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1、风电机组防雷与接地,长春工程学院能源动力工程学院,主要内容简介,第2章 雷电危害的机理,一、雷电流热效应的破坏作用二、雷电流机械效应的破坏作用三、雷电流冲击波的破坏作用四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用五、雷电暂态电位提高,一、雷电流热效应的破坏作用,1、雷电流热效应的危害,雷击点局部范围的温度：600010000 C,破坏能力,一、雷电流热效应的破坏作用,2、雷电流的热效应,（1）雷击金属物体产生的热量,Wm-雷击金属物体上产生的热量（J）Uar-金属物体上雷击点处的电弧压降（20-30V）i-从雷击点注入的雷电流（KA）,一、雷电流热效应的破坏作用,2、雷电流的热效应,（2）雷击非金属
2、物体产生的热量,Wn-雷击非金属物体上产生的热量（J）R-非金属物体内部电流路径的视在电阻（）i-从雷击点注入的雷电流（KA）,（3）雷击热效应造成的温升,T-温升（）Wm(或Wn)-雷击物体上产生的热量（J）m-被击物体质量（kg）c-比热容（J/kg）,一、雷电流热效应的破坏作用,3、雷电流热效应防护,易燃、易爆场所、房屋和古建筑物、树木和电子线路等接闪、接地、等电位连接等疏导、分流的外部防雷技术方法应用。,油罐区，金属罐体、金属屋面的钢板壁厚要超过4mm。,连接电子设备的引线与通流导体之间的距离，引线的截面积应满足热效应要求等。,二、雷电流机械效应的破坏作用,1、雷电机械效应破坏的表现形
3、式,雷电流流过金属物体时产生的电动力,雷电流注入树木或建筑构件时产生的内部压力,2、电动力,两平行通电导体间的电动力,式中：i1 i1两根平行导体上的电流（A）d导体之间的距离（m）F单位长度导体的电动力（N/m）,F,F,二、雷电流机械效应的破坏作用,2、电动力,载有雷电流的弯曲导体受力,结论：凡含有拐弯部分的载流导体或金属构件，其拐弯部分都将受到电动力的作用，拐弯处的夹角越小，受到的电动力就越大。当拐弯夹角为锐角时，所受到的电动力相对较大；而当拐弯处的夹角为钝角时，所受到的电动力相对较小。在防雷设计与施工中，避雷引下线的走线方式应尽可能走直线路径，在必须拐弯的情况下，应采取钝角并带圆弧向下
4、走线，而应避免采用锐角或绕直角向下走线。当避雷引下线非要走锐角路径不可时，应在线路的锐角拐弯处采取牢固的机械固定措施，以防被电动力拉动。,二、雷电流机械效应的破坏作用,3、内压力,作用机理,由于雷电流幅值很高，且作用时间又很短，当雷击于树木或建筑构件时，在它们的内部将瞬时地产生大量热量。在短时间内热量来不及散发出去，以致使这些内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的内压力。,危害,树木劈裂、建筑构件崩塌、风机叶片爆裂！,三、雷电流冲击波的破坏作用,1、雷电流冲击波的形成,在雷云对地放电过程中的回击阶段，放电通道中既有强烈的空气游离又有强烈的异性电荷中和，通道中瞬时温度非常高，这使得
5、通道周围的空气急剧膨胀，以超声波速度向四周扩散，从而形成冲击波。同时，通道外围附近的冷空气被严重压缩，在冲击波波前到达的地方，空气的密度、气压和温度都会突然增大，产生剧烈振动，这种冲击波与爆炸时产生的冲击波是类似的，可以使其附近的建筑物、人、畜受到破坏或伤害。,2、雷电流冲击波的特征,冲击波向外传播的速度远大于声速，但很快就会衰减，转化为声波，于是人们就能够听到雷鸣声。冲击波的强度与回击时雷电流的大小有关，其破坏作用与波阵面气压和环境大气压有关。,四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用,1、静电的产生,摩擦产生静电,砍断产生静电,感应产生静电,电荷迁移产生静电,四、雷电的静电感应和电磁感应的破
6、坏作用,2、静电的特点,静电的电量小，静电电压高。一般电量只有微库或毫库级，但由于带电体的电容量很小，则电压很高。如橡胶行业的静电电压高达几万伏，甚至十几万伏。,静电的能量不大。一般不大于毫焦级。绝缘体上的静电消失或泄漏的很慢，因此，必须设置消除静电的装置。,静电会放电。人体或金属体尖端放电都有极大的危险性，特别是在爆炸和火灾危险场所。,静电会产生静电感应。在工艺现场易发生的地方，由于静电感应，可能会在导体或人体上产生电荷而且电压很高，而导致危险的火花放电。,静电是可以屏蔽的。通常桶形或空腔的导体，其内部有电荷时，必定在外壳感应出电荷，但当外表面接地时，则外部的电荷为零，且不影响内部的电荷。,
7、四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用,3、雷电静电感应,当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感生出大量的电荷，雷云放电后，云与大地间的电场虽消失，但金属上感应积聚的电荷却来不急立即逸散，因而，产生高达几万伏的对地电压，称为静电感应电压，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。,静电引起油罐车爆炸,静电引起加油站火灾事故,四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用,4、静电危害,四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用,5、防止静电危害的措施,防止爆炸性气体的形成,加速静电泄漏，防止或减少静电聚积,接地和跨接,添加抗静电剂,设置静电缓和器,防止人体带电,增加空气湿度,6、雷电电磁感应,雷击后
8、，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场，这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。如在送电线路附近发生雷云对地放电时，在送电线路上就会产生电磁感应过电压。当雷击杆塔时，在导线上也会产生电磁感应过电压。,四、雷电的静电感应和电磁感应的破坏作用,1、“电气地”与“接地”,五、雷电暂态电位抬高,电气地：大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”。,接地：将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。,接地电阻：接地电阻：接地电阻不是指接地体本身的金属电阻（其值太小，可忽略），而是指接地电流经接地体注入大地时，在土壤中以电流场形式向远方扩散时所遇到的土壤电阻。,引下线电感：雷击电流通路的等效电感。,2、雷击时的地电位升高,五、雷电暂态电位抬高,A点瞬时值：,A点幅值：,雷电流幅值,波头时间,理论公式,电位幅值,电感系数,接地电阻,风电机组单位电感系数,3、风电机组地电位升高危害分析,五、雷电暂态电位抬高,对机组中电气设备的危害,雷击电位升高的传递,4、跨步电压与接触电压,五、雷电暂态电位抬高,跨步电压,原因：雷电流造成的地电位分布,接触电压,原因：电位差,第二章结束！,继续努力吧！,成功=知识+汗水+灵感+机遇,
