第5章 雷电及防雷设备

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1、第二篇电力系统过电压及其防护第五章雷电及防雷设备主要内容5.1雷电放电过程及雷电参数5.2防雷保护装置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面是：雷电放电在电力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。电力系统中的大气过电压主要是由雷电放电所造成的。5.1雷电放电过程及雷电参数5.1.1雷电放电的过程水滴分裂起电理论：大水滴分裂

2、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。先导放电阶段负极性雷在地面上感应出正电荷，雷云与地面之间形成强电场，雷云中的负电荷受电场作用不断向下延伸，形成了一个不断伸长的通道（先导），最终与地面短接主放电阶段通道产生突发的明亮，发出巨大的声响，通道

3、流过幅值很大的，延续时间近百微秒的冲击电流主放电是造成破坏作用，形成过电压、电动力、爆破力的主要因素余辉放电阶段剩余电荷沿着雷电流通道继续流向大地。电流逐渐衰减，约为1000—10A，持续时间约为几ms。余辉放电是造成物体热效应的主要因素。雷电放电过程5.1.2雷击时计算雷电流的等值电路和雷电流幅值设先导通道中的电荷线密度为，主放电速度为vL，则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为vL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Z0.1.雷击地面时雷电先导通道中带有与雷云

4、极性相同的电荷（一般雷云多为负极性），自雷云向大地发展。由于雷云及先导电场的作用，大地被感应出与雷云极性相反的电荷。主放电前当先导发展到离大地一定距离时，先导头部与大地之间的空气间隙被击穿，雷电通道中的主放电过程开始，主放电自雷击点沿通道向上发展，若大地的土壤电阻率为零，则主放电所到之处的电位即降为零电位。主放电时设先导通道中的电荷线密度为，主放电速度为vL，则雷击电阻率为零的大地时，流经通道的电流为vL雷击物体时电流波的运动若雷击于具有分布参数特性的避雷针、线路或导线时，则雷击时电流的运动可描述如图，负极性电流波将自雷击点“0”沿被击物流动，同时，相同数

5、量的正极性电流波将自雷击点“0”沿通道向上发展。2雷击中避雷针、地线或导线时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程角度，可以把它看成是一个沿着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：为评价某地区雷电活动的强度，常

6、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、雷电日及雷电小时5.1.3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Td<15，少雷区；>40，多雷区；>90，强雷区单位：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

7、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、雷电通道的波阻抗第2节防雷保护装置为防止设备遭受直接雷击，通常采用装设高于被保护物的避雷针（或避雷线），其作用是将雷电吸引到避雷针上并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。主要内容：避雷针和避雷线避雷器防雷接地防雷保护装置的作用：避雷针、避雷线：可以防止雷电直接击中被保护物体，也称

8、作直击雷保护。避雷器：防止沿输电线侵入