shí)，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流人大地，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐壓閥式避雷器種類閥式避雷器普通型FZFS磁吹型FCDFCZ金屬氧化物避雷器氧化鋅閥片的伏安特性金屬氧化物避雷器的優(yōu)點(diǎn)保護(hù)性能好通流容量大運(yùn)行安全可靠無續(xù)流體積小重量輕維護(hù)方便

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握避雷器的各種類型、工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，為學(xué)生從事避雷器相關(guān)工作提供理論指導(dǎo)。過電壓及防雷保護(hù)避雷器工作原理避雷器防止過電壓損壞設(shè)備的一種保護(hù)裝置實(shí)質(zhì)是一種限壓器避雷器工作原理電路正常工作時(shí)，流過避雷器的電流很小電路中出現(xiàn)過電壓時(shí)，避雷器放電。避雷器的基本要求雷擊輸電線路時(shí)，過電壓波沿著導(dǎo)線入侵發(fā)電廠或變電所在危及被保護(hù)絕緣時(shí)，要能瞬時(shí)動(dòng)作要迅速截?cái)喙ゎl續(xù)流，恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力避雷器的基本要求要有平直的伏秒特性曲線具有一定通流容量

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握避雷器的工作原理、了解避雷器的要求、使用和選擇。過電壓及防雷保護(hù)避雷針防雷原理避雷針的構(gòu)成避雷針接閃器引雷引下線引流接地體泄流接閃器主要作用：引雷材料：一般為具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、直徑10-12mm的圓鋼避雷針防雷原理防雷原理：吸引雷電擊于自身，并將雷電流迅速泄入大地，從而使被保護(hù)物體免遭直接雷擊高于被保護(hù)的設(shè)備，且頭部尖銳，針尖電荷最先游離，從而吸引下行先導(dǎo)向其發(fā)展、放電，避免雷擊設(shè)備避雷針避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電站，可根據(jù)不同情況裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨(dú)立架設(shè)避雷針

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握避雷針的防雷原理、了解避雷針的構(gòu)成，為后續(xù)避雷針保護(hù)范圍課程打好理論基礎(chǔ)。過電壓及防雷保護(hù)單支避雷針的保護(hù)范圍避雷針的保護(hù)范圍定義：在此空間范圍內(nèi)，被保護(hù)物體遭受直接雷擊的概率小于等于0.1%。依據(jù)：小電流雷電沖擊模擬試驗(yàn)確定方法：折線法折線法

單支避雷針的保護(hù)范圍折線法

避雷針的保護(hù)范圍特點(diǎn)

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握單只避雷針的保護(hù)范圍及其算法，會(huì)依據(jù)給定的條件選擇避雷針的高度。過電壓及防雷保護(hù)發(fā)電廠、變電所的接地發(fā)電廠、變電所一般接地方法根據(jù)要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后再在避雷針和避雷器安裝處增加接地極。接地網(wǎng)接地網(wǎng)以水平接地極為主有長孔接地網(wǎng)和方孔接地網(wǎng)接地網(wǎng)的外緣應(yīng)圍繞設(shè)備區(qū)域連成閉合環(huán)形接地網(wǎng)

接地網(wǎng)人工接地網(wǎng)配電系統(tǒng)接地形式保護(hù)接地：設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的保護(hù)線（PE線）接地保護(hù)接零：設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共的PE線或保護(hù)中性線（PEN線）接地配電系統(tǒng)接地形式TN—S系統(tǒng)：PE和N導(dǎo)體在整個(gè)系統(tǒng)中是分開的配電系統(tǒng)接地形式TN—C—S系統(tǒng)：系統(tǒng)中一部分PE和N導(dǎo)體合一配電系統(tǒng)接地形式TN—C系統(tǒng)：PE和N導(dǎo)體在整個(gè)系統(tǒng)中是合一的配電系統(tǒng)接地形式TT系統(tǒng)：電力系統(tǒng)有一個(gè)直接接地點(diǎn)，電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分接到在電氣上與電力系統(tǒng)接地點(diǎn)無關(guān)的獨(dú)立的接地極上配電系統(tǒng)接地形式IT系統(tǒng)：電力系統(tǒng)可接地點(diǎn)不接地或通過阻抗（電阻期貨電抗器）接地，電氣裝置外露可導(dǎo)電部分單獨(dú)直接接地配電系統(tǒng)接地形式電力系統(tǒng)可接地點(diǎn)不接地或通過阻抗（電阻期貨電抗器）接地，電氣裝置外露可導(dǎo)電部分通過保護(hù)導(dǎo)體接到電力系統(tǒng)的接地極上通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握發(fā)電廠、變電所的接地的一般方法，理解配電系統(tǒng)保護(hù)接地形式，了解接地網(wǎng)。過電壓及防雷保護(hù)接地的分類接地的分類接地目的工作接地保護(hù)接地靜電接地防雷接地工作接地定義：電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運(yùn)行需要所設(shè)的接地目的：穩(wěn)定地電位和繼電保護(hù)的需要工作接地又稱為系統(tǒng)接地中性點(diǎn)的直接接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈、電阻接地保護(hù)接地定義：為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地目的：保護(hù)接觸人員人身安全和設(shè)備安全電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔的接地靜電接地定義：將帶靜電的物體或可能產(chǎn)生靜電的物體通過導(dǎo)體與大地構(gòu)成回路的接地目的：除靜電易燃油、天然氣貯罐、氫氣貯罐和管道的接地防雷接地定義：為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地防雷接地也稱為雷電保護(hù)接地避雷針、避雷線和避雷器的接地本知識(shí)點(diǎn)主要介紹了接地的種類，各類接地的定義、目的以及常用場合，使學(xué)生進(jìn)一步了解接地。過電壓及防雷保護(hù)接地的概念接地接地：指將電力系統(tǒng)中電氣裝置和設(shè)施的某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線連接至接地極（體）接地的相關(guān)概念接地極：埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體自然接地極：兼作接地極用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬井管、鋼筋混凝土建筑物的基礎(chǔ)、金屬管道和設(shè)備等接地的相關(guān)概念接地線：電氣裝置、設(shè)施的接地端子與接地極連接用的金屬導(dǎo)線接地極（體）和接地線合稱接地裝置接地裝置的分類接地裝置自然接地裝置人工接地裝置水平接地垂直接地復(fù)合接地垂直接地裝置

水平接地裝置

形狀系數(shù)序號(hào)123456接地體形式形狀系數(shù)A00.380.480.871.692.14接地裝置的沖擊系數(shù)定義：沖擊接地電阻與公平接地電阻的比值沖擊接地電阻

復(fù)合接地體的電阻

復(fù)合接地體的電阻

過電壓及防雷保護(hù)感應(yīng)雷過電壓危害感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)雷過電壓是雷擊線路附近大地，由于雷電通道周圍空間電磁場的急劇變化，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的過電壓。過電壓有兩個(gè)分量，一個(gè)是電磁耦合分量，一個(gè)是靜電感應(yīng)分量感應(yīng)雷過電壓模型先導(dǎo)放電階段在雷云放電的先導(dǎo)階段，先導(dǎo)通道中充滿了電荷，如左圖。這些電荷對(duì)導(dǎo)線產(chǎn)生靜電感應(yīng)，在負(fù)先導(dǎo)附近的導(dǎo)線上積累了異號(hào)的正束縛電荷，而導(dǎo)線上的負(fù)電荷則被排斥到導(dǎo)線的遠(yuǎn)端感應(yīng)雷過電壓模型主放電階段當(dāng)先導(dǎo)到達(dá)附近地面時(shí)，主放電開始，先導(dǎo)通道中的電荷被中和，與之相應(yīng)的導(dǎo)線上的束縛電荷得到釋放，以波的形式向?qū)Ь€兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，如左圖所示感應(yīng)雷過電壓模型

感應(yīng)雷過電壓特點(diǎn)

感應(yīng)雷過電壓危害與直擊雷過電壓相比，感應(yīng)雷過電壓的波形較平緩，波頭時(shí)間在幾μs到幾十μs，波長較長，對(duì)電力系統(tǒng)危害相對(duì)較小，但頻次較高。由于感應(yīng)雷過電壓一般不超過400kV，感應(yīng)雷對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)線路絕緣閃絡(luò)影響不大，但仍能使35kV及以下電壓等級(jí)線路絕緣閃絡(luò)

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握感應(yīng)雷電過電壓的概念、模型及其危害，為后續(xù)輸電線路防雷保護(hù)課程打好理論基礎(chǔ)。過電壓及防雷保護(hù)雷電參數(shù)雷電參數(shù)

雷電參數(shù)

雷電參數(shù)

雷電參數(shù)雷電流極性據(jù)統(tǒng)計(jì)，負(fù)極性雷占總數(shù)75-90%負(fù)極性的沖擊過電壓線路傳播時(shí)衰減少，對(duì)設(shè)備危害大，計(jì)算時(shí)，一般按負(fù)極性雷來考慮為什么負(fù)極性雷占多數(shù)？雷電參數(shù)

雷電參數(shù)

雷電參數(shù)

雷電流的等值波形(a)雙指數(shù)波；(b)斜角波；(c)半余弦波雷電參數(shù)

通過本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握雷電的一些基本參數(shù)，理解各參數(shù)的意義和用途，為今后的課程學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。過電壓及防雷保護(hù)雷電放電過程雷電雷電（lightning）雷電是自然界的一種常見現(xiàn)象，它由帶電荷的雷云引起。在帶有大量不同極性或不同數(shù)量的電荷的雷云之間、雷云和大地之間形成很強(qiáng)的電場，其電位差可達(dá)數(shù)十至數(shù)百兆伏。本質(zhì)上屬于長間隙放電的一種形式雷云帶電云的形成水水蒸氣水滴或冰晶云雷云帶電強(qiáng)氣流使云中水滴吹裂，較大的水滴帶正電，較小的水滴帶負(fù)電，小水滴同時(shí)被氣流帶走，使云中各部分帶不同的電荷水在結(jié)冰時(shí)，冰粒會(huì)帶正電，被吹走的水帶負(fù)電帶電過程也可能和他們吸收離子、碰撞或融合有關(guān)蒸發(fā)上升冷卻聚集雷云帶電雷云中的電荷分布一般不均勻，形成若干個(gè)電荷密集中心，每個(gè)電荷中心的電荷約為0.1-10C平均電場強(qiáng)度：1.5kV/cm實(shí)測雷云放電前的最大場強(qiáng)：3.4kV/cm大氣壓下均勻空氣間隙的擊穿場強(qiáng)：30kV/cm雷云放電過程先導(dǎo)主放電余輝放電雷云放電過程

雷云放電過程主放電迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇，發(fā)生強(qiáng)烈的中和過程，形成極大的電流，稱為主放電，放電電流大，時(shí)間短余輝放電主放電結(jié)束后，雷云中剩余的電荷沿主放電通道下移，稱為余輝放電。放電電流小，時(shí)間長雷云放電過程雷電是自然界的一種常見現(xiàn)象，本質(zhì)上是長間隙放電。本節(jié)主要介紹雷電、雷云帶電及雷云放電過程，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)雷電。過電壓及防雷保護(hù)直擊雷過電壓危害直擊雷過電壓雷電放電作為一種強(qiáng)大的自然力的爆發(fā)是難以制止的，產(chǎn)生的雷電過電壓可高達(dá)數(shù)百至數(shù)千kV，雷電過電壓可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。直擊雷過電壓是由于雷電放電，強(qiáng)大的雷電流直接流經(jīng)被擊物產(chǎn)生的過電壓特征流過被擊物的電流大負(fù)極性雷過電壓居多形成的過電壓高常見形式雷擊輸電導(dǎo)線雷擊線路檔距中央雷擊桿塔塔頂直擊雷過電壓模型

先導(dǎo)放電模型直擊雷過電壓模型彼得遜等效電路

直擊雷過電壓模型

直擊雷過電壓模型

直擊雷過電壓危害電效應(yīng)破壞電性質(zhì)的破壞作用，表現(xiàn)在雷擊形成的數(shù)十萬乃至數(shù)百萬伏的沖擊電壓，畸變線路電壓、電流；巨大的雷電流流入地下，會(huì)在雷擊點(diǎn)接地周圍的5~10m范圍內(nèi)形成極高的電壓，可直接導(dǎo)致接地電壓和跨步電壓的觸電事故。如雷擊輸電線路時(shí)，線路電