雷电及防雷装置精讲.pptx

1电气绝缘1第第4 4章章 雷电及防雷装置雷电及防雷装置1 雷电放电及电气参数2 避雷针和避雷线的保护范围3 避雷器2电气绝缘2第一节第一节 雷电放电及电气参数雷电放电及电气参数先导先导：不连续性（分级先导），历时约 0.005 0.010 s。每一级先导发展速度相当高，但每发展到一定长度（平均约 50m）就有一个 10 100 s 的间隔。发展速度约为光速的 1/1000。主放电主放电：时间 50 100 s，移动速度为光速的 1/20 1/2；主放电时电流可达数千安，最大可达200 300kA。余辉余辉：雷云中剩下的电荷继续沿主放电通道下移，称为余辉放电阶段。余辉放电电流仅数百安，但持续的时间可达 0.03 0.15 s。3电气绝缘3 雷电参数雷电参数 雷电活动强度雷电活动强度雷暴日及雷暴小时雷暴日及雷暴小时雷暴日雷暴日：每年中有雷电的天数。雷暴小时雷暴小时：每年中有雷电的小时数。年平均雷暴日不超过 15 的地区为少雷区少雷区；超过 40 的为多雷区多雷区；超过 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区强雷区。落雷密度落雷密度地面落雷密度地面落雷密度：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数。电力行业标准DL/T620-1997建议取 =0.07次平方公里.雷电日。雷电通道波阻抗雷电通道波阻抗 雷电通道如同一个导体，雷电流在导体中流动，对电流波呈现一定的阻抗，该阻抗叫做雷电通道波阻抗（规程建议取 300 400）。4电气绝缘4 雷电流幅值雷电流幅值雷电流雷电流：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物的电流。规程规定：雷电流是指雷击于的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。少雷区：一般地区：5电气绝缘5 雷电流的波头、陡度及波长雷电流的波头、陡度及波长 波头波头：1 5 s 范围内变化，多为 2.5 2.6 s，规程规定取2.6 s；波长波长：20 100 s，多数为 50 s 左右。为简化计算，视为无限长；陡度陡度：陡度 与幅值 I 有线性的关系，即幅值愈大，陡度也愈大。一般认为陡度超过 50 kA/s 的雷电流出现的概率已经很小（约为0.04）。雷电流的波形雷电流的波形 标准波形斜角平顶波半余弦波6电气绝缘6 雷电流的极性雷电流的极性 国内外实测结果表明，负极性雷占绝大多数，约占 75 90%。7电气绝缘7防雷措施防雷措施避雷针、避雷线、避雷器、接地装置（降低接地电阻）避雷针、避雷线、避雷器、接地装置（降低接地电阻）8电气绝缘8第二节第二节 避雷针和避雷线避雷针和避雷线 避雷针（线）的保护原理避雷针（线）的保护原理 当雷云的先导向下发展，高出地面的避雷针（线）顶端形成局部电场强度集中的空间，以至有可能影响下行先导的发展方向，使其仅对避雷针（线）放电，从而使得避雷针（线）附近的物体免遭雷击。对避雷针（线）的要求对避雷针（线）的要求（1）为了使雷电流顺利地泄入大地，故要求避雷针（线）应有良好的接地装置。（2）被保护设备全面位于避雷针（线）的保护范围内。但为了防止与被保护物之间的间隙击穿（也称为反击），它们之间应保持一定的距离。9电气绝缘9单根避雷针保护范围当 时：当 时：10电气绝缘10双根等高避雷针保护范围11电气绝缘11双根不等高避雷针保护范围12电气绝缘12单根避雷线保护范围两平行避雷线保护范围避雷线保护角14电气绝缘14第三节第三节 避雷器避雷器 避雷器的保护原理避雷器的保护原理 当雷电入侵波或操作波超过某一电压值后，避雷器将优先于与其并联的被保护电力设备放电，从而限制了过电压，使与其并联的电力设备得到保护。避雷器的技术要求避雷器的技术要求（1）过电压作用时，避雷器先于被保护电力设备放电，当然这要由两者的全伏秒特性的配合来保证；（2）避雷器应具有一定的熄弧能力，以便可靠地切断在第一次过零时的工频续流。避雷器的种类避雷器的种类保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括金属氧化物避雷器）15电气绝缘15一、保护间隙一、保护间隙 优点优点：结构简单、价廉。缺点缺点：保护效果差，与被保护设备的伏秒特性不易配合；动作后产生的截波，对变压器匝间绝缘有很大的威胁，有工频续流，因此它往往与其它防护措施配合使用。保护间隙常用双羊角状间隙，取其有电弧上吹特性，我国常用于3 10kV电网中。保护间隙有一定的限制过电压效果，但不能避免供电中断。16电气绝缘16二、阀型避雷器二、阀型避雷器 当过电压达到间隙动作电压，间隙动作，冲击电流经阀片流入大地；之后，阀片仅受到工频电压作用，由于非线性关系，阀片电阻值增高，使流过的工频续流受到限制，并在第一次过零瞬间，由间隙将此续流切断。注意：避雷器从间隙击穿到工频续流被切断不超过半个周波，因此电网在整个过程均保持正常供电。17电气绝缘17 普通阀式避雷器（普通阀式避雷器（火花间隙、非线性电阻火花间隙、非线性电阻）单个火花间隙的结构a.保证间隙中保证间隙中的电场为均匀的电场为均匀电场，伏秒特电场，伏秒特性平缓；性平缓；b.电电晕可缩短间隙晕可缩短间隙放电时间放电时间 阀片的伏安特性多个短间隙串联易多个短间隙串联易于切断工频续流。于切断工频续流。多个问隙串联电压分布多个问隙串联电压分布不均匀，使避雷器灭弧不均匀，使避雷器灭弧能力降低。可使用并联能力降低。可使用并联电阻使电压分布均匀。电阻使电压分布均匀。a.当电流增大时，阀片呈现当电流增大时，阀片呈现低阻值，使避雷器上电压降低阻值，使避雷器上电压降低，增加了避雷器的保护效低，增加了避雷器的保护效果。果。b.希望在工频电压升高希望在工频电压升高后流过间隙阀片的续流不超后流过间隙阀片的续流不超过规定值，此时阀片呈现的过规定值，此时阀片呈现的电阻要有足够的数值。电阻要有足够的数值。18电气绝缘18 磁吹阀式避雷器磁吹阀式避雷器提高避雷器切断工频续流值的方法之一是“磁吹”，即利用磁场电弧的电动力作用，使电弧拉长或旋转，以提高间隙灭弧能力。1电极；2灭弧盒；3分路电阻；4灭弧栅；5主间隙；6磁吹线圈；7辅助间隙 间隙由一对角形电极 1 组成，磁场是轴向的，续流电弧被轴向磁场力拉长，吹入灭弧栅 4，电弧最终长度可达起始长度的数十倍，灭弧盒2 用陶瓷或云母、玻璃等材料制成，电弧在灭弧栅中受到强烈的去游离作用，因而电弧电阻很大，能起到限制续流的作用，故称为限流间隙，它可切断 450A 左右的续流。19电气绝缘19灭弧电压灭弧电压：对于有间隙避雷器，续流第一次经过零值保证不重燃的条件下，允许作用在避雷器上的最高工频电压。残压残压：流过避雷器的冲击电流一定幅值（普通阀式避雷器为 5kA），一定波形（8/20 s），在阀片电阻上产生的最大压降。保护比保护比：残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越好。20电气绝缘20三、金属氧化物避雷器三、金属氧化物避雷器（MOA）金属氧化物主要成份是氧化锌，有时也称为氧化锌避雷器。金属氧化物避雷器有一系列优点：非线性系数值很小。在额定电压作用下，通过的电流极小，因此可以做成无间隙避雷器。保护性能好。它不需间隙动作，电压一旦升高，即可迅速吸收过电压能量，抑制过电压的发展；有良好的陡度响应特性；性能稳定。金属氧化物避雷器基本无续流，动作负载轻，耐重复动作能力强。通流容量大。避雷器容易吸收能量，没有串联间隙的制约，仅与阀片本身的强度有关。同碳化硅（SiC）阀片比较，氧化物阀片单位面积的通流能力大 4 4.5 倍。结构简单，尺寸小，易于大批量生产，造价低。适用于多种特殊需要。21电气绝缘21小结v避雷针：发电厂和变电所直击雷保护v避雷线：保护线路v避雷器：防止雷电波沿着输电线入侵发电厂、变电所。