电力系统大气过电压及保护

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1、第四章电力系统大气过电压及保护雷电放电过程及雷电参数雷电放电过程及雷电参数雷电是自然中最宏伟壮观的现象也是最普遍的现象之一，它对人类的生活环境、工作条件等都造成了很大的影响，因此对雷电的研究和防护意义重大。早在18世纪初，富兰克林等物理学家已经揭示了闪电就是电的本质。例如著名的风筝实验，第一次向人们揭示了雷电只不过是一种大气火花放电现象的秘密。随着物理学的进一步发展，人们对雷电这一自然现象有了更深刻的认识。雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。从电力工程的角度来看，最值得我们注意的两个方是：雷电放电在电力

2、系统中引起很高的雷电过电压，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一产生巨大电流，使被击物体炸毁、燃烧、使导体熔断或通过电动力引起机械损坏。雷电放电的过程水滴分裂起电理论：大水滴分裂成水珠和细微的水沫，出现电荷分离现象，大水珠带正电，小水沫带负电，细微水沫被上升气流带往高空，形成大片带负电的雷云。雷云的底部大多是带负电荷，在地面上感应出大量的正电荷。带有大量不同极性的雷云之间、雷云对地之间就形成了强大的电场。雷云中的电荷分布当空间电场强度超过大气电离的放电的临界电场强度时，就会发生云间或对大地的火花放电。放电通道的电流可达几十或几百千安。雷电放电就其本质而言是一种超长气隙的火花放电

3、雷电放电的基本过程1－先导放电通道；2－强电离区；3－主放电通道l－先导；r－主放电；v－发展方向雷电放电类型流经物体的电流波与被击物体的波阻抗有关当Zj=0时，流经被击物体的电流定义为雷电流2流经被击物体的电流：彼德逊法则研究表明：雷电放电的先导通道具有分布参数的特性，可认为它是一个具有电感、电容等均匀分布参数的导电通道，称为雷电通道，其波阻抗为Z0雷电流波：雷电流通道的波阻抗Z0的数值通常取为300欧雷击时计算雷电流的等值电路雷云对地放电的实质是雷云电荷向大地的突然释放；从电源性质来看，这相当于一个电流源的作用过程；雷电放电的物理过程虽然很复杂，但从地面感受到的实际效果和防雷保护实际工

4、程角度，可以把它看成是一个沿者固定波阻抗的雷电通道向地面传播电磁波的过程。可依据此建立计算模型。在雷电放电的过程中，人们能够测知的电量，是雷击地面时流过被击物体的电流i，然后再根据计算模型反推雷电波的电流。注意理解：若：Z＜＜Z0时，iZ≈iL国际上都习惯把雷击于低接地阻抗（Z≈0或≤30欧姆）物体时，流过该物体的电流称为雷电流。应特别注意：定义中的雷电流iZ恰好等于沿雷电通道传播而来的雷电流波的两倍。因此，在防雷保护计算的彼德逊等值电路中，等值电流源通常直接用电流源来表示，如图5.3。研究表明：雷电放电的先导通道具有分布参数的特性，可认为它是一个具有电感、电容等均匀分布参数的导电通道，称

5、为雷电通道，其波阻抗为Z0雷电流波：2彼德逊法则雷击大地时的电流：为评价某地区雷电活动的强度，常用该地区多年统计所得到的平均出现雷暴日或雷暴小时来估计的在一天内或一小时内只要听到雷声就作为一个雷电日Td或一个雷电小时Th由于不同年份的雷电日数变化很大，所以均采用多年平均值——年平均雷电日1、雷暴日及雷暴小时雷电参数雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关少雷区：Td<15多雷区：Td>40强雷区：Td>90单位：次/100公里•年我国规程规定，对Td=40的地区，取次/平方公里.雷电日地面落雷密度γ：指每个雷电日每平方公里的地面上的平均落雷次数（单位：次/平方公里•雷电日）2、地

6、面落雷密度和输电线路落雷次数若一般高度的线路的等值受雷面的宽度为10h(h为线路平均高度(m))，则输电线路年平均遭受雷击的次数：主放电过程可看作是一个电流波沿着波阻抗为Z0的雷电通道传播到雷击点的波过程。雷电通道长度数千米，半径仅为数厘米，类似于一条分布参数线路，具有某一等值波阻抗，称为雷电通道波阻抗。我国有关规程建议取Z0≈300Ω3、雷电通道的波阻抗4、雷电的极性雷电的极性由雷云电荷的极性决定，负极性雷击均占75～90%，对设备绝缘危害较大，防雷计算中一般均按负极性考虑。5、雷电流的幅值通常定义雷电流为雷IL击于低阻接地电阻(≤30Ω)的物体时流过雷击点的电流。它近似等于电流入射波I

7、0的两倍，即一般地区，雷电流幅值超过I的概率可按下式计算6、雷电流的波前时间、陡度及波长雷电流的波前时间T1处于1～4µs的范围内，平均为2.6µs。波长T2处于20～100µs的范围内，多数为50µs左右。我国防雷设计采用2.6/50µs的波形；在绝缘的冲击高压试验中，标准雷电冲击电压的波形定为1.2/50µs(Td≥20)雷电流波前的平均陡度为(kA/µs)7、雷电流的计算波形在防雷计算中，按不同要求采用不同的计算波