第4章 电力系统大气过电压及防护.doc

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1、第4章电力系统大气过电压及防护4、1雷闪过电压一、雷闪放电过程1、先导放电阶段：当云中的电荷达到一定数量时，电场强度达到使空气绝缘破坏（击穿），变成导电通道，即先导放电通道，向地面发展（逐级）。2、主放电阶段：当先导通道头部接近地面时，先导通道头部对大地的极大电位差，使剩余间隙中产生极大的场强，造成强烈的游离，形成高导电通道，将先导通道头部与大地接通，即主放电阶段开始，发生闪电和巨大的雷响。3、余辉放电阶段：主放电完成后，云中的剩余电荷沿雷电流通道继续流向大地，形成余辉放电。二、雷电特点和参数1、雷电特点：雷击具有冲击性——在很短的时间内（<0.5s），电压、电流

2、会迅速上升（1亿伏、几十万安），电能达到2500kW.h。雷电具有重复性——放电的平均数是3。雷击具有选择性——雷云附近，因静电感应而产生的电荷的分布的特点是：地面上弯曲的部分比平坦的电荷多而密集，容易将带异性电荷的雷云拉过来，对其放电，造成定向雷击。2、雷电参数：1）雷电通道波阻抗——Z=300~400欧2）雷电流的波形——波头1~4μs，一般取τ1=2.6μs。波长40~50μs。雷电流的上升陡度为dIL/dt=IL/2.63）雷电流幅值及概率分布lgP=-IL/108例：当IL=100kA时，P=11.9%。表明每100次雷电中，大约有12次雷电流超过100

3、kA。从曲线知：IL=300kA的概率很小。4）雷暴日T——每年中有雷电的日数。T与纬度及距海洋远近有关。我国第1大雷区：海南省那大镇130.7日/年我国第2大雷区：海南省海口市115日/年广州市84日/年5）地面落雷密度r——每一雷暴日、每平方公里地面遭受雷击的次数。r=0.015次/km2.雷暴日三、冲击波过电压和伏秒特性1、冲击波过电压——作用时间很短的非周期变化的过电压2、标准冲击电压波形：标准冲击电压波形的参数：波前时间T1=（1.2±0.36）us，波长T2=（50±10）us，通常表示为：1.2/50us3、50%冲击击穿电压U50%：由于冲击电压作

4、用下放电的分散性，如果在某一冲击电压作用下，间隙击穿的概率为50%时，称此电压为50%冲击击穿电压，用U50%表示。它表示间隙耐受冲击电压的能力。冲击系数：表示U50%与静态放电电压U0之比，即γ=U50%/U0U0—静态放电电压（直流、工频）4、间隙（绝缘结构）的伏秒特性：表示间隙放电电压与放电时间的关系曲线。四、大气过电压的类型和防雷保护设备1、大气过电压的类型直击雷过电压——雷直接对设备或导线放电感应雷过电压——雷击于设备或导线附近地面时，电磁场剧烈改变，在设备或导线上感应而产生的过电压。侵入波过电压——当远方导线遇直击雷或感应雷时，电磁波沿导线以光速传递。

5、2、防雷保护设备1）避雷针——主要用来防护直击雷过电压。由接闪器、接地引下线、接地体组成。它应比被保护的设备高，将雷电吸引到针尖，并安全地导入大地，从而保护设备。 避雷针保护范围的计算：实际上是一种确定避雷针高度和数目的工程方法。#单支避雷针保护范围的计算：保护半径的计算：#两支避雷针保护范围的计算：两针外侧的保护范围——由单针确定，两针内侧的保护范围——由双针确定，水平面上保护范围的单侧宽度计算：2）避雷线——主要用来防护直击雷过电压。其接闪器由悬挂在线路上的接地导线组成。避雷线的保护范围：保护范围呈带状，工程上常用保护角表示避雷线对输电线路的保护范围。保护角是

6、指避雷线与外侧导线之间的夹角，用a表示。一般取a=200～300。3）避雷器——主要用来防护侵入波过电压和内部过电压。两个基本要求：#当电压超过一定值时，避雷器动作（放电）。#过电压消失后，避雷器迅速切断工频电弧。避雷器的类型：保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器。保护间隙——由主间隙和辅助间隙组成。结构简单，价格低廉。电极间电场分布不均匀，伏秒特性曲线极陡，与被保护的设备难以配合。无专门的灭弧机构，不可靠，要配合自动重合闸来提高供电的可靠性。管型避雷器——由火花间隙（内间隙和外间隙）、消弧管组成。火花间隙结构稍改进电极间电场分布，比保护间隙

7、均匀，伏秒特性曲线较陡，同样与被保护的设备不易配合。有专门的灭弧机构，但不稳定。且管型避雷器动作后，会产生振荡截波，其幅值为冲击电压的两倍，威胁被保护的设备绝缘。阀型避雷器——结构：主要由火花间隙和阀片组成。 火花间隙用于切断工频续流。  阀片：是一种非线性电阻。雷电流作用下，阀片呈低阻值，限制残压；对工频续流，阀片工作在高阻值区，限制工频续流，有利于灭电弧。工作原理：正常时，由于火花间隙的作用，导线对地绝缘；当过电压作用时，间隙被击穿，将电流引人大地。过电压消失后，间隙绝缘强度恢复，避雷器恢复正常状态。阀型避雷器的阀式特性：避雷器象一只阀门一样，正常时阀门关闭，

8、导线对地绝