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1、,高电压工程基础华南理工大学电力学院,第9章 雷电及防雷装置,9.1 雷电放电的发展过程 9.2 雷电参数 9.3 避雷针和避雷线 9.4 避雷器 9.5 防雷接地,高电压工程基础,高电压工程基础,9.1 雷电放电的发展过程,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：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：雷云中剩下的电荷继续沿主放电通道下移，称为余辉放
2、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。,高电压工程基础,9.2 雷电参数,雷电活动强度雷暴日及雷暴小时雷暴日：每年中有雷电的天数。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；超过 40 的为多雷区；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。,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（40）。,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 40
3、0）。,高电压工程基础,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%。,雷电流幅值雷电流：雷击具有一定参数的物体时，若被击物阻抗为零，流过被击物的电流变为入射波的两倍，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。,高电压工程基础,雷电流的波头、陡度及波长 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：20 100 s，多数为 50 s 左右。为简化计算，视为无限长；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
4、流的波形,标准波形,斜角平顶波,半余弦波,高电压工程基础,9.3 避雷针和避雷线,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（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。,高电压工程基础,高电压工程基础,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,高电压工
5、程基础,9.4 避雷器,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（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。,避雷器的种类保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器（包括金属氧化物避雷器）,高电压工程基础,一、保护间隙,优点：结构简单、价廉。缺点：（1）灭弧能力差；（2）保护效果差，与被保护设备的伏秒特性不易配合；（3）动作后产生的截波，对变压器匝间绝缘有很大的
6、威胁。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。,高电压工程基础,二、管型避雷器,管式避雷器不但有一个切断电流的下限，而且还有一个切断电流的上限。其安装点最大与最小短路电流要分别小于和大于管式避雷器的上、下限。,管式避雷器伏秒特性陡，放电分散性大，动作产生截波，放电特性受大气条件影响，故它主要用作保护线路弱绝缘，以及电站的进线保护段。,高电压工程基础,三、阀型避雷器,原理：间隙与阀片配合完成。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
7、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。,高电压工程基础,普通阀式避雷器（火花间隙、非线性电阻）,单个火花间隙的结构,a.保证间隙中的电场为均匀电场，伏秒特性平缓；b.电晕可缩短间隙放电时间,多个短间隙串联易于切断工频续流。（复合与散热）,多个间隙串联电压分布不均匀，使避雷器灭弧能力降低。可使用并联电阻使电压分布均匀。,a.当电流增大时，阀片呈现低阻值，使避雷器上电压降低，增加了避雷器的保护效果。b.希望在工频电压升高后流过间隙阀片的续流不超
8、过规定值，此时阀片呈现的电阻要有足够的数值。,高电压工程基础,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。,切断比：避雷器间隙的工频放电电压（下限）与续流过零后间隙所能承受的最大工频电压（灭弧电压）之比，其值越小越好。,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：残压与灭弧电压之比，保护比的值越小越好，表明残压越低或灭弧电压越高，意味着绝缘上受到的过电压越小，而工频续流又能很快切断，因而保护性能好。（2.4-1.8）,高电压工程基础,磁吹阀式避雷器,提高避
9、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。,高电压工程基础,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
10、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。,高电压工程基础,9.5 防雷接地,接地：就是把设备与电位参照点的地球作电气上的连接，使其对地保持一个低的电位差。,办法：在大地表面土层中埋
11、设金属电极，这种埋入地中并直接与大地接触的金属导体，叫做接地体，有时也称为接地装置。,工作接地：为了运行的需要，将电网某一点接地，其目的是为了稳定对地电位与继电保护上的需要。保护接地：为了保护人身安全，防止因电气设备绝缘劣化，外壳可能带电而危及工作人员安全。防雷接地：导泄雷电流，消除过电压对设备的危害。静电接地：在可燃物场所的金属物体接地。,接地电阻：把接地点处的电位与接地电流的比值定义为该点的接地电阻。它是大地电阻效应的总和。接地装置：埋入地中的金属接地体称为接地装置。由于金属的电阻率远小于土壤的电阻率，所以接地体本身的电阻在接地电阻中可以忽略不计。注意！接地电阻不是接地导体的电阻，接地电阻
12、实质上是接地电流在地中流散时土壤所呈现的电阻，与土壤电阻率和接地体形状有关。,典型接地体的工频接地电阻计算公式：1.垂直接地体(土壤电阻率、接地体长度和直径)2.水平接地体（接地体总长度、深度、直径、屏蔽系数）3.接地网（接地体总长度、总面积）同一接地网在冲击和工频电流作用下，将具有不同的阻抗，用接地系数表示。,小 结,雷电参数：雷电流幅值概率、雷电流波形、落雷密度；避雷针、避雷线保护原理。几个重要概念：工频续流、避雷器灭弧电压、残压和保护比、接地电阻、接地装置。典型避雷器保护原理和差异。变电所的防雷保护主要依靠阀式避雷器。ZnO避雷器具有一系列优点，是避雷器发展的主要方向，已取代普通阀式避雷器和磁吹避雷器。,
